基于TI OMAP3平臺的多參數(shù)監(jiān)護儀設(shè)計與實現(xiàn)

　　引言

　　在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，使用多參數(shù)監(jiān)護儀對危重病人進行實時監(jiān)測，可以及時地了解其心肺功能、血壓以及氧合能力等綜合因素，對病人的治療起著非常重要的作用。多參數(shù)監(jiān)護儀已經(jīng)在病房護理和急救系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　基于傳統(tǒng)PC平臺的多參數(shù)監(jiān)護儀成本高、體積大、操作復(fù)雜，使用范圍具有局限性。而采用單片機為核心的便攜式多參數(shù)監(jiān)護儀運算能力低，功能單一，界面簡陋，只能進行簡單的信號顯示和存儲。本文以德州儀器公司(TI)ARM+DSP的雙核處理器OMAP3530為核心，擴展參數(shù)采集前端、觸摸屏、SD卡存儲電路和網(wǎng)絡(luò)接入電路等模塊，設(shè)計及實現(xiàn)了一個具有實時檢測、顯示、存儲和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ艿男滦投鄥?shù)監(jiān)護儀?；陔p核芯片的優(yōu)異性能，系統(tǒng)可采用高效復(fù)雜的算法對各生命參數(shù)進行快速準(zhǔn)確的檢測、除噪和優(yōu)化等處理，而Google Android豐富的應(yīng)用支持，則為監(jiān)護儀提供了良好的監(jiān)護界面、網(wǎng)絡(luò)功能以及應(yīng)用擴展性。醫(yī)生可使用該監(jiān)護儀實時或遠(yuǎn)程掌握病人的信息，使用者也可以家中自行測量，這將是新一代“數(shù)字醫(yī)療社區(qū)/醫(yī)院”的重要發(fā)展方向。

　　系統(tǒng)架構(gòu)

　　處理核心

　　OMAP3530處理器采用65nm低功耗工藝制造，內(nèi)部集成了600MHz的Cortex-A8彈性內(nèi)核以及430MHz的TMS320C64x+ DSP內(nèi)核[1]。ARM+DSP的雙核結(jié)構(gòu)使操作系統(tǒng)效率和代碼的執(zhí)行更加優(yōu)化，ARM端負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制工作，DSP端則承擔(dān)繁重的實時信號處理任務(wù)，從而成功地解決了性能與功耗的最佳組合問題。具有雙核結(jié)構(gòu)的OMAP3530非常適合新型多參數(shù)監(jiān)護儀的設(shè)計。低功耗可以更好地實現(xiàn)監(jiān)護儀的便攜性，滿足野外救護等特殊需要;ARM對多種操作系統(tǒng)的支持，可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和良好的監(jiān)護界面;DSP強大的運算能力可以確保對各生命參數(shù)進行快速、準(zhǔn)確和復(fù)雜的分析處理。

　　硬件架構(gòu)

　　系統(tǒng)框圖如圖1所示，監(jiān)護儀的設(shè)計采用經(jīng)典C/S(Client/Server，客戶機/服務(wù)器)架構(gòu)，既可以離線使用，也可以通過以太網(wǎng)或者Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程PC服務(wù)端。人體各個生命特征信號通過導(dǎo)聯(lián)電極、血氧探頭、袖套等傳感器獲得后，在參數(shù)采集前端進行除噪、放大和A/D轉(zhuǎn)換后，通過串行口送到OMAP3530進行檢測、顯示、存儲和網(wǎng)絡(luò) 傳送等處理。

　　軟件架構(gòu)

　　Android是Google與開發(fā)手機聯(lián)盟(Open Handset Alliance，OHA)推出的以Linux為內(nèi)核，真正意義上的開放性移動設(shè)備綜合平臺。從軟件結(jié)構(gòu)的角度上，Android系統(tǒng)分成4個層次： Linux操作系統(tǒng)及驅(qū)動、本地代碼框架、Java框架和Java應(yīng)用程序。圖2為本系統(tǒng)的軟件架構(gòu)圖。多參數(shù)采集前端通過異步串行口與OMAP3530通信，由于Java本身未提供串口的類庫，必須使用JNI(Java Native Interface)實現(xiàn)應(yīng)用層與串口硬件的數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)采集、處理、顯示及網(wǎng)絡(luò)傳輸使用多線程和隊列緩沖機制來保證數(shù)據(jù)的實時性和完整性。網(wǎng)絡(luò)使用C/S架構(gòu)，充分發(fā)揮服務(wù)器上的硬件優(yōu)勢，完成更多監(jiān)護信息的顯示和分析。