基于PDA的便携式肺通气功能仪的设计与实现





【摘要】　肺通气功能指标对于慢性阻塞性肺气肿（COPD）等呼吸疾病的临床诊断和筛选具有非常重要的意义。为了方便门诊医生测量患者的肺通气功能，设计和实现了一种基于PDA平台的测量仪。
【关键词】 肺通气功能　PDA　软件

The design and realization of portable pulmonary ventilation function meter based on PDA

Li Yangqing

（The people’s hospital of HuLunBeiEr，Innermongolia 021008，China）

【Abstract】　The index of pulmonary ventilation function is an important pole in clinical COPD diagnosing and selecting．In this paper，I introduce the design and realization of a measurement meter based on PDA technique in order to easier make clinic doctors’ work about measuring patient‘s pulmonary ventilation function．
【Key words】　pulmonary ventilation function，PDA，software

1　引言
PDA的英文全称为Personal Digital Assistant，即个人数字助理，通称被称为掌上电脑 。相对于传统电脑，PDA的优点是轻便小巧、可移动性强，同时又不失功能强大。PDA通常采用手写笔作为输入设备，信息输入和操作都非常方便。同时大多数PDA具有红外和蓝牙接口，具有较强的无线传输能力，可以非常方便地将数据传输到医院的局域网中。
肺通气功能检查是临床上胸肺疾病及呼吸生理的重要检查内容，是现代肺科不可缺少的检测项目，对呼吸系统疾病诊断、鉴别诊断、治疗效果评定以及外科手术适应症的选择均具有重要意义。随着临床呼吸生理学的迅速发展，肺功能检查的临床应用亦日趋普及。
现在临床上应用的大型肺功能仪体积较大，不易搬运，一般都放在专门的房间内，不能作为门诊的常规检查手段。而便携式肺功能仪多采用单片机的方式，其缺点是屏幕显示简单，操作繁琐，对病人数据的处理和管理能力不强，系统升级也受到很大局限。
本文作者开发了基于PDA的便携式肺通气功能仪的装置，实现了利用PDA（Personal Digital Assistant，个人数字助理）实现对肺功能参数的计算、显示和数据管理。便携式肺功能仪通过蓝牙无线方式将数据传输到主机中进行进一步的数据管理。此仪器有效地利用PDA的方便快捷、易于随身携带的特性，方便了医务人员的操作，大大提高了诊断效率。
2　系统设计与工作原理
系统包括fleisch型流量传感器、信号前置处理器和HP1950型PDA。其框图如下：


Fleisch型流量传感器是最经典的呼吸流速测定方法，其原理是在通过一定的阻力，压力下降与气流的速度之间的存在确定的数学关系，流速越快，压降越大。流速传感器上有一筛状隔网，使呼吸气体变为层流。
信号前置处理器完成信号的放大、滤波、A/D转换，然后把数据通过RS232接口传输到PDA中。
PDA对传输数据进行实时计算、结果显示、存储，并可对存储的数据通过无线方式向主机传输。
3　设计实现
信号前置处理器主要包括微压传感器、仪表放大滤波模块、A/D转换模块、微处理器模块、RS232通讯模块。其框图如下：


微压传感器采用美国SMI公司生产的精密硅微结构压阻式微压传感器，满量程为1kPa，线性度为0．05%，此类传感器采用三维膜片结构，并且由离子注入工艺形成、经激光修正的X型电阻代替惠斯通电桥。用硅刻蚀工艺将产生的应力集中在传感器电阻处，压力更为集中，压阻的变化明显增加，大大提高了灵敏度。采用具有精度高、线性度好、重复性好、稳定性高、可靠性高等优点。
仪表放大滤波模块对传感器送来的变化信号（气道压力、肺容量、心电、血压等）加以放大和处理，以满足系统对信号的要求。其质量、性能的优劣是决定系统精度的另一个关键。本模块采用美国BB公司生产的高精度仪器仪表放大单元INA128，共模抑制比大于120dB，精确度误差小于0．1%。。其原理图如下：


嵌入式软件设计是PDA设计的核心，直接关系到肺功能参数的实时分析、显示和存储。本文采用基于Windows Mobile Version 5．0的掌上电脑HPiPAQrh1950，开发软件采用visual Studio．net 2005编程。软件部分包括肺功能数据通讯、参数计算、曲线显示、数据存储等模快。软件部分需要部署到PDA中，需要创建可以自安装的CAB文件，然后将CAB文件传输到PDA中，进行安装后即可使用。这里着重介绍一下通讯部分的实现。
PDA与前置测量装置是通过RS232串行口进行数据通讯。由于需要实时接受数据，数据通讯模块采用多线程技术，使接受数据的同时不影响用户的使用。VS．net 2005系统中没有提供用于串口通信的专用控件，因此这里采用API函数进行底层开发。在多线程模式中，包括了应用程序主线程和串口数据接收线程。应用程序主线程除了完成打开、初始化、关闭串口等基本工作外，还要完成创建及关闭接收串口数据的线程、发送数据及数据处理等工作。串口数据实时接收线程完成对串口的监视，监视事件发生时调用读串口函数读取数据，然后发送信息给主线程。主线程对接收或发送的数据进行处理。在VS．net 2005系统中，串口与其他通信设备是作为文件进行处理的，串口的打开、关闭、读取和写入所用的函数与操作文件的函数完全一样。
首先进行串口初始化，配置串口的参数，然后打开串口，并创建接收串口数据的线程，同时PDA向前置测量装置发送连接报文，当PDA接收到正确的返回报文后，PDA与装置连接成功，此时PDA与装置可以进行正常的串口通信。当要结束通信时，PDA向装置发送断开连接报文。并关闭接收串口数据的线程，最后关闭串口。其框图如下：


4　结论
本文介绍了基于PDA方式的便携式肺通气功能测量的工作原理和具体实现，经过与标准流速仪对照，在整个量程内（0～8 L），非线性误差不大于2%，能够满足临床应用。本实现的测试仪体积小，携带方便，性能稳定，非常适合门诊医生使用。现阶段正在研究和设计无线技术在基于PDA方式的肺通气功能的仪器上的应用和实现。这将会进一步增加仪器使用的方便性和数据共享能力。