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解決醫療人力不足問題的巡房之星
盛群半導體MCU系統設計與應用

【作者: 張獻中教授、盧勁廷、許景淵】   2014年03月25日 星期二

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摘要

最近電視新聞報導出白衣天使睡眠不足、人手不足、工作量大,造成了護士荒的現象,因此想出一套輔助護士們的系統。臺灣醫院巡房的方式是護士必須拿著紙本到每間病房量取病人的生理資訊,並將此資訊記錄到紙本上,巡房完畢時回到護理站,再將剛剛登記的資訊一一輸入電腦的資料庫內,此時可能因為護士的筆誤或電腦操作不當,造成記錄錯誤的資訊,嚴重可導致醫師診斷不當,這樣醫院就再添一樁糾紛。


本作品是利用射頻識別標籤系統、指紋辨識器、Bluetooth與生理感應器結合之巡視資料更新系統,係藉由一具有指紋辨識器之巡房記錄器,與設置於預定地點的射頻識別標籤來進行巡房工作,去執行巡房之管理與記錄。未來只要在醫院內設置此系統,就可以快速的知道整層樓病人的資訊,而且我們利用指紋辨識來辨別是否為當日值班的護士,避免有他人代巡的問題,並且安裝配置簡單,減少許多紙本的消耗,也可精確的記錄每一筆資料。


一、前言

日前因為羅東博愛醫院發生護士打錯針事件,突顯出護理人力嚴重不足的問題。台北醫學大學護理系主任林佳靜表示,以大夜班來說,一個護士平均要照顧15至30個人,反觀國外,一個護士只需要負責4至5個病患,「護士照顧的病患越多,病患的死亡率也越高。」除非醫療制度及福利待遇有所改善,否則台灣醫療品質只會日趨低落。


看到這則新聞報導因此想出這套系統來改善長期以來護理人員的人力不足。未來只要將此系統安裝置醫院內,護士們只要拿著巡房記錄器,就可以輕鬆將病人目前的心跳、體溫存入到巡房紀錄器,省去護士們以前帶著厚重的病歷表到處巡房,這樣護士們有更多的時間可以去照顧到更多的病人。


二、研究目的

查看目前市面上是沒有類似的系統可以輔助護士們來做巡房的工作,我們將一般做記錄病歷的紙本,換成現在的巡房記錄器,若是大型醫院內裝設這套系統,想必多少能減輕現在護士們的工作壓力。


一般人想到RFID時,就會聯想到台北捷運公司所使用的悠遊卡,悠遊卡在使用時,是利用可移動式的TAG讓頂點的reader讀取內部的資訊,但reader造價較昂貴和TAG相比相差甚遠,所以本系統是採用反向的思考,利用使用較貴的reader去讀取較便宜的TAG,因為TAG成本低又不耗電,所以用此系統來取代紙本,具有可攜性與電腦直接結合的優點。


三、原理與分析

國產盛群MCU HT66F50:


HT66Fx0系列控制器的內部結構如下,其以八位元精簡指令之微控制器核心為主體,搭配快閃式程式記憶體(Flash Program Memory;ROM)、資料記憶體(包含RAM Data Memory 與 E2PROM Data Memory) 、特殊功能暫存器(Special Function Register;SFR)、輸入/輸出閘(I/O Ports) 、SPI/I2C串列界面模組(Serial Interface Module;SIM)計時模組(Timer Moudle;TM)、中斷控制電路(Interrupt Controller)、多通道之類比-數位轉換介面(Multi-Channel ADC)、類比比較器(Comparator) 、LCD介面(提供COM3~COM0輸出)與看門狗計時器(Watchdog Timerl;WDT)…等等所組成的。



圖3-1 :  HT66F50內部結構圖
圖3-1 : HT66F50內部結構圖

圖3-2 : 藍芽模組外觀圖
圖3-2 : 藍芽模組外觀圖

圖3-3 : LCD螢幕
圖3-3 : LCD螢幕

將74164的資料輸出腳連結到LCD的資料輸入腳,再將顯示器的RS腳及E腳與74164的CLEAR腳及CLOCK腳都連結到MCU,基本的資料傳送方式大同小異,只需要將原本由八隻腳傳送的資料,改由傳送八個串列訊號及IC所需的CLOCK來取代。



圖3-4 : 74164
圖3-4 : 74164

圖3-5 : RFID外觀圖
圖3-5 : RFID外觀圖
圖3-6 : 體溫感測器外觀圖
圖3-6 : 體溫感測器外觀圖

DS18B20能夠直接讀出被測溫度,並且可根據實際要求通過簡單的編程實現9~12位數值的讀取方式。可以分別在93.75 ms和750 ms內完成9位和12位的數字量,並且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息,僅需要一根訊號線(單線接口)讀寫,溫度變換功率來源於數據總線。


圖3-7 : 心跳感測器外觀圖
圖3-7 : 心跳感測器外觀圖

在紅外線二集體的接腳上加上一直流電壓,則紅外線二極體可發射出紅外線。將此紅外線二極體放在手指,則紅外線二極體所發射的紅外線可由手指反射回來。利用紅外線接收器可將此反射回來的紅外線信號轉換成電氣信號。


由於人體組織的半透明度會隨心臟跳動來變化,當心臟將血液推入動脈時,血液組織的半透明度減低,因此反射回來的紅外線會變弱。此變化單憑肉眼是無法觀察到,但利用紅外線接收器及適當的電子電路卻可以很容易的感測到。



圖3-8 : 模組外觀圖
圖3-8 : 模組外觀圖

四、軟硬體系統


圖4-1 : 系統方塊圖
圖4-1 : 系統方塊圖

在大醫院的護士們通常工作量都比診所大,必須時時刻刻照顧到每位病人,因此我們想到是否可以把比較耗時的巡房工作,用有效率及便利的方式來執行,因此我們利用藍芽技術將病患的心跳、體溫等數值存入記憶體內,並且利用指紋辨別確認是否為當日值班的護士,避免有他人代巡的狀況,護士只要將整層樓的病人資訊搜查完,再讀取電腦旁的RFID卡,就可以與電腦連結,並將資料上傳至VB應用程式。本系統具有以下功能:


讀取生理資訊:


1.巡房前:將本系統與PC的藍芽連結,使用VB記錄登入的使用者帳號、圖像和出巡時間,並將使用者的指紋記錄至巡房記錄器,此時就完成了登入使用者的動作。


2.巡房中:每張病床上都會放置一張RFID卡,所以巡房護士帶著我們的設計的巡房記錄器,到達病人病床的位置時,讀取病床上的卡片,此時巡房記錄器會要求使用者載入指紋,若指紋比對成功,就會與病床上主控盒的藍芽連接,將病人心跳、體溫等數值透過藍芽傳至巡房記錄器,並存入記憶體內,也可直接顯示在LCD螢幕上,直接觀看病人的狀況是否正常。


3.巡房完畢:讀取電腦旁的RFID卡片,就會與PC的藍芽作連接,這時使用者需在VB上點選上傳資料,才會將接收到的資料(病人心跳、體溫…等) ,它是利用藍芽傳送至PC端,讓電腦系統作出相對應的資料處理,並顯示於使用者介面上,可提供醫生查詢與統計。


更改病床資訊:


1.登入完成後在VB應用程式上點選更改病床資訊模式,並輸入更改的病患、醫生和護士的姓名,利用藍芽從PC端傳送BIG5碼至巡房記錄器,並顯示於LCD上供護士確認資料是否正確。


到指定病房讀取病床旁的RFID Card,就會將剛剛儲存的病床資訊傳送至病床主控盒,此時LCD就會顯示此病床的病患、醫生和護士的姓名。



圖4-2 : 軟體流程圖
圖4-2 : 軟體流程圖

由圖4-2軟體流程圖可知,當使用者按下登入鍵時,PC端會利用VB程式啟動視訊,並拍下使用者的影像,也會利用藍芽發送訊號至巡房記錄器,巡房記錄器接收到訊號時,會載入使用者的指紋,將此指紋特徵存入Buffer1,然後就可以開始巡房了。


每張病床上都會擺設一張TAG,將該病床的主控盒之藍芽位址寫入TAG內,護士巡房時,就拿著巡房記錄器靠近TAG,當Reader感測到TAG時,會要求使用者載入指紋(存入Buffer2) ,再將Buffer1與Buffer2的指紋特徵做比對,核對成功時,才可以與病床主控合的藍芽連線、傳病人的生理資訊(心跳、體溫)。


巡房完畢時,讀取電腦旁的TAG,巡房記錄器就會切換藍芽與PC連線,等待使用者按下上傳資料。當使用者按下上傳資料鍵時,PC端會發送訊號至MCU,當MCU收到訊號時,就會將剛剛巡房的病患數據上傳到PC端,再經由VB程式編排資料順序,得以達到巡房輕鬆與資料正確的效果。


五、實作結果


圖5-1 : 巡房盒外觀圖
圖5-1 : 巡房盒外觀圖

巡房盒所使用的微控制器是盛群HT66F50作為核心,所運用到的有內部計時中斷功能、外部中斷功能、一般I/O Port、模擬UART串列傳輸功能(MX232傳送模組、RFID高頻讀寫模組、指紋辨識模組、Bluetooth藍芽模組)。



圖5-2 : 病床盒外觀圖
圖5-2 : 病床盒外觀圖

病床盒所使用的微控制器是盛群HT66F50作為核心,所運用到的有內部計時中斷功能、外部中斷功能、一般I/O Port、模擬UART串列傳輸功能(Bluetooth藍芽模組)。取代醫院裡所擺設的醫療器材,是利用DS18B20溫度感測器放置於患者腋下來量取體溫,手指頭放置於紅外線感測器上方,它傳回來的訊號是利用微控制器的外部中斷與內部計數來算出心跳值(下/分),當巡房記錄器與此連線後,病床盒就會將病人的生理數據利用藍芽傳送至巡房記錄器。


完成的作品請參考圖5-3



圖5-3 : 作品照片
圖5-3 : 作品照片

六、結論

功能性:

本系統總共有兩種功能1.一般醫院中的護士都須拿著紙本去填寫病人的身體狀況,但用了這套系統護士們只要利用巡房記錄器,到病房內,做指紋辨別與RFID確認,就可以將病人當下的心跳、體溫…等資料儲存到巡房記錄器內。將所有病房巡視完後,再到醫護中心內用藍芽將所有病人資料做上傳,就可以立即知道病人的資訊。2.通常在病房內都貼有病患姓名以及醫護人員的姓名標籤,我們可以利用巡房紀錄系統在PC上輸入病患、醫生、護士人員的姓名傳送至巡房記錄器,再到該病房讀取卡片就可以更改該病房上LCD顯示的這些資訊。


創意性:

目前市面上查看是沒有類似的系統可以輔助護士們做巡房的功能,我們將一般做紀錄病歷的紙本換成現在的巡房記錄器,若是大型醫院內裝設這套系統,想必多少能減輕現在護士們的工作壓力。一般人想到RFID時就會聯想到台北捷運公司所使用的悠遊卡,悠遊卡在使用時是利用可移動式的RFID Card讓頂點的reader讀取內部的資訊,但reader造價較昂貴和RFID Card相比相差甚遠,所以本系統是採用反向的思考,利用使用較貴的reader去讀取較便宜的RFID Card,因為RFID Card成本低又不耗電,所以用此系統來取代紙本,具有攜帶性的優點。


實用性:

相較於現有技術,本作品利用利用射頻識別標籤系統、指紋辨識器與Bluetooth藍芽管理之巡房記錄系統,係藉由一具有指紋辨識器之巡房記錄器,設置於預定地點射頻識別標籤來進行巡房人員,執行巡房之管理與記錄。未來只要在醫院內,此系統就可以快速的知道整層樓病人的資訊,而且我們利用指紋辨識來辨別是否為當日值班的護士,避免有他人代巡的問題,並且安裝配置簡單。也減少許多紙本的消耗。


(本文由盛群半導體提供;作者為臺北城市科技大學資訊工程系張獻中教授、盧勁廷、許景淵等)


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