CN103607394A - 生理参数监护仪的ieee11073 phd协议自动转换方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗监护仪技术领域，提供了一种生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换方法和装置。所述装置包括第一单片机和第二单片机，第一单片机和第二单片机之间通过IEEE11073 PHD协议连接，第一单片机为PHD管理员，第二单片机为PHD代理，其中：第一单片机分别与计算机和第二单片机之间通过串口进行通信，第一单片机接收用户通过计算机发送的命令，按IEEE11073 PHD规定的数据格式封装后发送给第二单片机；第二单片机分别与监护仪和第一单片机之间通过串口进行通信，第二单片机解析监护仪的生理参数数据并按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式重新封装后发送给第一单片机。采用本发明的方法和装置操作简单，降低了厂商的开发成本，缩短了开发时间。

Description

生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换方法和装置

【技术领域】

本发明涉及医疗监护仪技术领域，特别是涉及一种生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换方法和装置。 

【背景技术】

随着人口老龄化的加剧，更高效的健康监护设备和服务已成为目前的研究热点。生理参数监护仪，如心电监护仪、血氧仪、血压计、血糖计、体重计等，都已发展成为居家监护设备。长久以来，生理参数监护仪生产厂商各自为营，不同厂商的设备由于所遵循的标准不同而无法协同工作，来自不同厂商的医疗设备数据也无法方便地进行统一管理，极大地影响了家庭监护系统的发展。 

IEEE11073 PHD（Personal Health Device，个人健康设备）的制定为不同厂商设备提供了统一的遵循标准，使得不同厂商的设备之间的互联互通成为了可能。IEEE11073 PHD的主要目标是：为患者使用的医疗仪器提供实时的即插即用功能；在任何医疗环境下，提供患者生理参数与外界的高效交换，在没有大量软件和硬件的支持下，使得生理参数能够被不同的应用存档、获取和处理。IEEE11073 PHD使自由定义且各自独立的数据格式转换为统一的数据格式，从而使得信息能在个人远程健康设备和计算引擎（如PC、机顶盒等）间实现无缝传输，而不受设备各自特性与原先数据格式的限制。 

为了遵循IEEE11073 PHD，生理参数监护仪生产厂商首先需要组织人员针对自身设备类型系统地学习IEEE11073 PHD相关文档，其次需要更改现有系统软硬件架构，最后进行硬件的设计与调试、代码的编写与测试、软硬件联调等。 

综上分析，目前由于生理参数监护仪生产厂商采用各自的数据封装协议封装生理参数数据，导致不同厂商的设备无法协同工作，而IEEE11073 PHD的提出使得不同厂商设备之间的互联互通成为可能。然而，厂商为了实现IEEE11073 PHD需要花费大量的人力、物力、财力和时间，极大地增加了开发成本、延长 了产品开发周期，大大削减了产品的利润。 

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。 

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换方法和装置，其操作简单，且降低了厂商的开发成本，缩短了开发时间。 

本发明采用如下技术方案： 

一种生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换装置，所述装置包括第一单片机和第二单片机，第一单片机和第二单片机之间通过IEEE11073 PHD协议连接，第一单片机为PHD管理员，第二单片机为PHD代理，其中： 

第一单片机分别与计算机和第二单片机之间通过串口进行通信，第一单片机接收用户通过计算机发送的命令，按IEEE11073 PHD规定的数据格式封装后发送给第二单片机； 

第二单片机分别与监护仪和第一单片机之间通过串口进行通信，第二单片机解析监护仪的生理参数数据并按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式重新封装后发送给第一单片机。 

进一步地，所述第一单片机包括第一IEEE11073 PHD通信模块，所述第二单片机包括配置模块、数据解析模块和第二IEEE11073 PHD通信模块，其中： 

所述第一IEEE11073 PHD通信模块和第二IEEE11073 PHD通信模块配合完成IEEE11073 PHD通信，使第一单片机与第二单片机交互完成连接过程； 

所述第一单片机接收用户通过计算机发送的显示命令，并将所述显示命令按IEEE11073 PHD规定的数据格式封装，通过第一IEEE11073 PHD通信模块和第二IEEE11073 PHD通信模块之间的通信发送给第二单片机； 

所述配置模块接收并保存用户通过计算机设定的配置信息，上电时第二单片机模块读取所述配置信息并初始化第二IEEE11073 PHD通信模块和数据解析模块； 

所述数据解析模块根据用户配置过程中填写的数据封装协议，解析监护仪 的数据并按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式重新封装，通过第一IEEE11073 PHD通信模块和第二IEEE11073 PHD通信模块之间的通信发送给第一单片机。 

进一步地，所述配置模块通过串口接收用户通过计算机设定的配置信息并保存。 

进一步地，所述配置信息包括监护仪的类型、与所述监护仪的类型相对应的医疗设备系统对象的组成模块，以及数据封装协议。 

进一步地，所述数据封装协议的数据封装格式为：包ID+数据+校验和+包尾。 

进一步地，所述第一单片机支持定时器和至少2个串口；所述第二单片机支持SPI接口、定时器和至少2个串口。 

进一步地，所述装置还包括用于指示装置工作情况的LED灯，第一单片机还包括第一状态模块，第二单片机还包括第二状态模块； 

所述LED灯分别与第一单片机和第二单片机的I/O口相连，所述第一状态模块和第二状态模块指示改变I/O口的电平，控制LED灯的亮和灭。 

本发明还提供了一种生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换方法，所述方法应用于前述的装置，包括如下步骤： 

步骤S1：第一单片机和第二单片机之间完成ISO/IEEE11073 PHD连接； 

步骤S2：第一单片机和第二单片机之间按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式传输用户命令和生理参数数据，实现计算机和监护仪之间的信息交互。 

进一步地，所述方法还包括： 

步骤S0：接收并保存用户通过计算机设定的配置信息，上电时读取所述配置信息并初始化第二单片机。 

进一步地，所述步骤S2具体包括： 

第一单片机接收用户通过计算机发送的显示命令，并将所述显示命令按IEEE11073 PHD规定的数据格式封装，通过IEEE11073 PHD通信发送给第二单片机； 

第二单片机根据用户配置过程中填写的数据封装协议，解析监护仪的数据 并按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式重新封装，通过IEEE11073 PHD通信发送给第一单片机。 

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过第一单片机和第二单片机之间的IEEE11073 PHD协议连接，按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式传输用户命令和生理参数数据，实现计算机和监护仪之间的信息交互，使用时厂商仅需根据自身监护仪产品特性，配置第二单片机，即可完成IEEE11073 PHD协议的自动转换。采用本发明的方法和装置操作简单，降低了厂商的开发成本，缩短了开发时间。 

【附图说明】

图1是本发明实施例生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换装置结构框图； 

图2是本发明实施例生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换装置的逻辑结构图； 

图3是本发明实施例生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换装置中的配置流程图； 

图4是本发明实施例生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换方法流程图。 

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换装置，该装置包括PHD Manager（PHD管理员，PM）和PHD Agent（PHD代理，PA），PM和PA均采用单片机，分别为第一单片机和第二单片机，它们之间通过IEEE11073 PHD协议连接。PM分别与计算机（PC）和PA 之间通过串口进行通信，PM接收用户通过PC发送的命令，按IEEE11073 PHD规定的数据格式封装后发送给PA；PA分别与监护仪和PM之间通过串口进行通信，PA解析监护仪的生理参数数据并按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式重新封装后发送给PM。 

其中，PM包括第一IEEE11073 PHD通信模块（manager），在IEEE11073 PHD通信架构中充当manager（管理员）角色；PA包括配置模块、数据解析模块和第二IEEE11073 PHD通信模块（agent），在IEEE11073 PHD通信架构中充当agent（代理）角色。第一IEEE11073 PHD通信模块和第二IEEE11073 PHD通信模块配合完成IEEE11073 PHD通信，PA将配置项转化成MDS object（Medical Device System object，医疗设备系统对象）的组成模块，构造出agent的基本框架，与PM交互完成连接过程；在运转过程中，PM接收用户通过PC发送的显示命令，并将显示命令按IEEE11073 PHD规定的数据格式封装，通过第一IEEE11073 PHD通信模块和第二IEEE11073 PHD通信模块之间的通信发送给PA；配置模块可通过例如但不限于串口等方式接收并保存用户通过PC设定的配置信息，配置信息可存储于PA的Flash中，上电时PA模块读取配置信息并初始化第二IEEE11073 PHD通信模块和数据解析模块；数据解析模块根据用户配置过程中填写的数据封装协议，解析监护仪的数据并按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式重新封装，通过第一IEEE11073 PHD通信模块和第二IEEE11073 PHD通信模块之间的通信发送给PM。 

下面对整个装置的详细构成及其工作原理做进一步说明： 

1、所需支持的外设： 

装置对外有2个串口，一个与PC相连，另一个与监护仪相连，装置内部PM和PA通过串口相连。因此，选取的PM和PA分别应该至少支持2个串口外设。PA需要使用Flash存储配置信息，而Flash芯片一般都提供SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口），因而PA还需支持SPI接口。根据IEEE11073 PHD Part10406：Device specialization—Basic electrocardiograph(ECG)(1-to3-lead ECG)规定，agent向manager传送数据时需要带上相对或绝对时间，因而PA还 需支持定时器。此外，按图3所示流程配置PA时，首先要发送启动命令检查PA与配置软件的通信是否畅通，如果n秒内未收到应答，则认为它们之间是断开的，这也要求PA支持定时器。因此，PM需支持定时器和至少2个串口，PA支持SPI接口、定时器和至少2个串口。PM、PA只需要单片机提供最基本的串口、定时器、SPI等功能，市面上很多种类的单片机都能满足要求，而且价格低，降低了用户的成本。 

2、状态指示： 

如图2所示，该装置还可包括一组LED灯（图中未示出），PM还可包括一第一状态模块，PA还可包括一第二状态模块；LED灯分别与PM和PA的I/O口相连，第一状态模块和第二状态模块指示改变I/O口的电平，控制LED灯的亮和灭。PM和PA的状态模块通过上述的LED灯指示整个装置的工作情况，LED灯与两个单片机的I/O（输入/输出）口相连，当装置的工作状态发生改变时，改变I/O口的电平，以控制LED灯的亮灭。状态模块需要指示配置、通信过程的错误，比如：当PA没有被配置或保存在Flash中的配置信息错误时，点亮配置错误LED灯，提示厂商重新进行配置；当PM和PA不能完成ISO/IEEE11073 PHD连接过程（association procedure)，点亮通信握手错误LED灯，提示厂商检查所选择的配置信息是否与设备（监护仪）的功能相符；当PM和PA完成连接过程，进入运转过程（operating procedure），点亮运转指示灯，提示设备与PC正在进行IEEE11073 PHD生理参数数据传输；对于PA，当监测到来自监护仪的数据发生错误时，比如不能识别预定义的包ID、包校验错误等，点亮数据解析错误指示灯，提示厂商检查监护仪数据封装过程是否与数据封装协议相符。 

3、配置： 

如图3所示，配置软件采用wizard向导方式引导厂商进行配置，使得配置过程更直观、更容易理解。配置软件运行在PC上，当装置首次使用或配置错误LED灯点亮时，需要运行配置软件重新对PA进行配置。配置软件可采用VC++（可视化C++）/java编写，软件运行后，通过点击按钮或菜单项弹出wizard配 置向导引导厂商完成PA的配置。启动配置软件后，需要点击按钮或菜单项向装置发出启动命令，若通信正常，启动命令经PM透传，最终发送给PA，PA收到并作出回应，回应经PM透传最终发给PC。若在n秒后，PC未收到回应，则要检查装置的连接情况，重点检查串口收发功能是否正常。当通信断开时，将无法启动wizard向导，配置过程无法完成。 

配置信息包括但不限于监护仪的类型、与监护仪的类型相对应的医疗设备系统对象的组成模块以及数据封装协议，具体如下所示： 

wizard向导的第一页引导厂商确认监护仪的类型，因为每一类监护仪的标准不尽相同，需要分别对待。监护仪类型包括但不限于心电、血氧、血压、血糖、体重、体温、肺活量等。若厂商选择了错误的类型，装置并不能检查出错误，将会错误地解释数据。wizard向导第一页要求厂商选择监护仪类型，采用这种方式可以使得配置软件能适用于所有类型的监护仪，而不需要为每种监护仪都开发一个配置软件。 

wizard向导第二页的内容将特定于第一页所选择的监护仪类型，PA利用该页内容生成医疗设备系统对象的组成模块。以心电监护仪为例，根据IEEE11073 PHD Part10406：Device specialization—Basic electrocardiograph(ECG)(1-to3-lead ECG)，第二页应至少包括如下配置项： 

1）I导联波形数据； 

2）II导联波形数据； 

3）III导联波形数据； 

4）测量范围：标度值上下限（监护仪ADC采样输出值）、真实值上下限（以mv为单位）； 

5）心率； 

6）R-R（心电R波）间期； 

7）导联脱落信息； 

8）特殊事件信息（检测到未指明的心血管事件、用户按下按钮等）； 

9）系统采样率。 

根据标准，心电监护仪分为两类，一类是简单心电模式（simple ECG profile），另一类是心率模式（heart rate profile），第二页向导应该给出提示，指导厂商勾选复选框，填写测量范围、系统采样率等信息，比如厂商想实现简单心电模型，则1）、2）和3）中至少应该勾选一个，应填写测量范围、系统采样率等信息，其他复选框都是可选，可根据实际情况决定是否勾选。配置项1）-9）的内容对于生理参数监护仪生产厂商都是非常容易理解的，但是这些配置信息在PA中却转化成了医疗设备系统对象的组成模块，构造出了agent的基本框架。通过深入分析各类监护仪的IEEE11073 PHD文档，将agent的基本框架以简单明了、通俗易懂的配置项呈现给厂商，是本实施例的最重要部分之一。 

wizard向导的第三页引导厂商填写数据封装协议，数据封装协议采用常用的数据封装格式：包ID+数据+校验和+包尾，一方面为厂商提供了简单可靠地数据封装格式，另一方面也有利于PA高效可靠地进行数据解析。以心电监护仪为例，若在第二页中勾选了I导联波形数据，则会在第三页中自动生成一个项目，要求填入I导联波形数据对应的包ID、数据长度、是否含有校验和、包尾等信息。厂商只要严格按此封装格式封装数据，PA就能顺利解析出数据。该封装过程简单可靠，容易实现。 

wizard向导的第四页对前三页的配置做了一个总结，允许厂商返回修改。 

配置完成后，配置数据从PC端通过串口发送给装置，最终保存在PA的Flash中。 

在本实施例提供的装置中，利用配置软件提供的wizard向导引导厂商根据监护仪种类、提供的功能合理勾选配置项，填写数据封装协议用于解析数据，配置完成后，数据通过串口保存在PA的Flash中。该配置过程只需要进行一次，当产品功能发生改变时，可以重新进行配置，配置项描述的是监护仪的功能特性，不涉及任何IEEE11073 PHD协议相关内容，完全屏蔽了IEEE11073 PHD协议的信息，使得厂商能快速、轻松地配置装置，操作简单。 

如图4所示，本发明实施例还提供了一种生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换方法。该方法包括如下步骤： 

步骤S1：第一单片机和第二单片机之间完成ISO/IEEE11073 PHD连接，此为连接过程； 

步骤S2：第一单片机和第二单片机之间按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式传输用户命令和生理参数数据，实现PC和监护仪之间的信息交互，此为运转过程。 

当然，还需要对PA进行配置，接收并保存用户通过PC设定的配置信息，上电时读取配置信息并初始化PA。具体的配置流程在装置实施例中已详细介绍，可参考前文所述，此处不再赘述。 

在运转过程中，PM接收用户通过PC发送的显示命令，并将显示命令按IEEE11073 PHD规定的数据格式封装，通过IEEE11073 PHD通信发送给PA；PA根据用户配置过程中填写的数据封装协议，解析监护仪的数据并按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式重新封装，通过IEEE11073 PHD通信发送给PM。 

采用本发明实施例提供的生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换方法和装置，厂商根据自身产品特性，通过配置软件配置PA，PM和PA配合完成IEEE11073 PHD协议自动转换。该过程操作简单，只需在配置软件的wizard向导引导下勾选符合自身产品特性的配置项、填写数据封装信息即可，只需进行一次配置；PM和PA均为单片机，单片机只需支持串口、SPI、定时器等外设，成本较低。厂商只要花费很小代价就能使其产品遵循IEEE11073 PHD，使其有更多的时间和精力专注监护仪本身性能的优化。 

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁盘或光盘等。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换装置，其特征在于，所述装置包括第一单片机和第二单片机，第一单片机和第二单片机之间通过IEEE11073 PHD协议连接，第一单片机为PHD管理员，第二单片机为PHD代理，其中：

第一单片机分别与计算机和第二单片机之间通过串口进行通信，第一单片机接收用户通过计算机发送的命令，按IEEE11073 PHD规定的数据格式封装后发送给第二单片机；

第二单片机分别与监护仪和第一单片机之间通过串口进行通信，第二单片机解析监护仪的生理参数数据并按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式重新封装后发送给第一单片机。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一单片机包括第一IEEE11073 PHD通信模块，所述第二单片机包括配置模块、数据解析模块和第二IEEE11073 PHD通信模块，其中：

所述第一IEEE11073 PHD通信模块和第二IEEE11073 PHD通信模块配合完成IEEE11073 PHD通信，使第一单片机与第二单片机交互完成连接过程；

所述第一单片机接收用户通过计算机发送的显示命令，并将所述显示命令按IEEE11073 PHD规定的数据格式封装，通过第一IEEE11073 PHD通信模块和第二IEEE11073 PHD通信模块之间的通信发送给第二单片机；

所述配置模块接收并保存用户通过计算机设定的配置信息，上电时第二单片机模块读取所述配置信息并初始化第二IEEE11073 PHD通信模块和数据解析模块；

所述数据解析模块根据用户配置过程中填写的数据封装协议，解析监护仪的数据并按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式重新封装，通过第一IEEE11073PHD通信模块和第二IEEE11073 PHD通信模块之间的通信发送给第一单片机。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述配置模块通过串口接收用户通过计算机设定的配置信息并保存。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述配置信息包括监护仪的类型、与所述监护仪的类型相对应的医疗设备系统对象的组成模块，以及数据封装协议。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述数据封装协议的数据封装格式为：包ID+数据+校验和+包尾。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一单片机支持定时器和至少2个串口；所述第二单片机支持SPI接口、定时器和至少2个串口。

7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于指示装置工作情况的LED灯，第一单片机还包括第一状态模块，第二单片机还包括第二状态模块；

所述LED灯分别与第一单片机和第二单片机的I/O口相连，所述第一状态模块和第二状态模块指示改变I/O口的电平，控制LED灯的亮和灭。

8.一种生理参数监护仪的IEEE11073 PHD协议自动转换方法，所述方法应用于权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：第一单片机和第二单片机之间完成ISO/IEEE11073 PHD连接；

步骤S2：第一单片机和第二单片机之间按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式传输用户命令和生理参数数据，实现计算机和监护仪之间的信息交互。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤S0：接收并保存用户通过计算机设定的配置信息，上电时读取所述配置信息并初始化第二单片机。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

第一单片机接收用户通过计算机发送的显示命令，并将所述显示命令按IEEE11073 PHD规定的数据格式封装，通过IEEE11073 PHD通信发送给第二单片机；

第二单片机根据用户配置过程中填写的数据封装协议，解析监护仪的数据并按IEEE11073 PHD规定的数据封装格式重新封装，通过IEEE11073 PHD通信发送给第一单片机。

Images