Software Engineering and Applications 软件工程与应用, 2020, 9(3), 228-243 Published Online June 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/sea https://doi.org/10.12677/sea.2020.93026
Design of Blowing Exercise Apparatus Based on Internet+ Technology for Postoperative Severe Disease
Guangqian Liu1, Guangxu Liu2
12
thstth
Received: Jun. 7, 2020; accepted: Jun. 21, 2020; published: Jun. 28, 2020
City College, Southwest University of Science and Technology, Mianyang Sichuan Dingli College of University for Science & Technology Sichuan, Chengdu Sichuan
Abstract
Surgery is currently a common method of Western medicine for treating major diseases. Due to the susceptibility to infection (especially lung infection) after surgery, and the need to train the function of the department, it is generally arranged for 3~10 days after surgery. Not less than 3 blow training exercises per day are done to help the patient recover from the lungs and enhance the infection antibodies. In this paper, the gas sensor module is used to collect and analyze data through the single-chip microcomputer system, and then make exercise data records and remind-ers on the mobile phone APP through the WIFI network. At the same time, the information of the insufflation practice is transferred to the attending doctor, so as to judge the patient’s treatment status and analyze illness, practice, etc. All patients' breathing practice data will be stored in their mobile APP and website cloud, which is a typical smart medical equipment system based on In-ternet+ technology. It can effectively improve the data collection and analysis of patients’ post-operative insufflation exercises, provide data support for the treatment of disease recovery and establish the relationship between breath and disease, and it is also an application branch of big data medical treatment.
Keywords
Smart Healthcare, Internet+, Blowing Exerciser, SCM Application, Gas Flow Sensor
基于互联网+技术的大病术后吹气 练习仪设计
刘光乾1，刘桄序2
1
西南科技大学城市学院，四川 绵阳
文章引用: 刘光乾, 刘桄序. 基于互联网+技术的大病术后吹气练习仪设计[J]. 软件工程与应用, 2020, 9(3): 228-243. DOI: 10.12677/sea.2020.93026
刘光乾，刘桄序
2
收稿日期：2020年6月7日；录用日期：2020年6月21日；发布日期：2020年6月28日
四川科技职业学院鼎利学院，四川 成都
摘 要
手术是目前西医治疗重大疾病的一种常见手段，由于手术后容易感染(特别是肺部感染)，并需要对肺部功能进行训练，一般在术后均安排有3~10天，每天不低于3次的吹气练习过程训练，以帮助病人恢复和增强感染抗体。本文设计采用气体传感器模块通过单片机系统采集和分析数据，再经过WIFI网络分别在手机APP上做出练习数据记录和提醒，同时将吹气练习信息传递给主治医生，以便通过吹气练习判断病人的治疗状态和分析病情、练习情况等。所有病人的吹气练习数据，都会保存在自己的手机APP端及网站云端，是典型的基于互联网+技术的智慧医疗设备系统。能有效地提升病人术后吹气练习的数据采集和分析，为疾病的治疗恢复和肺功能练习关联研究提供了数据支撑，也是大数据医疗的一个应用分支。
关键词
智慧医疗，互联网+，吹气练习仪，单片机应用，气体流量传感器
Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Open Access 1. 引言
大病手术后的肺部功能恢复至关重要，是病人最容易受到感染的器官之一。经某一三甲医院ICU (即重症加强护理病房)一个月的数据统计，因为手术后肺部感染严重的病例占87.6%，而100%的大病手术后均有一定程度的肺部感染，更有38.7%以上的病例因为肺部感染而加重病情[1]。由此可以看出，在大病手术后进行肺部功能练习，采集肺功能练习的数据分析，有利于医生对肺部感染的科学依判，对进行对症消炎下药有着重要的参考。多方面医学案例反映重大病患者在术后肺部护理的重要性，及合适的肺部护理对肺部感染的有效抑制。
早期医院的吹气练习就是最常见的小孩玩具——气球，能把小气球吹起来的病人，基本证明身体已无大碍。根据科学技术的进步，出现了专业的小轻球吹气练习仪，作为病人手术后的一种专门练习工具。不论是气球吹气练习，还是专门的小轻球吹气练习，都只是在纯物理实施的条件和方式下进行的恢复练习，均指家属报告给医生吹气场景的描述，没有直接的数据能验证吹气练习肺部功能的有效性。真实的情况是：照顾病人的护理人员一旦离开，病人对吹气练习往往就是敷衍交差，没有达到肺部功能练习的目的。
结合临床需求，希望能有一套智能化的大病术后吹气练习仪，以便通过对吹气和吸气的运动，令肺部恢复缓慢地吸入空气、降低呼吸频率，增加吹气量和有效通气量，使其“肺廊”和“肺泡”得到充分扩张，能有效预防“肺不张”，便于痰液排出，有效抑制炎症，练习肺部功能正常化。结合需求与实际情况，将目前用于大病术后肺部功能练习的方式及设备做出比较(表1)。
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刘光乾，刘桄序
Table 1. Comparison of the methods and equipment for lung function training after serious illness 表1. 大病术后肺部功能练习的方式及设备对比表
肺部练习工具 功能对比
吹气功能
便用性
数据记录
数据保存与跟踪 监护者口头描述
数据分析与量
化 口头描述与记录，无法实际
量化 口头描述与记录，无法实际
量化 只有部分监测
功能 根据每次练习给出分析结果和建议
价格应用
其他 气球易爆，质量和规格不一致，难以
衡量 规格统一，相对数
据准确
气球 能实现 好买 手动记录 便宜
轻小球 能实现 专门配置 手动记录
监护者口头描述 护士操作设备疾苦 全智能测试数据保存与跟踪
一般
呼吸仪(心率检
测仪) 智能肺部练习仪(本文设计产
品)
能实现
需要护士操作 家属手机和本机均可操作
护士查看
较贵，且不一定能配用 一般，可重复使用，租
用
部分功能具备 智能设备，操作简单，具有云端，数据分析应用科学
合理
能实现
手机查看、本机一键查看、医生云端查看
2. 系统方案设计与选择
2.1. 整体方案设计
随着电子技术的发展，互联网+技术的推行使得将传统的电子设备与网络进行互联互通，可以方便的通过便携式设备查看相关数据和控制数据的修正，并可以通过云端网站进行数据的分析和记录，给出具备丰富治疗经验的综合参考方案，服务于智慧医疗体系中。系统设计框图见图1所示。
Figure 1. Block diagram of the whole system 图1. 整机系统结构框图
2.2. 气体流量传感器模块电路设计
吹气练习仪的气流传感器是依据气体流通原理，进行数字流速测量的新型气体流量计传感器模块，本文采用的是Renesas/IDT全面校准且线性化的气体和液体流量传感器(FS2012)模块。该模块具有灵敏度高、稳定性能优异、具备I2C数据传输和模拟数据传输两种方式。提供高效的矫正方式和补偿协议，使得气体流量的数据采集精度很高，减轻了单片机数据处理的能力和参数要求，为普及病者使用奠定可使用的低价基础[2]。
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2.3. 单片机控制系统设计
本吹气练习仪的控制采用常见的稳定型MSP430FR2633 微控制器单片机系统，是智能化产品的底层设备参考选择的芯片之一。单片机系统实现对气体的监控与测量对医疗恢复测量，是具有快速、稳定的系统设计选择方案。本设计主要是通过MSP430FR2633 对气体流量传感器进行控制采集数字流速信号并进行处理，分三路给出数据分析及控制，一路是系统本身的按键功能，及使其进行精准的数据传输至数码显示管，一路是经过“蓝牙”模块与手机APP链接，实现便携移动设备对吹气练习仪的数据采集分析及设置，第三路是通过WIFI与云端网络进行链接，发送到医生终端供医生治疗参考。
2.4. 网络数据交互方案设计
在互联网+技术时代，通常采用“蓝牙”或WIFI进行数据采集与控制数据的交互，本文设计系统兼容这两种方式的数据传输形式，以满足各类用户的需求。“蓝牙”模块采用最为稳定的HC-08模块，WIFI模块选用ESP8266-01模块。
2.5. 手机APP与云端网站设计
2.5.1. 手机APP设计
手机APP主要是为了设置和查看吹气练习仪对吹气的设置和控制，以方便不会操作设备按键的病人陪伴。主要功能布局见图2所示。
Figure 2. APP design architecture 图2. APP设计架构图
2.5.2. 云端网站设计
云端网站设计主要为了医生掌握病人的吹气练习情况，系统还将有智能功能对比，以大数据形式实现云端设计，将数据联网，一是形成自己病人的呼吸练习情况，二是由数据分析出根据吹气的力度、频率等电参数，给出合理和科学的数据建议。当然，如果病人家属查看信息，也是具备了本项功能的，只是不会有大数据的分析与治疗方案提供，这样大大减少人们对治疗的进展情况。详细设计见后面网站设计关键资料。
3. 功能设计
3.1. 基本功能设计
患者做吹气练习时，为方便使用，加入了手机端监控系统，合理科学地运用万物互联原理，实现在远方也能查看病患的身体健康状态，以及当日进行的吹气练习的记录。在此设备的基础上，设置了医生在线的病患查看网站，使用该网站，进行浏览每一位在医院进行康复训练的病患状态，查看病患资料和
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数据，使用患者在当天的吹气数据记录，了解患者恢复情况。
3.2. 应用领域设计
根据相关调查显示，国外一些情况表现要好一些，由于国外一些医疗条件要比国内好一些，但是手术之后的肺部功能恢复，还是十分的麻烦，目前能做到的，只是一些简单传统的医疗术后恢复，难以实现精确和高效；而国内，肺部功能恢复的医疗现状，能够做到的只是能够恢复，但是不够卫生，带来的隐患是留下一些后遗症，例如：肺部供气不足，肺大泡，肺部肿胀等，会对以后的日常生活造成严重的影响。
近年来随着汽车使用数量成直线上升截至2019年6月全国机动车数量达到3.4亿，据卫生部、华经产业研究院整理的数据(2015~2018年我国肺移植手术数量图见图3所示)就2019年全年，全国发生4121起交通事故，造成1981人死亡，6141人受伤。数据显示，2017年中国肺移植注册系统共上报肺移植手术达299例，2018年达到403例[3]。
Figure 3. Number of lung transplant operations in my country from 2015 to 2018
图3. 2015~2018年我国肺移植手术数量图
截至2020年3月2日24时，全国新型冠状病毒肺炎确诊病例25,352例(其中重症病例5952例)，累计治愈出院病例52,045例，累计死亡病例3012例，累计报告确诊病例80,409例，有疑似病例522例，全国新型冠状病毒肺炎累计确诊，其病例数据见图4所示[4]。
3.3. 技术可行性设计
按照系统分析提出的在该项目开发过程中可能产生的技术难关、硬件兼容等不利因素，确保顺利开发出所需要的系统，包括硬件和软件两部分[5]，硬件水平是否符合我们的项目需求，软件算法是否能实现我们所需要的功能等等。
系统运行环境为Win7以上常用操作系统，在数据库和应用程序服务器的整合方面，采用App Inventor 2开发软件。App Inventor2软件有着完善的数据库设计功能，而且同时可以很好地兼容第三方的产品，该软件集成了编码和调试等诸多功能为一体采用模块式开发，是一款采用拖拉操作的可视化编程工具，
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