近年來(lái)基于醫(yī)療的嚴(yán)峻現(xiàn)狀，醫(yī)學(xué)院的教學(xué)性能不斷削弱,；醫(yī)院對(duì)醫(yī)生的要求又不斷提高,，學(xué)校教育與醫(yī)院要求出現(xiàn)脫節(jié)。社會(huì)的發(fā)展,，醫(yī)療體制的改革,，媒體的宣傳，民眾的法律意識(shí)大大加強(qiáng),，一系列醫(yī)療法規(guī)的出臺(tái),，進(jìn)一步明確了病人的各項(xiàng)權(quán)益。病人,，這一以往傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)的主體更多的選擇拒絕配合教學(xué)工作,。而近年來(lái)醫(yī)療糾紛的增多與醫(yī)患關(guān)系的緊張，出于自身利益的考慮,，醫(yī)院的教學(xué)性能不斷削弱,。醫(yī)學(xué)院校在臨床醫(yī)學(xué)教育中的常規(guī)模式是：理論教學(xué)+單項(xiàng)技能訓(xùn)練——見(jiàn)習(xí)——臨床實(shí)習(xí)。但由于種種原因,，見(jiàn)習(xí)不能有效開(kāi)展,，從而導(dǎo)致“理論教學(xué)+單項(xiàng)技能訓(xùn)練”這一教學(xué)模式的形成?；谝陨犀F(xiàn)實(shí)情況,，醫(yī)學(xué)院校內(nèi)教學(xué)的尷尬局面迫切需要改變。將“模擬教學(xué)”引入校內(nèi)教學(xué)流程,，形成“理論教學(xué)+單項(xiàng)技能訓(xùn)練——模擬教學(xué)——臨床實(shí)習(xí)”新型的臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)模式,。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)模型人的方式再現(xiàn)臨床醫(yī)學(xué)的工作場(chǎng)景,，為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)學(xué)習(xí)臨床知識(shí)和技能的條件和環(huán)境,。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
從結(jié)構(gòu)方面看，該系統(tǒng)可以分成模型人和遙控器兩部分,。模型人主要有內(nèi)部無(wú)線接收裝置和控制裝置以及人體表面的專(zhuān)用裝置,。遙控器上有液晶顯示屏、鍵盤(pán)以及相關(guān)說(shuō)明,?？己苏呖梢院芊奖愕叵蚰Ｐ腿藘?nèi)部的無(wú)線接收裝置發(fā)出指令信號(hào),，無(wú)線接收裝置以收到的指令來(lái)確定是什么疾病類(lèi)型，從而控制模型人身上各位置點(diǎn)應(yīng)該發(fā)出什么聲音,，當(dāng)聽(tīng)診器接觸到模型人身上相應(yīng)的位置點(diǎn)時(shí),，相應(yīng)的裝置會(huì)給控制單元一個(gè)位置信號(hào)，然后控制單元將這個(gè)信號(hào)通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)控制相應(yīng)的喇叭閉合發(fā)出所在點(diǎn)的心肺聽(tīng)診音,，被考核者通過(guò)聽(tīng)診器將此聲音傳到人耳朵里,，這就完整模擬了一次真實(shí)的聽(tīng)診過(guò)程。被考核者通過(guò)聽(tīng)診器的探頭觸診模型人的不同體位,，并通過(guò)聽(tīng)診器來(lái)聽(tīng)診不同位置的各種病理特征,，由此來(lái)判斷是否為某種疾病，從而達(dá)到教學(xué)和培訓(xùn)的目的,。
2 系統(tǒng)的功能組成
從功能方面,，該系統(tǒng)又可分為語(yǔ)音播放單元、多路模擬開(kāi)關(guān),、位置識(shí)別開(kāi)關(guān),、無(wú)線通信單元和電源及低功耗設(shè)計(jì)單元六個(gè)部分。其中模型人內(nèi)部系統(tǒng)框圖如圖1所示,。
遙控器的系統(tǒng)框圖如圖2所示,。
2．1 主控制器芯片的選擇
主控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，主控制器芯片的選擇關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)與否,。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放,、無(wú)線收發(fā)、多路模擬開(kāi)關(guān),、電源低功耗、上位機(jī)教學(xué)等功能,，所以就要求該芯片具有較高的運(yùn)算速度,，較大的RAM和FLASH空間，具有可擴(kuò)展的IO口(比如I2C,，SPI等)兼容一些外部芯片(如帶有SPI的FLASH存儲(chǔ)器或者一些其他芯片),，并且功耗較低，調(diào)試方便等,。綜合上述因素,，主控制芯片用美國(guó)德克薩斯(TI)公司生產(chǎn)的MSP430，因?yàn)樵撓到y(tǒng)是便攜式心肺聽(tīng)診系統(tǒng),，采用電池供電的方式,，所以要求必須超低功耗，這樣才能滿(mǎn)足醫(yī)學(xué)教學(xué)的要求,，而該芯片最大的特點(diǎn)就是低功耗,，電壓準(zhǔn)備工作模式是3．3 V,，正常工作時(shí)電流在幾毫安，完全滿(mǎn)足系統(tǒng)要求,。該芯片具有如下性能：
低電壓范圍：1．8～3．6 V,；
超低功耗：標(biāo)準(zhǔn)模式1．3 mA，RAM保持關(guān)閉時(shí)為0．1 mA,；
低電流：7 mA在32 kHz,，2．2 V，250 mA在1 MHz,，2．2 V,；
5種節(jié)點(diǎn)模式和6 ms內(nèi)從等待模式喚醒；
16位RISC指令結(jié)構(gòu)和125 ns指令周期,；
12位A／D轉(zhuǎn)換和內(nèi)部參考電壓,、采樣保持、自動(dòng)掃描特性,；
16位定時(shí)器并帶有映射寄存器的7路捕獲,、比較寄存器，定時(shí)器B,；16位定時(shí)器并帶有3路捕獲／比較寄存器,，定時(shí)器A；片內(nèi)比較器,；
串行在線編程,，無(wú)須外部編程電壓，安全熔絲保護(hù)程序代碼,；
內(nèi)含60 KB閃存,，2 KB隨機(jī)存儲(chǔ)器。
2．2 語(yǔ)音播放
語(yǔ)音播放是本系統(tǒng)一個(gè)重要組成功能之一,。在這里有兩個(gè)問(wèn)題需要解決,，一個(gè)是語(yǔ)音數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，另一個(gè)是語(yǔ)音的編解碼和播放,。由于WAV波形數(shù)據(jù)占用的空間較大,，所以有必要先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼。因此該系統(tǒng)選用中青世紀(jì)科技公司開(kāi)發(fā)的PM50智能語(yǔ)音芯片,，它既是語(yǔ)音播放電路,，也是智能單片機(jī)，其音質(zhì)水平,，價(jià)格都要略?xún)?yōu)于著名的ISD電路,，同時(shí)也有21 kHz的高保真音質(zhì)。該芯片由專(zhuān)用的語(yǔ)音單片機(jī)和FLASH RAM存儲(chǔ)器集合構(gòu)成,，它既有13～100 s的多段語(yǔ)音播放功能,，也有單片機(jī)可編程的智能特性,，該芯片具有如下特點(diǎn)：
可存儲(chǔ)聲音長(zhǎng)度：13～100 s；
寬范圍工作電壓：DC 3～6 V,；
工作電流50 mA,，靜態(tài)電流1μA；
直接驅(qū)動(dòng)8 Ω 0．5 W的喇叭,，具備PWM和DAC兩種音頻輸出模式,；
寬范圍采樣頻率：4．8～21 kHz；
錄制的語(yǔ)音可分并行1～8段和串行128段,；
自帶8個(gè)輸入端口,，9個(gè)輸出端口，功能均可由用戶(hù)自定義,；
FLASH RAM結(jié)構(gòu),，可以反復(fù)擦寫(xiě)錄入，壽命在1萬(wàn)次以上,；
兩種封裝形式：COB28和COB16,；
開(kāi)發(fā)用的電腦軟件系超智能傻瓜圖形設(shè)計(jì)，外行也能使用,；
配合編程軟件可以開(kāi)發(fā)出并行,、串行、智能型等多種控制模式,；
最小系統(tǒng)的外圍電路只需一只振蕩電阻,、一只電源濾波電容；
有13 s／20 s／50 s／100 s多個(gè)時(shí)間檔次可選,；
完成開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)生產(chǎn)后,，直接用源文件投產(chǎn)掩膜，音質(zhì)效果,、功能性能不變,。
2．3 多路模擬開(kāi)關(guān)
多路模擬開(kāi)關(guān)主要是用來(lái)選擇播放位置點(diǎn)喇叭聲音的，因?yàn)镻M50芯片只能連接一路揚(yáng)聲器,，所以只能通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)來(lái)選擇各路喇叭接通，而MAX306CPI芯片是十六位多路選擇開(kāi)關(guān),，可以將兩片芯片擴(kuò)展起來(lái)形成32路選擇開(kāi)關(guān),，芯片電壓在4．5～30 V之間，功耗非常小,，且不影響喇叭的發(fā)音,，完全滿(mǎn)足要求。并且聽(tīng)診器探頭可以輕易地觸動(dòng)模型人皮下的專(zhuān)用位置,，所以采用這種技術(shù)對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的選擇,。
2．4 無(wú)線模塊的設(shè)計(jì)
無(wú)線模塊的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì),。硬件設(shè)計(jì)主要包括PCB圖的布局走線和天線設(shè)計(jì)兩方面，軟件設(shè)計(jì)主要是通信協(xié)議的定義,。
無(wú)線模塊工作在ISM(Industrial Scientific Medical)超高頻段,，因而對(duì)PCB板的布局提出了更高的要求。一般來(lái)說(shuō),，外圍元件要盡可能靠近無(wú)線芯片,，并且所有元件要盡可能排列在PCB板的同一側(cè)，這樣可以在PCB板的另外一側(cè)進(jìn)行大面積的敷銅以減少干擾,。軟件方面,，良好的通信協(xié)議也是無(wú)線模塊穩(wěn)定工作的重要保障之一。通信協(xié)議除了規(guī)定應(yīng)答關(guān)系之外,，檢錯(cuò)也是一個(gè)重要環(huán)節(jié),。目前比較常用的檢錯(cuò)方法是循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC校驗(yàn))，其特征是信息字段和長(zhǎng)度字段的長(zhǎng)度可以任意選定,。CRC碼集的選擇原則是：若設(shè)碼字長(zhǎng)度為N,，信息字段長(zhǎng)度為K，校驗(yàn)字段長(zhǎng)度為R,，其中N=K+R,，則對(duì)于CRC碼集中的任一碼字，當(dāng)且存在一個(gè)R次的多項(xiàng)式g(x),，使得：
式中：m(x)為K次信息多項(xiàng)式,；r(x)為R-1次校驗(yàn)多項(xiàng)式；g(x)為生成多項(xiàng)式,。發(fā)送方通過(guò)生成g(x)來(lái)產(chǎn)生CRC碼字,，接收方將接收到的碼字多項(xiàng)式與生成多項(xiàng)式g(x)相除，若能除盡,，則說(shuō)明接收正確,。
2．5 電源模塊
在便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，為避免頻繁更換電池,，延長(zhǎng)產(chǎn)品的一次使用時(shí)間,，低功耗設(shè)計(jì)一直是重中之重。電源模塊主要用于對(duì)電池組的管理,，并給系統(tǒng)的其他模塊供電,。電源橫塊主要用在遙控器上，用來(lái)供給遙控器各模塊正常工作,。本系統(tǒng)采用的是兩節(jié)電池供電的方式,，具有升降壓功能的DC／DC電源芯片。良好的電源模塊設(shè)計(jì)可以有效提高電池的利用效率,，維持穩(wěn)定的電壓,，減少電源紋波,，增大輸出電流。
2．6 低功耗設(shè)計(jì)
由于本系統(tǒng)采用的是兩節(jié)干電池供電的方式,，對(duì)系統(tǒng)功耗要求比較高,。為了延長(zhǎng)電池的使用壽命，避免頻繁地更換電池,，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)都要考慮到低功耗的設(shè)計(jì)要求,。低功耗設(shè)計(jì)就是要降低系統(tǒng)時(shí)鐘頻率、電源電壓以及門(mén)的活躍因素,。從硬件方面來(lái)講,，要降低系統(tǒng)的功耗，就要盡可能選擇低功耗的芯片,，或者帶有休眠功能的芯片,。軟件方面，可以采用間斷喚醒的工作方式,。如果某個(gè)功能模塊工作的空閑時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),，可以暫時(shí)將其關(guān)閉或者使其處于低功耗狀態(tài)，然后通過(guò)定時(shí)喚醒來(lái)檢測(cè)應(yīng)答信號(hào),，只有當(dāng)接收到應(yīng)答信號(hào)時(shí)模塊才進(jìn)入工作狀態(tài),。通過(guò)間斷喚醒的方式可以極大地降低系統(tǒng)的功耗。
3 上位機(jī)教學(xué)軟件
主控制器通過(guò)I／O口將模型人的位置信息傳到上位機(jī),，上位機(jī)根據(jù)收到的位置信號(hào)來(lái)控制上位機(jī)軟件界面的顯示,，可以顯示聽(tīng)診的位置、聲音特點(diǎn),、與呼吸的關(guān)系以及聲音的波形信息,，另外還可以外接揚(yáng)聲器放大播放所聽(tīng)到的心肺聲音，達(dá)到醫(yī)學(xué)教學(xué)的目的,。上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)框圖如圖3所示,。
4 結(jié)語(yǔ)
MSP430系列單片機(jī)的迅速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，主要取決于以下特點(diǎn)：強(qiáng)大的處理能力,；采用了精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu),；具有豐富的尋址方式；簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以參加多重運(yùn)算,；高效的查表處理指令,；較高的處理速度，在8 MHz晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為125 ns,。這些特點(diǎn)保證編制出高效率的源程序。另外MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多,，并且可以任意嵌套,，使用時(shí)靈活方便,。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用6μs,。
本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是由于系統(tǒng)利用MSP430超低功耗性能,，因此設(shè)計(jì)具有很高的實(shí)用性和穩(wěn)定性，并且該芯片具有較高的運(yùn)算速度,，較大的RAM和FLASH空間,，具有可擴(kuò)展的I／O口，兼容一些外部芯片,，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn),。系統(tǒng)用普通聽(tīng)診器去測(cè)試心肺音，更能逼真模仿真實(shí)的臨床環(huán)境,，因而相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的研究和開(kāi)發(fā),，不僅對(duì)于提高現(xiàn)階段我國(guó)醫(yī)學(xué)模擬教學(xué)的水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也具有良好的市場(chǎng)前景,。
