而近年來醫(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)+單項技能訓(xùn)練--見習(xí)--臨床實習(xí)。但由于種種原因，見習(xí)不能有效開展，從而導(dǎo)致“理論教學(xué)+單項技能訓(xùn)練”這一教學(xué)模式的形成。基于以上現(xiàn)實情況，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)+單項技能訓(xùn)練——模擬教學(xué)——臨床實習(xí)”新型的臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)模式。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過模型人的方式再現(xiàn)臨床醫(yī)學(xué)的工作場景，為學(xué)習(xí)者提供了一個無風(fēng)險學(xué)習(xí)臨床知識和技能的條件和環(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)部無線接收裝置和控制裝置以及人體表面的專用裝置。遙控器上有液晶顯示屏、鍵盤以及相關(guān)說明。考核者可以很方便地向模型人內(nèi)部的無線接收裝置發(fā)出指令信號，無線接收裝置以收到的指令來確定是什么疾病類型，從而控制模型人身上各位置點應(yīng)該發(fā)出什么聲音，當(dāng)聽診器接觸到模型人身上相應(yīng)的位置點時，相應(yīng)的裝置會給控制單元一個位置信號，然后控制單元將這個信號通過多路模擬開關(guān)控制相應(yīng)的喇叭閉合發(fā)出所在點的心肺聽診" title="心肺聽診">心肺聽診音，被考核者通過聽診器將此聲音傳到人耳朵里，這就完整模擬了一次真實的聽診過程。被考核者通過聽診器的探頭觸診模型人的不同體位，并通過聽診器來聽診不同位置的各種病理特征，由此來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)又可分為語音播放單元、多路模擬開關(guān)、位置識別開關(guān)、無線通信單元和電源及低功耗設(shè)計單元六個部分。其中模型人內(nèi)部系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1模型人內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
遙控器的系統(tǒng)框圖如圖2所示。
圖2遙控器系統(tǒng)框圖
2.1主控制器芯片的選擇
主控制器是整個系統(tǒng)的核心部分，主控制器芯片的選擇關(guān)系到整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)與否。本系統(tǒng)要實現(xiàn)語音播放、無線收發(fā)、多路模擬開關(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，主控制芯片用美國德克薩斯（TI）公司生產(chǎn)的MSP430,因為該系統(tǒng)是便攜式心肺聽診系統(tǒng)，采用電池供電的方式，所以要求必須超低功耗，這樣才能滿足醫(yī)學(xué)教學(xué)的要求，而該芯片最大的特點就是低功耗，電壓準(zhǔn)備工作模式是3.3V,正常工作時電流在幾毫安，完全滿足系統(tǒng)要求。該芯片具有如下性能：
低電壓范圍：1.8~3.6V;
超低功耗：標(biāo)準(zhǔn)模式1.3mA,RAM保持關(guān)閉時為0.1mA;
低電流：7mA在32kHz,2.2V,250mA在1MHz,2.2V;
5種節(jié)點模式和6ms內(nèi)從等待模式喚醒；
16位RISC指令結(jié)構(gòu)和125ns指令周期；
12位A/D轉(zhuǎn)換和內(nèi)部參考電壓、采樣保持、自動掃描特性；
16位定時器并帶有映射寄存器的7路捕獲、比較寄存器，定時器B;
16位定時器并帶有3路捕獲/比較寄存器，定時器A;
片內(nèi)比較器；
串行在線編程，無須外部編程電壓，安全熔絲保護(hù)程序代碼；
內(nèi)含60KB閃存，2KB隨機(jī)存儲器。
2.2語音播放
語音播放是本系統(tǒng)一個重要組成功能之一。在這里有兩個問題需要解決，一個是語音數(shù)據(jù)的存儲，另一個是語音的編解碼和播放。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)科技公司開發(fā)的PM50智能語音芯片，它既是語音播放電路，也是智能單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)，其音質(zhì)水平，價格都要略優(yōu)于著名的ISD電路，同時也有21kHz的高保真音質(zhì)。該芯片由專用的語音單片機(jī)和FLASHRAM存儲器集合構(gòu)成，它既有13~100s的多段語音播放功能，也有單片機(jī)可編程的智能特性，該芯片具有如下特點：
可存儲聲音長度：13~100s;
寬范圍工作電壓：DC3~6V;
工作電流50mA,靜態(tài)電流1A;
直接驅(qū)動80.5W的喇叭，具備PWM和DAC兩種音頻輸出模式；
寬范圍采樣頻率：4.8~21kHz;
錄制的語音可分并行1~8段和串行128段；
自帶8個輸入端口，9個輸出端口，功能均可由用戶自定義；
FLASHRAM結(jié)構(gòu)，可以反復(fù)擦寫錄入，壽命在1萬次以上；
兩種封裝形式：COB28和COB16;
開發(fā)用的電腦軟件系超智能傻瓜圖形設(shè)計，外行也能使用；
配合編程軟件可以開發(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13s/20s/50s/100s多個時間檔次可選；
完成開發(fā)和試驗生產(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多路模擬開關(guān)
多路模擬開關(guān)主要是用來選擇播放位置點喇叭聲音的，因為PM50芯片只能連接一路揚聲器，所以只能通過多路模擬開關(guān)來選擇各路喇叭接通，而MAX306CPI芯片是十六位多路選擇開關(guān)，可以將兩片芯片擴(kuò)展起來形成32路選擇開關(guān)，芯片電壓在4.5~30V之間，功耗非常小，且不影響喇叭的發(fā)音，完全滿足要求。并且聽診器探頭可以輕易地觸動模型人皮下的專用位置，所以采用這種技術(shù)對本系統(tǒng)來說是一個很好的選擇。
2.4無線模塊的設(shè)計
無線模塊的設(shè)計包括兩個部分：硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計主要包括PCB圖的布局走線和天線設(shè)計兩方面，軟件設(shè)計主要是通信協(xié)議的定義。
無線模塊工作在ISM（IndustrialScientificMedical）超高頻段，因而對PCB板的布局提出了更高的要求。一般來說，外圍元件要盡可能靠近無線芯片，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，檢錯也是一個重要環(huán)節(jié)。目前比較常用的檢錯方法是循環(huán)冗余校驗（CRC校驗）,其特征是信息字段和長度字段的長度可以任意選定。CRC碼集的選擇原則是：若設(shè)碼字長度為N,信息字段長度為K,校驗字段長度為R,其中N=K+R,則對于CRC碼集中的任一碼字，當(dāng)且存在一個R次的多項式g（x）,使得：
式中：m（x）為K次信息多項式；r（x）為R-1次校驗多項式；g（x）為生成多項式。發(fā)送方通過生成g（x）來產(chǎn)生CRC碼字，接收方將接收到的碼字多項式與生成多項式g（x）相除，若能除盡，則說明接收正確。
2.5電源模塊
在便攜式產(chǎn)品的設(shè)計中，為避免頻繁更換電池，延長產(chǎn)品的一次使用時間，低功耗設(shè)計一直是重中之重。
電源模塊主要用于對電池組的管理，并給系統(tǒng)的其他模塊供電。電源模塊主要用在遙控器上，用來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
由于本系統(tǒng)采用的是兩節(jié)干電池供電的方式，對系統(tǒng)功耗要求比較高。為了延長電池的使用壽命，避免頻繁地更換電池，在系統(tǒng)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)都要考慮到低功耗的設(shè)計要求。低功耗設(shè)計就是要降低系統(tǒng)時鐘頻率、電源電壓以及門的活躍因素。從硬件方面來講，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。如果某個功能模塊工作的空閑時間較長時，可以暫時將其關(guān)閉或者使其處于低功耗狀態(tài)，然后通過定時喚醒來檢測應(yīng)答信號，只有當(dāng)接收到應(yīng)答信號時模塊才進(jìn)入工作狀態(tài)。通過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)收到的位置信號來控制上位機(jī)軟件界面的顯示，可以顯示聽診的位置、聲音特點、與呼吸的關(guān)系以及聲音的波形信息，另外還可以外接揚聲器放大播放所聽到的心肺聲音，達(dá)到醫(yī)學(xué)教學(xué)的目的。上位機(jī)界面的設(shè)計框圖如圖3所示。
圖3上位機(jī)界面框圖
4結(jié)語
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：強(qiáng)大的處理能力；采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)；具有豐富的尋址方式；簡潔的27條內(nèi)核指令以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可以參加多重運算；高效的查表處理指令；較高的處理速度，在8MHz晶體驅(qū)動下指令周期為125ns。這些特點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，使用時靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只用6us。
本系統(tǒng)的優(yōu)點是由于系統(tǒng)利用MSP430超低功耗性能，因此設(shè)計具有很高的實用性和穩(wěn)定性，并且該芯片具有較高的運算速度，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。系統(tǒng)用普通聽診器去測試心肺音，更能逼真模仿真實的臨床環(huán)境，因而相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的研究和開發(fā)，不僅對于提高現(xiàn)階段我國醫(yī)學(xué)模擬教學(xué)的水平具有重要的現(xiàn)實意義，同時也具有良好的市場前景。