1  血糖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)概述

糖尿病是危害人類健康的四大主要疾病之一，目前沒(méi)有根治的辦法，只能通過(guò)血糖監(jiān)測(cè)對(duì)糖尿病加以控制。血糖儀的出現(xiàn)，大大方便了糖尿病患者自行監(jiān)測(cè)血糖。為了能更好地利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源，方便用戶隨時(shí)隨地的測(cè)量，開(kāi)發(fā)了一種基于移動(dòng)通信的血糖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

基于移動(dòng)通信的血糖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)由兩大部分組成：手機(jī)血糖儀與糖尿病監(jiān)護(hù)中心。工作模式如圖1所示。糖尿病患者利用隨身攜帶的手機(jī)血糖儀可隨時(shí)監(jiān)測(cè)血糖，監(jiān)護(hù)中心通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)接收患者的血糖值，并反饋適當(dāng)?shù)脑\斷結(jié)論。

手機(jī)使用MotorolA388c，血糖儀是吉林大學(xué)儀器學(xué)院自主開(kāi)發(fā)的以MSP430單片機(jī)與酶電極傳感器等為主的血糖測(cè)試儀，通過(guò)串口連接手機(jī)，利用手機(jī)的鍵盤(pán)和液晶屏控制顯示血糖測(cè)試結(jié)果。即，手機(jī)血糖儀是在保留手機(jī)原有各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)上，增加了血糖測(cè)試功能。

糖尿病監(jiān)護(hù)中心硬件由一臺(tái)服務(wù)器通過(guò)串口連接一個(gè)MC35無(wú)線通信模塊構(gòu)成，軟件系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)完成控制MC35接收短信以及患者信息管理及維護(hù)。

2  手機(jī)血糖儀的設(shè)計(jì)

2.1  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于MSP430單片機(jī)的血糖測(cè)試儀主要由酶電極傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理以及單片機(jī)與手機(jī)的串行通訊幾部分組成，如圖2所示。酶電極傳感器

圖1  系統(tǒng)工作模式

采用三電極系統(tǒng)，分為參比電極、對(duì)極和工作電極。 前置信號(hào)處理采用模擬開(kāi)關(guān)對(duì)電極接入電路情況進(jìn)行控制，從而為系統(tǒng)提供不同的工作狀態(tài)，信號(hào)處理采用放大器和低通濾波，將傳感器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換放大濾去高頻干擾，為后續(xù)電路的數(shù)據(jù)采集提供質(zhì)量較高的信號(hào)，血糖濃度的數(shù)據(jù)采集處理和串口數(shù)據(jù)通訊，采用TI公司的MSP430系列單片機(jī)為主控單元完成。另外，系統(tǒng)具有溫度補(bǔ)償功能，能補(bǔ)償環(huán)境溫度對(duì)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的誤差，提高測(cè)試結(jié)果的精度。血糖測(cè)試模塊體積為3cm*1cm，這樣可以放在手機(jī)殼里，做到血糖測(cè)試儀和手機(jī)融為一體，方便了用戶的攜帶與檢測(cè)。

圖2  手機(jī)血糖儀系統(tǒng)框圖

2.2血糖濃度測(cè)量原理

血糖濃度值的測(cè)定通過(guò)生物酶電極傳感器，當(dāng)血液滴入，在葡萄糖酶的催化作用下，傳輸電子物質(zhì)在碳電極表面被強(qiáng)制性氧化，其氧化還原反應(yīng)過(guò)程中形成的氧化電流跟葡萄糖濃度成線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)定氧化電流的強(qiáng)度計(jì)算血糖濃度值[1]。

在電極上加0.4V的恒定工作電壓, 當(dāng)被測(cè)血樣滴在電極的測(cè)試區(qū)后，電極上固定的葡萄糖氧化酶與血樣中的葡萄糖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過(guò)一定的滯后期，酶電極的響應(yīng)電流將與被測(cè)血樣中葡萄糖濃度呈線性關(guān)系，如圖3所示。

圖3  酶電極電流變化曲線

對(duì)應(yīng)于2.2- 27.8mmol/L 的血糖濃度，酶電極的響應(yīng)電流約為3—50μA。血糖儀就是通過(guò)這一對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)計(jì)算顯示血樣葡萄糖濃度值的。根據(jù)曲線可知酶電極上的反應(yīng)電流在11s左右出現(xiàn)峰值，因此系統(tǒng)設(shè)定前11s為酶電極的反應(yīng)時(shí)間，后5.3s為酶電極的采集時(shí)間。對(duì)5.3s的電流面積積分，得到電量Q，再根據(jù)已知的血糖的濃度C0可以由公式求出標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)K：

Q =∫I(t)dt = K C0     

K = Q/ C0

從而求出所測(cè)試的血糖濃度： 

Cx = Q/K

溫度是影響酶的活性及酶催化反應(yīng)速度的重要因素之一[2]。因此要保證測(cè)量的精度，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試及相關(guān)的結(jié)果分析得到溫度補(bǔ)償公式如下：

Kt = 0.0133t + 0.067

考慮到溫度補(bǔ)償，因此，血糖濃度計(jì)算公式如下：

Cx = Q/（K ×Kt）
2.3通信軟件設(shè)計(jì)

Java手機(jī)操作系統(tǒng)都支持標(biāo)準(zhǔn)的J2ME MIDP1.0 Java標(biāo)準(zhǔn)。J2ME是SUN公司推出的針對(duì)嵌入式消費(fèi)類電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。Motorola公司生產(chǎn)的Motorola388，A388C等手機(jī)不僅支持標(biāo)準(zhǔn)的J2ME MIDP1.0 Java標(biāo)準(zhǔn)，還推出了Motorola SDK for J2ME，實(shí)現(xiàn)了一些CLDC/MIDP提供的接口功能[3]。

手機(jī)與血糖儀通過(guò)串口連接，所以使用手機(jī)正確、實(shí)時(shí)地接收血糖儀發(fā)送的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，采用多線程的開(kāi)發(fā)模式可以準(zhǔn)確、快速地讀取血糖儀發(fā)送至手機(jī)的數(shù)據(jù)。

在編寫(xiě)串行通信程序時(shí)，要用到j(luò)avax.microedition.io包中的Connector類和StreamConnection、InputStream和OutputStream 接口。在J2ME中所有的連接都是使用Connector類的open(String connect)方法建立的，不同的連接可以通過(guò)傳遞不同的參數(shù)connect實(shí)現(xiàn)[4,5,6,7,8]。

2.4在MotorolaA388上運(yùn)行

基本按以下五個(gè)步驟：

(1)打包：編譯通過(guò)后，使用JBuilder Wizard菜單中的Archive Builder項(xiàng)，選擇Archive type為MIDlet，隨提示即可完成打包。

(2)在PC機(jī)上運(yùn)行：運(yùn)行MIDlet，更新打包文件：.jar與.jad文件。

(3)下載：用手機(jī)提供的數(shù)據(jù)線把手機(jī)和PC機(jī)串口相連，選擇手機(jī)上“通過(guò)數(shù)據(jù)線下載”菜單選項(xiàng)，再通過(guò)摩托羅拉388免費(fèi)提供的一個(gè)名為pcjal.exe的下載工具，可很容易地將MIDlet下載到手機(jī)上。

(4)安裝：一般手機(jī)下載完一個(gè)J2ME程序后，就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行安裝。將程序存儲(chǔ)在手機(jī)的指定位置里。

(5)在MotorolaA388C上運(yùn)行：程序安裝完后，手機(jī)就會(huì)在程序菜單中顯示該應(yīng)用程序，用戶選擇該菜單項(xiàng)后就可以運(yùn)行程序。界面如圖4所示。

圖4  運(yùn)行界面