引 言

隨著人類平均年齡的升高和老齡化速度的加快，慢性疾病發(fā)病人數大量增長，現代醫(yī)療的重心已逐步由原來的治療為主轉為預防、病后監(jiān)護恢復為主，這就需要對患者在遠離醫(yī)院的家居或者戶外環(huán)境中進行實時監(jiān)護，以便在出現異常情況時能夠得到及時救護和治療，而傳統(tǒng)的醫(yī)療監(jiān)護手段難以滿足這一需求。隨著科學技術的發(fā)展，對患者進行遠程實時監(jiān)護成為可能[1-4]。

遠程監(jiān)護的關鍵是對患者多種生理參數的監(jiān)測，在對監(jiān)測數據進行分析的基礎上，才能采取相應的救護與治療措施。本文基于藍牙和智能手機，設計了一種人體多生理參數無線監(jiān)測系統(tǒng)，通過可穿戴智能感知節(jié)點，對患者體溫、血壓等多種生理參數進行采集和分析處理，然后以藍牙方式無線傳輸給患者攜帶的智能手機。采集的數據通過 3G上傳到指定服務器。監(jiān)護人員可以使用手機或 PC 客戶端應用軟件，從服務器獲取監(jiān)測數據，實時監(jiān)測患者的生理參數，在患者生理狀況異常時獲得報警信號，查詢監(jiān)測數據的歷史記錄等[5-7]。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

系統(tǒng)組成框圖如圖 1 所示。該系統(tǒng)由智能感知模塊、傳輸網絡和監(jiān)護終端三部分組成。

(1) 智能感知模塊 ：由 n個感知節(jié)點和智能手機組成。各感知節(jié)點設置成從節(jié)點，患者智能終端（手機）采用輪詢的方式，獲取從各感知節(jié)點采集的多種人體生理參數，再傳輸給服務器。

(2) 傳輸網絡 ：患者智能終端通過 3G 接入Internet將監(jiān)測數據上傳到服務器，監(jiān)護人員可以使用智能終端設備（智能手機、筆記本電腦、PC 等），通過 3G、LAN、WiFi 等多種方式上網，獲取存儲在服務器上的監(jiān)測數據。

(3) 監(jiān)護終端 ：監(jiān)護終端可以是智能手機、筆記本電腦、PC等智能終端設備，通過設計相應的客戶端應用程序，獲取和利用患者生理參數監(jiān)測數據。

2 智能感知模塊設計

本系統(tǒng)的關鍵在于可穿戴智能感知節(jié)點的設計，在硬件設計方面需要合理選用各種器件、精心設計PCB，以滿足體積小、重量輕、能耗低、精度高、易穿戴等基本設計要求。除此之外，在軟件方面需要研究數據處理的優(yōu)化算法，以進一步降低能耗、提高采集數據的精度。

2.1 傳感器與佩戴方式選擇

根據患者需要監(jiān)護的生理參數，可以選擇脈搏、心電、體溫、呼吸、血壓、血氧、血糖等多種傳感器，針對不同傳感器測量的要求，確定不同的佩戴方式。目前，實時移動檢測血壓、血糖等生理參數的傳感器尚不成熟，本文僅以脈搏、體溫、心電檢測為例進行設計。

(1) 脈搏傳感器

脈搏采集選用CJMCU-pulse sensor 傳感器，該傳感器采用光電容積法——利用人體組織在血管搏動時造成透光率的不同來進行脈搏測量，它只有電源、地和信號三根引線，體積超小，可以采用圖 2（a）所示方法，將脈搏傳感器用綁帶纏繞在手指上（或設計成指套），三根導線連接在智能感知模塊的主板上，主板可以與手環(huán)設計于一體進行佩戴。

(2) 體溫傳感器

體溫采集選用ZMDTSic506F單線數字高精度溫度傳感器，該傳感器測溫范圍為－ 10°C～60°C，分辨率為 0.1°C， 在 40°C范圍內精度為±0.1°C，滿足人體體溫測量的需要。它也有電源、地和信號三根引線，體積超小，可以將溫度傳感器與體溫感知節(jié)點進行一體化設計，采用圖 2（b）所示方法， 將體溫感知節(jié)點做成臂帶纏繞在手臂上，使溫度傳感器置于腋下，進行體溫的精確測量。

(3) 心電傳感器

心電采集選用BMD101 微型心電傳感器，該傳感器可使用兩個金屬干性電極直接進行心電信號采集，僅有電源、地和兩個電極四根引線，具有藍牙傳輸功能，采用圖 2（c）所示佩戴方式，將兩個電極和主板安裝于胸帶的合適位置，使用時收緊胸帶，使兩個電極能夠很好地接觸皮膚。

2.2 感知節(jié)點硬件設計

感知節(jié)點組成框圖如圖 3 所示，由生理參數傳感器、單片機和藍牙模塊組成，其中，藍牙模塊需要設置成從模塊。

以脈搏智能感知節(jié)點為例，其硬件電路如圖 4 所示。脈搏傳感器 CJMCU-pulse sensor 的信號線直接連接到單片機的IO 口（P1.0）。

單片機型號為STC12C5A60S2，是感知節(jié)點的主控芯片， 選用LQFP44 封裝以減小體積。STC12C5A60S2 是單時鐘/ 機器周期的單片機，具有高速、低功耗、超抗干擾的優(yōu)勢，包含中央處理器（CPU）、程序存儲器（Flash）、數據存儲器（SRAM）、定時/ 計數器、UART 串口、I/O 接口、高速 A/D 轉換、SPI 接口、PCA、看門狗及片內R/C 振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊， 幾乎包含了數據采集和控制中所需的所有單元模塊，滿足智能感知節(jié)點的設計要求。

藍牙模塊采用智能無線數據傳輸BLK-MD-HC-05 模塊， 該模塊采用英國CSR 公司 BlueCore4-Ext 芯片，支持 UART、USB、SPI、PCM、SPDIF 等接口，并支持SPP 藍牙串口協(xié)議， 具有成本低、體積小、功耗低、收發(fā)靈敏性高等優(yōu)點。

2.3 感知節(jié)點軟件設計

感知節(jié)點軟件設計流程圖如圖 5 所示。上電工作后，先進行初始化，將感知節(jié)點設置為從節(jié)點，設置感知節(jié)點名稱、密碼、波特率等，然后實時采集所監(jiān)測的生理參數數據，按一定算法處理后進行存儲，當接到患者智能手機的連接請求后，將所存儲數據傳輸給手機，傳輸完畢后關閉與手機的連接， 繼續(xù)采集數據，進行處理和存儲，等待下一次手機的連接請求。

3 患者智能終端軟件設計

患者智能終端負責接收各感知節(jié)點采集的數據，并負責將它們上傳到服務器，其程序流程圖如圖 6所示。應用程序啟動后，首先連接第一個從節(jié)點，接收其采集數據并存儲；然后， 關閉該節(jié)點，連接下一個從節(jié)點，接收下一個從節(jié)點采集的數據并存儲，直至所有感知節(jié)點都被輪詢一次后，將本輪獲取的各感知節(jié)點數據一起傳輸給服務器，然后進行下一輪數據傳輸。每一輪中，若所有節(jié)點連接不上，則提示用戶開啟各從節(jié)點，重新連接或退出程序。

4 應用軟件設計

限于篇幅，本文重點討論多生理參數的采集與傳輸問題， 但為了驗證采集數據的有效性，針對監(jiān)護人員手持智能終端進行簡單應用軟件的設計，其功能結構如圖 7 所示。

用戶進入實時監(jiān)測模塊時，各感知節(jié)點采集的體溫、脈搏數據等通過患者智能手機傳輸到服務器，通過服務器實時轉發(fā)給監(jiān)護人員手機進行顯示，從而實現實時監(jiān)測，同時，監(jiān)測數據可以存儲于服務器數據庫中。當用戶進入歷史記錄模塊時，可以輸入查詢的起止時間，對采集的歷史數據進行查詢， 也可以對指定時間段的歷史數據進行刪除。

監(jiān)護人員智能終端實時監(jiān)測界面如圖 8 所示。

結 語

本文介紹了基于藍牙和智能手機的人體多生理參數無線監(jiān)測系統(tǒng)的實現過程，系統(tǒng)以穿戴式生理參數智能感知節(jié)點和手持智能終端為核心，可以很方便地對人體多生理參數進行實時遠程監(jiān)測。監(jiān)測數據還可以上傳至服務器，通過設計相應的應用系統(tǒng)，構成遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)，可大大提高醫(yī)護效率， 降低醫(yī)療費用。