專利名稱：基于無線移動終端的人體生命指征監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種人體生命指征監測系統。特別是涉及一種面向社區醫療，具有綜合分析處理多種常用關鍵生理參數的生理生化信號的能力并實現這些信號的遠程傳遞的面向社區醫療的便攜式監護系統。
背景技術：
進入21世紀，伴隨人類物質生活水平的提高，當代疾病的流行趨勢已發生了顯著的變化，與人們社會生活方式密切相關的疾病和公共衛生疾病已成為危害人們健康的主要疾病。隨著我國國民經濟的發展，人們對健康關注程度在不斷提高，但醫療資源缺乏且分布極不均勻的現狀不僅造成患者看病難的狀況，也給醫院造成很大壓力，特別是在醫院醫療設施相對缺乏的偏遠地區和廣大農村，患多醫少，看病難的問題更加凸現出來。根據全國老齡委公布的《我國城市居家養老服務》報告，我國城市老年人空巢家庭(包括獨居)的比例已達49.7%，與2000年相比提高了 7.7個百分點。大中城市的老年人空巢家庭(包括獨居)比例更高，達到56. 1%，其中獨居老年人占12. 1%，與配偶同住的占44%。以此同時，國內著名門戶網站的調查顯示，46. I %認同社區養老，社區居家養老成為新形勢。在全國大中型城市人群中，突發性或慢性疾病的死亡率卻逐年上升，以北京市為例，2004年，北京市死亡人口中，心臟病已經成為頭號死因。必要的日常檢查與監護措施，已經成為提高人民生活質量的必需消費品。由此可見，隨著我國進入老齡社會，人口基數大，患者眾多，老年疾病日益嚴重，而且現代化進程也導致人們的身心疾患激增。由此造成政府與個人醫療開支不斷增長的巨大壓力。如心臟病，對這些疾病的診斷和治療，包括對突發性公共衛生疾病的預防和監測已成為十分突出的社會問題，靠傳統的醫療模式已難以從根本上滿足這一變化的需求。19世紀末20世紀初醫療與保健經歷了從家庭為中心到以醫院為中心的重大轉移。在19世紀80年代執照行醫制度出現以前，絕大多數的醫療保健是在家庭環境中完成的。到19世紀末20世紀初在西方國家中出現了現代醫院的雛形，醫院中逐步配備了診斷用的影像設備，適合外科手術的各種麻醉設備、監護設備，治療用的放射設備，以及化學分析儀器等；到20世紀中葉更加復雜昂貴的設備涌入醫院，確立了以醫院為中心的醫療環境。這種以少數中心醫院為中心的醫療模式得大多數人失去了對疾病預防和早期診斷的便宜條件，使得許多本來在早期治愈率很高的疾病發展為治療難度很大的疾病，導致治愈率大大降低，極大地增加了家庭和社會的醫療負擔。隨著當今人類社會健康觀念更新、疾病譜改變、老齡化社會到來以醫院為中心的診斷治療模式是無法適應越來越多和越來越高的醫療需求，而以社區醫療(含家庭和個人保健)為中心的醫療模式。借助人體生命指征信號監測與傳感模塊，傳統醫學監測儀器微型化、智能化，從而成為面向用戶的較為便宜的終端設備，借助于無線、光纖、互聯網或其他通訊網絡將患者的生理生化信號傳送到中心醫院，是移動醫療與遠程醫療網絡的關鍵部分之一。以信息技術為代表的當代科學，材料科學、微機電技術、微電子技術、生物工程技術所取得的巨大成就，為我們制備各種新型的人體生命指征傳感器及監測模塊與信息交互系統提供了充分的技術條件。面對社會、家庭和個人對醫學儀器更廣泛、更多樣化的需求，目前我國科學技術的發展已完全可以使這些需求成為現實。遠程醫療監護是指通過通信網絡將遠端的監護對象的生理和醫學信號傳送到監護中心進行分析，并給出診斷意見的一種技術手段。便攜式人體生命指征監測傳感系統，作為面向用戶的終端設備，是移動醫療與遠程醫療網絡的關鍵部分之一。可以將身處社區病患者的多項生理生化信息就地收集，并傳送到監護中心或者醫院，以供那里的醫生進行診斷，并通過遠程的信息傳遞網絡將治療方案傳遞給患者或他們的監護人。這種監護模式隨著計算機技術、現代通信技術的發展而發展起來。計算機技術與現代通訊的發展為遠程醫療服務帶來新的機遇，使得人們可通過應用計算機技術和現代通信，實現個人與醫院間，醫院和醫院間的醫學信息的遠程傳 輸和監控，遠程會診、醫療急救、遠程醫療教育與交流等。其中面向家庭的遠程醫療健康監護是在配備先進適宜的醫療設備的條件下，將千家萬戶和醫療機構聯系起來，實現醫療進入家庭，在病人家中實施監護、診斷、治療、康復和保健多位一體的一種新的遠程醫療模式。這種新的遠程醫療模式是一項非常重要的技術，且具有很多的優點。首先他極大地方便了廣大的病患者，尤其是一些特殊的人群，如行動不便的殘疾病人和患慢性的老人，需要定期檢查的孕婦和兒童，需要長期到醫院復查病情的慢性病患者(如糖尿病，心臟病患者)，遠離醫院交通不便的病人等。其次這種新的遠程醫療模式也有效地降低醫院門診的工作負荷，使得醫院門診可集中精力于危急重癥和疑難雜癥，有效地配置和使用有限的醫療資源，為生活節奏緊張時間緊迫的城市人提供了一個隨時隨地的家庭醫療保健。人們攜帶無線傳感設備可以自由地移動，可以在熟悉的環境中時刻監護他們的生理參數而無需去醫院。他不僅可以輔助治療，還能在患者病情突然惡化時報警。醫護人員可以在遠端的監護中心觀察病人的健康狀況并提供實時的診斷和建議，也可以長期對病人進行監護。另一方面，對健康人群的遠程監護，還可以發現疾病的早期癥狀，從而達到保健和預防疾病的目的。本項目將綜合電子信息技術、通信技術和生物醫學技術，研究體溫、脈搏、呼吸、心電、血氧飽和度等生理信號提取、識別及傳輸方法，研制人體生命指征信號傳感與檢測處理模塊，基于無線移動終端開發基于多個生命指征參數的醫療信息管理系統。本項目在個人和家庭保健、社區醫療服務、康復醫學、運動醫學等領域中有著廣泛的應用，將為人體健康監測及疾病診斷與輔助診斷提供有力的手段，對實現疾病的監測、診斷和個性化治療具有重要的意義，為實現病有所醫提供基本的技術儲備。項目涉及微電子、傳感器、無線通訊、網絡技術、信息處理、自動控制、生物醫學等相關學科。項目的研究發展和應用也將對這些學科的交叉和融合將起到積極的推動作用。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種可以同時對病人實現多個生理參數的實時監測，讓病人像戴手表那樣隨身佩戴，24小時內，不間斷測量病人各個參數的變化，同時將這些參數通過藍牙技術傳遞到手機，再經由手機無線網絡與社區服務器通訊，最后將病人參數反映到醫生專用的PC客戶端系統界面上的生命指征監測系統。[0010]本實用新型所采用的技術方案是基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，包括有生理參數監護儀、與所述生理參數監護儀通訊連接的個人移動通訊終端、與所述個人移動通訊終端通訊連接的監護系統，所述監護系統包括相互之間通過通訊連接的監護服務器、PC客戶端和數據庫，其中，生理參數監護儀，設置在監護對象身上用于檢測監護對象的生理參數，通過藍牙接口技術將數據傳輸到個人移動通訊終端上；；個人移動通訊終端，從生理參數監護儀上獲得監護對象的每個生理參數值，并進行實時分析和生理參數的顯示，當生理指標出現異常時，個人移動通訊終端通過無線傳輸GPRS/CDMA網絡制式向監護服務器發送報警信息以及病人的個人生理監測信息。還包括與所述個人移動通訊終端通訊連接的手機和用戶計算機，當生理指標出現異常時，個人移動通訊終端通過短信息的形式向手機上發送報警信息以及病人的個人生理監測信息。個人移動通訊終端為帶有藍牙接口和無線網絡通信的掌上電腦或智能手機或帶有JAVA虛擬機的非智能手機。所述的生理參數監護儀包括有生理指標檢測系統和與所述生理指標檢測系統相連的信息綜合處理系統。所述生理指標檢測系統包括有第一單片機，分別與第一單片機相連的體溫監測電路、心電圖采集電路、腦電圖采集電路、呼吸波采集電路、血壓氣泵與放氣閥控制電路、袖帶壓力信號采集電路、LED控制電路和血氧飽和度光信號控制與檢測電路，所述的第一單片機與所述的信息綜合處理系統相連，將采集到的所有生理信號通過SPI接口傳輸到信息綜合處理系統上。所述的信息綜合處理系統包括有接收第一單片機所采集的生理信號的第二單片機，分別與第二單片機相連的液晶顯示屏、Flash存儲單元、外部時鐘、計算機接口和無線通信模塊，所述的無線通信模塊連接個人移動通訊終端。所述的液晶顯示屏上顯示監護對象的實時體溫，血氧飽和度，呼吸頻率，心率，脈搏及當前時間。所述的液晶顯示屏上實時顯示各個監護對象的姓名、性別、年齡、住址、簡要病歷說明、監護人或家屬聯系電話以及當前及歷史監測的各項生理參數。本實用新型的基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，可以監測體溫、脈搏、呼吸、心電、血氧飽和度等常用關鍵生理參數指標，具有綜合分析處理這些生理生化信號的能力，并經由藍牙技術實現各個監護模塊與無線移動終端的網絡互聯，從而實現將這些參數傳遞到監護服務器上，并顯示在醫生專用PC客戶端的系統界面上。
圖I是本實用新型的整體框圖；圖2是本實用新型的便攜式監測儀的生理指標檢測系統框圖；圖3是本實用新型的便攜式監測儀的信息綜合處理系統框圖；圖4是呼吸生理指標檢測電路原理圖；圖5是心電生理指標檢測電路原理圖；[0026]圖6是腦電生理指標檢測電路原理圖；圖7是血氧生理指標檢測電路原理圖；圖8是血壓生理指標檢測電路原理圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型的基于無線移動終端的人體生命指征監測系統做出詳細說明。如圖I所示，本實用新型的基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，包括有生理參數監護儀和個人移動通訊終端，其中，生理參數監護儀，設置在家庭監護對象身上用于檢測監護對象的多種生理參數(包括體溫、脈搏、呼吸、心電、血氧飽和度等常用關鍵生理參數)，可以存儲24小時以內的 監護信息，通過藍牙接口將數據傳輸到個人移動終端；當生理指標出現異常時，生理參數監護儀通過無線傳輸GPRS/CDMA網絡制式向監護服務器及預先設置的手機上發送報警信息以及病人的個人生理監測信息，同時可以向病人親屬或監護人進行報警或發送簡單醫囑到PC客戶端進行提示，以使病人得到及時救治。用戶計算機，從生理參數監護儀上獲得監護對象的每個生理參數值，并進行實時分析和數據庫存檔和全部生理參數的顯示，包括有心電、呼吸、腦電信號的波形顯示；PC客戶端軟件對于生理參數的獲取是利用windows操作系統底層的MSComm控件(Mi-crosoftCommunicationsControl)采取事件驅動的方式來進行和處理串行通信。當串口接收緩存區中有字符(即有測量事件發生時)，則MSComm控件的監控事件將捕獲并處理這些通訊事件，并根據監護儀規定的協議，從獲得的數據中分離出每個參數對應的數據位，從而獲得每個參數值，并在計算機中進行實時分析和數據庫存檔，實現就地的顯示和信息交互。監護服務器通過網絡與多個生理參數監護儀相連接，接收生理參數監護儀的報警信息以及監護對象的個人生理監測信息，從而實現對多個家庭的監護對象的遠程監護，并做相應的處理；監護服務器的計算機作為服務器端隨時處于監聽狀態，實時響應用戶發出的連接請求與讀取請求，與之建立連接并做相應的處理。監護服務器端通過網絡與多個家庭監護對象相連接，從而實現多個家庭監護對象的遠程監護。通過基于監護儀規定的協議，不停地向生理參數監護儀(用戶端)發送讀取參數請求，根據每個參數對應的讀取協議讀取數據。監護服務器和用戶計算機上運行監護軟件，兩者之間可以通過交互界面進行交流，從而實現交互診斷。這樣就實現了對監護對象多參數實時遠程監護的目的。所述的生理參數監護儀采用雙單片機結構。如圖2所示，所述的生理指標檢測系統包括有第一單片機，所采用型號為MSP430FG439，主要實現各種生理信號的數據采集與分析，生理信號包括體溫、脈搏、呼吸、血壓、心電、腦電、血氧飽和度生理參數。第一單片機中嵌入了簡單的生理信號分析算法，可以計算各種常見的生理監護參數。生理指標檢測系統還包括有分別與第一單片機相連的體溫監測電路、心電圖采集電路、腦電圖采集電路、呼吸波采集電路、血壓氣泵與放氣閥控制電路、袖帶壓力信號采集電路、LED控制電路和血氧飽和度光信號控制與檢測電路16，所述的第一單片機與所述的信息綜合處理系統相連，將采集到的所有生理信號通過SPI接口傳輸到信息綜合處理系統。如圖3所示，所述的信息綜合處理系統包括有接收第一單片機所采集的生理信號的第二單片機，所采用的型號MSP430F149，主要實現監護數據的存儲、生理參數的顯示、數據的就地導出以及監護終端與其他智能單元或監護中心的無線數據傳輸。信息綜合處理系統還包括有分別與第二單片機相連的液晶顯示屏、Flash存儲單元、外部時鐘、計算機接口和無線通信模塊，所述計算機接口連接用戶計算機。所述無線通信模塊連接個人移動通訊終端。第二單片機通過SPI接口將接收到的監測信息顯示在液晶顯示屏，并可以通過計算機口將數據傳輸到用戶計算機。同時還可以通過無線通信模塊將生理信息傳輸到個人移動通訊終端。所述的液晶顯示屏主要用于顯示監護對象的實時體溫，血氧飽和度，呼吸頻率，心率，舒張壓，收縮壓，平均血壓及當前時間。所述的液晶顯示屏上還可以是實時顯示各個監 護對象的姓名、性別、年齡、住址、簡要病歷說明、監護人或家屬聯系電話以及當前及歷史監測的各項生理參數。所述的第二單片機上還可以設置不同年齡、不同監護對象的各項監護參數的上、下限閾值。根據監護對象的年齡，當監測參數超越上下閾值的范圍，用戶可以選擇是否向社區醫療中心發送信息及是否向家屬或監護人預警，同時發送上述參數的具體預警內容。如圖4所示是檢測呼吸生理指標的呼吸波采集電路。呼吸波采集電路是根椐人體在呼、吸兩種狀態下，腹腔的阻抗的變化設計的。變化的阻抗信號首先載在振蕩芯片CD4047產生的60KHz的方波上，然后經高輸入阻抗放大芯片AD623對信號放大，使其轉換成較大的電信號，再由肖特基二極管RB721(D24)組成的檢波電路，將呼吸波信號解調出來。此時的呼吸波信號比較微弱，信號經由普通運放TL27L2進行放大，并疊加基準電壓I. 25V上，信號為MSP430單片機可以檢測信號。如圖5所示是檢測心電生理指標的心電圖采集電路。心電信號的幅值范圍為5011￥ 5011^，頻率范圍為0.05取 100Hz。對于微弱的心電信號，必須經由放大電路進行信號調理，以準確進行AD轉換。心電圖采集電路由三級放大電路組成。第一級采用高輸入阻抗的放大芯片AD8221，將心電信號放大100倍，然后經由普通運算放大器TL27L2構成的50Hz陷波電路，避免工頻信號的干擾，同時實現2 3倍的信號放大作用，最后進入后級放大電路，放大倍數在10 50倍可調，心電信號經由三級放大以后，再疊加I. 25V的電壓基準，實現心電信號從雙極性到單極性的轉換，可以直接利用生理參數監護儀中的單片機MSP430內部自帶的12位模數轉換器進行模數轉換。如圖6所示是檢測腦電生理指標的腦電圖采集電路。監測終端的腦電放大電路主要針對癲癇病人的病情監測而設計的，不同的癲癇病種類發作的腦電信號的幅值和頻率具有不同的特點，總的來說，癲癇病人的腦電信號范圍為100uV-100mV，頻率范圍為0. 5 40Hz。腦電信號調理由三級放大電路組成。第一級采用高輸入阻抗的放大芯片AD8221，將腦電信號放大100倍，然后進入由TL27L2構成的雙T型50Hz工頻陷波電路，同時實現2倍的電壓增益，最后進入后級放大電路，放大倍數在10 50倍可調。如圖7所示是檢測血氧生理指標的血壓氣泵與放氣閥控制電路。血氧采用手指探頭檢測，探頭的光電檢測器是一個光電管，能產生正比于透射到它上面的紅光和紅外光強度的電流，但它不能區分這兩種光。為此，用一個定時電路來控制兩個LED (紅光和紅外光)的發光次序。光電流信號被轉換成電壓信號，并經放大、濾波、信號基線電平變換和去直流分量等信號調理過程后，加到一個具有自動增益調整功能的電壓/電流轉換電路，然后由積分電路對信號電流積分，其輸出經A/D轉換成數字信號。單片機對數字量進行復雜的處理，例如數字濾波，計算兩種光電信號的幅度等，并求出Sp02，從脈動信號中還能計算出脈率。圖7中，J3接口與血氧檢測傳感器連接。DAC管腳主要經由MSP430FG439芯片內的數模轉換模塊提供預設的電壓，從而設定兩個LED (紅光和紅外光)的光強。P2.2、P2.3分別為控制兩個LED (紅光和紅外光)的開關，可以啟動和停止LED。P6. 0、P6. 1、P6. 2、P6. 3、P6. 4、P6. 6為MSP430FG439芯片內的集成運算放大器的管腳，用于實現光強度的信號調理和數據采集。圖8所示為用于測量血壓的血壓氣泵與放氣閥控制電路和袖帶壓力信號采集電路，采用醫療監護中血壓測量常用的示波法。主要包括加壓電泵、放氣閥、腕帶、壓力傳感·器、壓力信號調理、壓力信號采集與分析。加壓電泵、放氣閥、腕帶、壓力傳感器均通過橡膠多通管進行連接。單片機通過脈寬調制方式對腕帶進行加壓，使腕帶內壓力達到一定高壓后，開始通過放氣閥均勻放氣，減少腕帶內壓力，在這個過程中，通過信號調理和數據采集，完整記錄整個腕帶內壓力的變化曲線，并經由該曲線計算舒張壓、收縮壓和平均壓。LM324為內含4運算放大器的集成芯片。根據相關的標號識別各個放大器，第一運算放大器組成恒流源與壓力傳感器提供恒定電流，第三運算放大器組成積分電路，把單片機管腳發出的方波裝換成鋸齒波，第四運算放大器組成電壓放大器，把傳感器送出的壓力信號放大，第二運算放大器設置成比較器，由第三運算放大器產生的鋸齒波與第四運算放大器放大的壓力信號進行比較輸出占空比不同的矩形波，實質是用鋸齒波對壓力信號進行采樣。單片機經由輸入捕捉管腳測量輸入脈沖的寬度，即獲取腕帶內壓力值。以上對本實用新型的一個實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本實用新型的較佳實施例，不能被認為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本實用新型的專利涵蓋范圍之內。
權利要求1.基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，其特征在于，包括有生理參數監護儀、與所述生理參數監護儀通訊連接的個人移動通訊終端、與所述個人移動通訊終端通訊連接的監護系統，所述監護系統包括相互之間通過通訊連接的監護服務器、PC客戶端和數據庫，其中， 生理參數監護儀，設置在監護對象身上用于檢測監護對象的生理參數，通過藍牙接ロ技術將數據傳輸到個人移動通訊終端上；； 個人移動通訊終端，從生理參數監護儀上獲得監護對象的每個生理參數值，并進行實時分析和生理參數的顯示，當生理指標出現異常時，個人移動通訊終端通過無線傳輸GPRS/CDMA網絡制式向監護服務器發送報警信息以及病人的個人生理監測信息。
2.根據權利要求I所述的基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，其特征在于還包括與所述個人移動通訊終端通訊連接的手機和用戶計算機，當生理指標出現異常吋， 個人移動通訊終端通過短信息的形式向手機上發送報警信息以及病人的個人生理監測信息。
3.根據權利要求I所述的基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，其特征在于個人移動通訊終端為帶有藍牙接口和無線網絡通信的掌上電腦或智能手機或帶有JAVA虛擬機的非智能手機。
4.根據權利要求I所述的基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，其特征在于所述的生理參數監護儀包括有生理指標檢測系統和與所述生理指標檢測系統相連的信息綜合處理系統。
5.根據權利要求4所述的基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，其特征在于所述生理指標檢測系統包括有第一單片機，分別與第一單片機相連的體溫監測電路、心電圖采集電路、腦電圖采集電路、呼吸波采集電路、血壓氣泵與放氣閥控制電路、袖帶壓カ信號采集電路、LED控制電路和血氧飽和度光信號控制與檢測電路，所述的第一單片機與所述的信息綜合處理系統相連，將采集到的所有生理信號通過SPI接ロ傳輸到信息綜合處理系統上。
6.根據權利要求4所述的基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，其特征在于所述的信息綜合處理系統包括有接收第一單片機所采集的生理信號的第二單片機，分別與第二單片機相連的液晶顯示屏、Flash存儲單元、外部時鐘、計算機接口和無線通信模塊，所述的無線通信模塊連接個人移動通訊終端。
7.根據權利要求6所述的基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，其特征在于所述的液晶顯示屏上顯示監護對象的實時體溫，血氧飽和度，呼吸頻率，心率，脈搏及當前時間。
8.根據權利要求6所述的基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，其特征在于所述的液晶顯示屏上實時顯示各個監護對象的姓名、性別、年齡、住址、簡要病歷說明、監護人或家屬聯系電話以及當前及歷史監測的各項生理參數。
專利摘要本實用新型提供基于無線移動終端的人體生命指征監測系統，包括有生理參數監護儀、與所述生理參數監護儀通訊連接的個人移動通訊終端、與所述個人移動通訊終端通訊連接的監護系統，所述監護系統包括相互之間通過通訊連接的監護服務器、PC客戶端和數據庫。本實用新型的有益效果是可以同時對病人實現多個生理參數的實時監測，讓病人像戴手表那樣隨身佩戴，24小時內，不間斷測量病人各個參數的變化，同時將這些參數通過藍牙技術傳遞到手機，再經由手機無線網絡與社區服務器通訊，最后將病人參數反映到醫生專用的PC客戶端系統界面，實現遠程醫療。
文檔編號H04L29/08GK202408871SQ20112054258
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者崔世鋼, 楊耿煌, 趙麗 申請人:天津職業技術師范大學