CN202408871U

CN202408871U - 基于无线移动终端的人体生命指征监测系统

Info

Publication number: CN202408871U
Application number: CN2011205425813U
Authority: CN
Inventors: 崔世钢; 赵丽; 杨耿煌
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-12-22

Abstract

本实用新型提供基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，包括有：生理参数监护仪、与所述生理参数监护仪通讯连接的个人移动通讯终端、与所述个人移动通讯终端通讯连接的监护系统，所述监护系统包括相互之间通过通讯连接的监护服务器、PC客户端和数据库。本实用新型的有益效果是可以同时对病人实现多个生理参数的实时监测，让病人像戴手表那样随身佩戴，24小时内，不间断测量病人各个参数的变化，同时将这些参数通过蓝牙技术传递到手机，再经由手机无线网络与社区服务器通讯，最后将病人参数反映到医生专用的PC客户端系统界面，实现远程医疗。

Description

基于无线移动终端的人体生命指征监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种人体生命指征监测系统。特别是涉及一种面向社区医疗，具有综合分析处理多种常用关键生理参数的生理生化信号的能力并实现这些信号的远程传递的面向社区医疗的便携式监护系统。

背景技术

进入21世纪，伴随人类物质生活水平的提高，当代疾病的流行趋势已发生了显著的变化，与人们社会生活方式密切相关的疾病和公共卫生疾病已成为危害人们健康的主要疾病。随着我国国民经济的发展，人们对健康关注程度在不断提高，但医疗资源缺乏且分布极不均匀的现状不仅造成患者看病难的状况，也给医院造成很大压力，特别是在医院医疗设施相对缺乏的偏远地区和广大农村，患多医少，看病难的问题更加凸现出来。

根据全国老龄委公布的《我国城市居家养老服务》报告，我国城市老年人空巢家庭(包括独居)的比例已达49.7％，与2000年相比提高了7.7个百分点。大中城市的老年人空巢家庭(包括独居)比例更高，达到56.1％，其中独居老年人占12.1％，与配偶同住的占44％。以此同时，国内著名门户网站的调查显示，46.1％认同社区养老，社区居家养老成为新形势。在全国大中型城市人群中，突发性或慢性疾病的死亡率却逐年上升，以北京市为例，2004年，北京市死亡人口中，心脏病已经成为头号死因。必要的日常检查与监护措施，已经成为提高人民生活质量的必需消费品。由此可见，随着我国进入老龄社会，人口基数大，患者众多，老年疾病日益严重，而且现代化进程也导致人们的身心疾患激增。由此造成政府与个人医疗开支不断增长的巨大压力。如心脏病，对这些疾病的诊断和治疗，包括对突发性公共卫生疾病的预防和监测已成为十分突出的社会问题，靠传统的医疗模式已难以从根本上满足这一变化的需求。

19世纪末20世纪初医疗与保健经历了从家庭为中心到以医院为中心的重大转移。在19世纪80年代执照行医制度出现以前，绝大多数的医疗保健是在家庭环境中完成的。到19世纪末20世纪初在西方国家中出现了现代医院的雏形，医院中逐步配备了诊断用的影像设备，适合外科手术的各种麻醉设备、监护设备，治疗用的放射设备，以及化学分析仪器等；到20世纪中叶更加复杂昂贵的设备涌入医院，确立了以医院为中心的医疗环境。这种以少数中心医院为中心的医疗模式得大多数人失去了对疾病预防和早期诊断的便宜条件，使得许多本来在早期治愈率很高的疾病发展为治疗难度很大的疾病，导致治愈率大大降低，极大地增加了家庭和社会的医疗负担。

随着当今人类社会健康观念更新、疾病谱改变、老龄化社会到来以医院为中心的诊断治疗模式是无法适应越来越多和越来越高的医疗需求，而以社区医疗(含家庭和个人保健)为中心的医疗模式。借助人体生命指征信号监测与传感模块，传统医学监测仪器微型化、智能化，从而成为面向用户的较为便宜的终端设备，借助于无线、光纤、互联网或其他通讯网络将患者的生理生化信号传送到中心医院，是移动医疗与远程医疗网络的关键部分之一。以信息技术为代表的当代科学，材料科学、微机电技术、微电子技术、生物工程技术所取得的巨大成就，为我们制备各种新型的人体生命指征传感器及监测模块与信息交互系统提供了充分的技术条件。面对社会、家庭和个人对医学仪器更广泛、更多样化的需求，目前我国科学技术的发展已完全可以使这些需求成为现实。

远程医疗监护是指通过通信网络将远端的监护对象的生理和医学信号传送到监护中心进行分析，并给出诊断意见的一种技术手段。便携式人体生命指征监测传感系统，作为面向用户的终端设备，是移动医疗与远程医疗网络的关键部分之一。可以将身处社区病患者的多项生理生化信息就地收集，并传送到监护中心或者医院，以供那里的医生进行诊断，并通过远程的信息传递网络将治疗方案传递给患者或他们的监护人。这种监护模式随着计算机技术、现代通信技术的发展而发展起来。计算机技术与现代通讯的发展为远程医疗服务带来新的机遇，使得人们可通过应用计算机技术和现代通信，实现个人与医院间，医院和医院间的医学信息的远程传输和监控，远程会诊、医疗急救、远程医疗教育与交流等。其中面向家庭的远程医疗健康监护是在配备先进适宜的医疗设备的条件下，将千家万户和医疗机构联系起来，实现医疗进入家庭，在病人家中实施监护、诊断、治疗、康复和保健多位一体的一种新的远程医疗模式。

这种新的远程医疗模式是一项非常重要的技术，且具有很多的优点。首先他极大地方便了广大的病患者，尤其是一些特殊的人群，如：行动不便的残疾病人和患慢性的老人，需要定期检查的孕妇和儿童，需要长期到医院复查病情的慢性病患者(如糖尿病，心脏病患者)，远离医院交通不便的病人等。其次这种新的远程医疗模式也有效地降低医院门诊的工作负荷，使得医院门诊可集中精力于危急重症和疑难杂症，有效地配置和使用有限的医疗资源，为生活节奏紧张时间紧迫的城市人提供了一个随时随地的家庭医疗保健。人们携带无线传感设备可以自由地移动，可以在熟悉的环境中时刻监护他们的生理参数而无需去医院。他不仅可以辅助治疗，还能在患者病情突然恶化时报警。医护人员可以在远端的监护中心观察病人的健康状况并提供实时的诊断和建议，也可以长期对病人进行监护。另一方面，对健康人群的远程监护，还可以发现疾病的早期症状，从而达到保健和预防疾病的目的。

本项目将综合电子信息技术、通信技术和生物医学技术，研究体温、脉搏、呼吸、心电、血氧饱和度等生理信号提取、识别及传输方法，研制人体生命指征信号传感与检测处理模块，基于无线移动终端开发基于多个生命指征参数的医疗信息管理系统。本项目在个人和家庭保健、社区医疗服务、康复医学、运动医学等领域中有着广泛的应用，将为人体健康监测及疾病诊断与辅助诊断提供有力的手段，对实现疾病的监测、诊断和个性化治疗具有重要的意义，为实现病有所医提供基本的技术储备。项目涉及微电子、传感器、无线通讯、网络技术、信息处理、自动控制、生物医学等相关学科。项目的研究发展和应用也将对这些学科的交叉和融合将起到积极的推动作用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可以同时对病人实现多个生理参数的实时监测，让病人像戴手表那样随身佩戴，24小时内，不间断测量病人各个参数的变化，同时将这些参数通过蓝牙技术传递到手机，再经由手机无线网络与社区服务器通讯，最后将病人参数反映到医生专用的PC客户端系统界面上的生命指征监测系统。

本实用新型所采用的技术方案是：基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，包括有：生理参数监护仪、与所述生理参数监护仪通讯连接的个人移动通讯终端、与所述个人移动通讯终端通讯连接的监护系统，所述监护系统包括相互之间通过通讯连接的监护服务器、PC客户端和数据库，其中，

生理参数监护仪，设置在监护对象身上用于检测监护对象的生理参数，通过蓝牙接口技术将数据传输到个人移动通讯终端上；；

个人移动通讯终端，从生理参数监护仪上获得监护对象的每个生理参数值，并进行实时分析和生理参数的显示，当生理指标出现异常时，个人移动通讯终端通过无线传输GPRS/CDMA网络制式向监护服务器发送报警信息以及病人的个人生理监测信息。

还包括与所述个人移动通讯终端通讯连接的手机和用户计算机，当生理指标出现异常时，个人移动通讯终端通过短信息的形式向手机上发送报警信息以及病人的个人生理监测信息。

个人移动通讯终端为带有蓝牙接口和无线网络通信的掌上电脑或智能手机或带有JAVA虚拟机的非智能手机。

所述的生理参数监护仪包括有生理指标检测系统和与所述生理指标检测系统相连的信息综合处理系统。

所述生理指标检测系统包括有第一单片机，分别与第一单片机相连的体温监测电路、心电图采集电路、脑电图采集电路、呼吸波采集电路、血压气泵与放气阀控制电路、袖带压力信号采集电路、LED控制电路和血氧饱和度光信号控制与检测电路，所述的第一单片机与所述的信息综合处理系统相连，将采集到的所有生理信号通过SPI接口传输到信息综合处理系统上。

所述的信息综合处理系统包括有接收第一单片机所采集的生理信号的第二单片机，分别与第二单片机相连的液晶显示屏、Flash存储单元、外部时钟、计算机接口和无线通信模块，所述的无线通信模块连接个人移动通讯终端。

所述的液晶显示屏上显示监护对象的实时体温，血氧饱和度，呼吸频率，心率，脉搏及当前时间。

所述的液晶显示屏上实时显示各个监护对象的姓名、性别、年龄、住址、简要病历说明、监护人或家属联系电话以及当前及历史监测的各项生理参数。

本实用新型的基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，可以监测体温、脉搏、呼吸、心电、血氧饱和度等常用关键生理参数指标，具有综合分析处理这些生理生化信号的能力，并经由蓝牙技术实现各个监护模块与无线移动终端的网络互联，从而实现将这些参数传递到监护服务器上，并显示在医生专用PC客户端的系统界面上。

附图说明

图1是本实用新型的整体框图；

图2是本实用新型的便携式监测仪的生理指标检测系统框图；

图3是本实用新型的便携式监测仪的信息综合处理系统框图；

图4是呼吸生理指标检测电路原理图；

图5是心电生理指标检测电路原理图；

图6是脑电生理指标检测电路原理图；

图7是血氧生理指标检测电路原理图；

图8是血压生理指标检测电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型的基于无线移动终端的人体生命指征监测系统做出详细说明。

如图1所示，本实用新型的基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，包括有：生理参数监护仪和个人移动通讯终端，其中，

生理参数监护仪，设置在家庭监护对象身上用于检测监护对象的多种生理参数(包括体温、脉搏、呼吸、心电、血氧饱和度等常用关键生理参数)，可以存储24小时以内的监护信息，通过蓝牙接口将数据传输到个人移动终端；当生理指标出现异常时，生理参数监护仪通过无线传输GPRS/CDMA网络制式向监护服务器及预先设置的手机上发送报警信息以及病人的个人生理监测信息，同时可以向病人亲属或监护人进行报警或发送简单医嘱到PC客户端进行提示，以使病人得到及时救治。

用户计算机，从生理参数监护仪上获得监护对象的每个生理参数值，并进行实时分析和数据库存档和全部生理参数的显示，包括有心电、呼吸、脑电信号的波形显示；

PC客户端软件对于生理参数的获取是利用windows操作系统底层的MSComm控件(Mi-crosoftCommunicationsControl)采取事件驱动的方式来进行和处理串行通信。当串口接收缓存区中有字符(即有测量事件发生时)，则MSComm控件的监控事件将捕获并处理这些通讯事件，并根据监护仪规定的协议，从获得的数据中分离出每个参数对应的数据位，从而获得每个参数值，并在计算机中进行实时分析和数据库存档，实现就地的显示和信息交互。

监护服务器通过网络与多个生理参数监护仪相连接，接收生理参数监护仪的报警信息以及监护对象的个人生理监测信息，从而实现对多个家庭的监护对象的远程监护，并做相应的处理；

监护服务器的计算机作为服务器端随时处于监听状态，实时响应用户发出的连接请求与读取请求，与之建立连接并做相应的处理。监护服务器端通过网络与多个家庭监护对象相连接，从而实现多个家庭监护对象的远程监护。通过基于监护仪规定的协议，不停地向生理参数监护仪(用户端)发送读取参数请求，根据每个参数对应的读取协议读取数据。监护服务器和用户计算机上运行监护软件，两者之间可以通过交互界面进行交流，从而实现交互诊断。这样就实现了对监护对象多参数实时远程监护的目的。

所述的生理参数监护仪采用双单片机结构。

如图2所示，所述的生理指标检测系统包括有第一单片机，所采用型号为MSP430FG439，主要实现各种生理信号的数据采集与分析，生理信号包括体温、脉搏、呼吸、血压、心电、脑电、血氧饱和度生理参数。第一单片机中嵌入了简单的生理信号分析算法，可以计算各种常见的生理监护参数。生理指标检测系统还包括有分别与第一单片机相连的体温监测电路、心电图采集电路、脑电图采集电路、呼吸波采集电路、血压气泵与放气阀控制电路、袖带压力信号采集电路、LED控制电路和血氧饱和度光信号控制与检测电路16，所述的第一单片机与所述的信息综合处理系统相连，将采集到的所有生理信号通过SPI接口传输到信息综合处理系统。

如图3所示，所述的信息综合处理系统包括有接收第一单片机所采集的生理信号的第二单片机，所采用的型号MSP430F149，主要实现监护数据的存储、生理参数的显示、数据的就地导出以及监护终端与其他智能单元或监护中心的无线数据传输。信息综合处理系统还包括有分别与第二单片机相连的液晶显示屏、Flash存储单元、外部时钟、计算机接口和无线通信模块，所述计算机接口连接用户计算机。所述无线通信模块连接个人移动通讯终端。第二单片机通过SPI接口将接收到的监测信息显示在液晶显示屏，并可以通过计算机口将数据传输到用户计算机。同时还可以通过无线通信模块将生理信息传输到个人移动通讯终端。

所述的液晶显示屏主要用于显示监护对象的实时体温，血氧饱和度，呼吸频率，心率，舒张压，收缩压，平均血压及当前时间。所述的液晶显示屏上还可以是实时显示各个监护对象的姓名、性别、年龄、住址、简要病历说明、监护人或家属联系电话以及当前及历史监测的各项生理参数。

所述的第二单片机上还可以设置不同年龄、不同监护对象的各项监护参数的上、下限阈值。根据监护对象的年龄，当监测参数超越上下阈值的范围，用户可以选择是否向社区医疗中心发送信息及是否向家属或监护人预警，同时发送上述参数的具体预警内容。

如图4所示是检测呼吸生理指标的呼吸波采集电路。呼吸波采集电路是根椐人体在呼、吸两种状态下，腹腔的阻抗的变化设计的。变化的阻抗信号首先载在振荡芯片CD4047产生的60KHz的方波上，然后经高输入阻抗放大芯片AD623对信号放大，使其转换成较大的电信号，再由肖特基二极管RB721(D24)组成的检波电路，将呼吸波信号解调出来。此时的呼吸波信号比较微弱，信号经由普通运放TL27L2进行放大，并叠加基准电压1.25V上，信号为MSP430单片机可以检测信号。

如图5所示是检测心电生理指标的心电图采集电路。心电信号的幅值范围为50μV～50mV，频率范围为0.05Hz～100Hz。对于微弱的心电信号，必须经由放大电路进行信号调理，以准确进行AD转换。心电图采集电路由三级放大电路组成。第一级采用高输入阻抗的放大芯片AD8221，将心电信号放大100倍，然后经由普通运算放大器TL27L2构成的50Hz陷波电路，避免工频信号的干扰，同时实现2～3倍的信号放大作用，最后进入后级放大电路，放大倍数在10～50倍可调，心电信号经由三级放大以后，再叠加1.25V的电压基准，实现心电信号从双极性到单极性的转换，可以直接利用生理参数监护仪中的单片机MSP430内部自带的12位模数转换器进行模数转换。

如图6所示是检测脑电生理指标的脑电图采集电路。监测终端的脑电放大电路主要针对癫痫病人的病情监测而设计的，不同的癫痫病种类发作的脑电信号的幅值和频率具有不同的特点，总的来说，癫痫病人的脑电信号范围为100uV-100mV，频率范围为0.5～40Hz。脑电信号调理由三级放大电路组成。第一级采用高输入阻抗的放大芯片AD8221，将脑电信号放大100倍，然后进入由TL27L2构成的双T型50Hz工频陷波电路，同时实现2倍的电压增益，最后进入后级放大电路，放大倍数在10～50倍可调。

如图7所示是检测血氧生理指标的血压气泵与放气阀控制电路。血氧采用手指探头检测，探头的光电检测器是一个光电管，能产生正比于透射到它上面的红光和红外光强度的电流，但它不能区分这两种光。为此，用一个定时电路来控制两个LED(红光和红外光)的发光次序。光电流信号被转换成电压信号，并经放大、滤波、信号基线电平变换和去直流分量等信号调理过程后，加到一个具有自动增益调整功能的电压/电流转换电路，然后由积分电路对信号电流积分，其输出经A/D转换成数字信号。单片机对数字量进行复杂的处理，例如数字滤波，计算两种光电信号的幅度等，并求出SpO2，从脉动信号中还能计算出脉率。

图7中，J3接口与血氧检测传感器连接。DAC管脚主要经由MSP430FG439芯片内的数模转换模块提供预设的电压，从而设定两个LED(红光和红外光)的光强。P2.2、P2.3分别为控制两个LED(红光和红外光)的开关，可以启动和停止LED。P6.0、P6.1、P6.2、P6.3、P6.4、P6.6为MSP430FG439芯片内的集成运算放大器的管脚，用于实现光强度的信号调理和数据采集。

图8所示为用于测量血压的血压气泵与放气阀控制电路和袖带压力信号采集电路，采用医疗监护中血压测量常用的示波法。主要包括加压电泵、放气阀、腕带、压力传感器、压力信号调理、压力信号采集与分析。加压电泵、放气阀、腕带、压力传感器均通过橡胶多通管进行连接。单片机通过脉宽调制方式对腕带进行加压，使腕带内压力达到一定高压后，开始通过放气阀均匀放气，减少腕带内压力，在这个过程中，通过信号调理和数据采集，完整记录整个腕带内压力的变化曲线，并经由该曲线计算舒张压、收缩压和平均压。LM324为内含4运算放大器的集成芯片。根据相关的标号识别各个放大器，第一运算放大器组成恒流源与压力传感器提供恒定电流，第三运算放大器组成积分电路，把单片机管脚发出的方波装换成锯齿波，第四运算放大器组成电压放大器，把传感器送出的压力信号放大，第二运算放大器设置成比较器，由第三运算放大器产生的锯齿波与第四运算放大器放大的压力信号进行比较输出占空比不同的矩形波，实质是用锯齿波对压力信号进行采样。单片机经由输入捕捉管脚测量输入脉冲的宽度，即获取腕带内压力值。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims

1.基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，其特征在于，包括有：生理参数监护仪、与所述生理参数监护仪通讯连接的个人移动通讯终端、与所述个人移动通讯终端通讯连接的监护系统，所述监护系统包括相互之间通过通讯连接的监护服务器、PC客户端和数据库，其中，

2.根据权利要求1所述的基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，其特征在于：还包括与所述个人移动通讯终端通讯连接的手机和用户计算机，当生理指标出现异常时，个人移动通讯终端通过短信息的形式向手机上发送报警信息以及病人的个人生理监测信息。

3.根据权利要求1所述的基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，其特征在于：个人移动通讯终端为带有蓝牙接口和无线网络通信的掌上电脑或智能手机或带有JAVA虚拟机的非智能手机。

4.根据权利要求1所述的基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，其特征在于：所述的生理参数监护仪包括有生理指标检测系统和与所述生理指标检测系统相连的信息综合处理系统。

5.根据权利要求4所述的基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，其特征在于：所述生理指标检测系统包括有第一单片机，分别与第一单片机相连的体温监测电路、心电图采集电路、脑电图采集电路、呼吸波采集电路、血压气泵与放气阀控制电路、袖带压力信号采集电路、LED控制电路和血氧饱和度光信号控制与检测电路，所述的第一单片机与所述的信息综合处理系统相连，将采集到的所有生理信号通过SPI接口传输到信息综合处理系统上。

6.根据权利要求4所述的基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，其特征在于：所述的信息综合处理系统包括有接收第一单片机所采集的生理信号的第二单片机，分别与第二单片机相连的液晶显示屏、Flash存储单元、外部时钟、计算机接口和无线通信模块，所述的无线通信模块连接个人移动通讯终端。

7.根据权利要求6所述的基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，其特征在于：所述的液晶显示屏上显示监护对象的实时体温，血氧饱和度，呼吸频率，心率，脉搏及当前时间。

8.根据权利要求6所述的基于无线移动终端的人体生命指征监测系统，其特征在于：所述的液晶显示屏上实时显示各个监护对象的姓名、性别、年龄、住址、简要病历说明、监护人或家属联系电话以及当前及历史监测的各项生理参数。