基于嵌入式技術的人體局部代謝率檢測系統研究*

陸為民 陳 剛 陳真誠*

基于嵌入式技術的人體局部代謝率檢測系統研究*

陸為民①*陳 剛②陳真誠②*

目的：建立基于Android(安卓)智能系統的代謝率檢測系統，實現生理參數從檢測模塊到智能手機的無線傳輸。方法：在生理參數檢測端增加藍牙傳輸模塊，采集目標為人體指端，將采集到的生理參數發送至Android智能手機端，通過開發智能手機Apk應用程序，實現打開藍牙、搜索設備等操作，并通過Socket連接，實現數據傳輸。同時手機端開發軟件界面，實現代謝率數據的界面顯示。結果：Android智能手機端接收藍牙模塊發送的代謝率檢測數據，并將結果顯示在手機屏幕，該系統利用藍牙接口實現了人體生理參數信息的傳輸過程。結論：本研究立足于移動醫療檢測系統，實現了人體多生理參數在Android系統中的藍牙接口傳輸控制方法，其應用前景廣泛。

安卓系統；藍牙；代謝率檢測；遠程醫療

[First-author’s address] Chinese Armed Police Force(CAPF) Shanghai Hospital, Shanghai 201103, China.

隨著我國人口老齡化進程加快，各種慢性疾病在中老年人群中衍生。人們的健康意識漸漸提高，推動了醫療模式轉變，由以治療為中心的醫療模式過渡到以預防為主、早期發現和治療的模式，醫療儀器從適用于醫院操作復雜的大型設備向既適用于醫院又適用于家庭的小型穿戴式、便攜式以及配備強大軟件功能的智能移動醫療設備過渡，且同時具備生理信號檢測、信息處理、信號特征提取、數據無線傳輸以及數據庫存儲等多種功能，能夠完成對患者進行的長時間無創監測、診斷和治療，具有操作簡單、移動靈活、實時顯示結果及自動報警等特點[1-3]。

目前，由于智能手機功能強大、使用靈活得到廣泛應用，并且越來越多地應用在醫療領域中。在人體生理參數檢測儀器中增加能夠與手機進行通信的模塊，生理參數等諸多信息則可通過該檢測模塊傳輸到手機，利用移動通信網絡可以將信息上傳到醫院的服務器，因此移動醫療監護系統技術研究具有很好的應用價值[4-6]。遠程醫療系統可以實現人體生理參數的適時監護。智能的移動醫療監護系統因為其人性化以及易操作等特點，將會在醫療領域發揮越來越重要的作用。本研究通過在人體局部代謝率檢測設備中集成藍牙模塊，利用智能手機系統中的藍牙接口，實現人體局部代謝率等生理參數從檢測模塊到手機平臺之間的數據傳輸(如圖1所示)。

圖1 遠程醫療系統示意圖

1 Android系統

Android系統是基于Linux內核的開源操作系統，其系統架構分為4層[7]：①底層，以Linux內核為基礎，包括內存管理、進程管理和驅動模型等，藍牙驅動在其中實現；②系統運行庫層，包括C/C++庫以及Android運行庫；③應用框架層，主要包括編寫核心應用時所使用的API框架；④應用層，由Java語言編寫的程序，代謝率相關信息傳輸的開發在此層實現。

Android系統從2.0版本開始支持藍牙，有關藍牙的類和接口都位于android.bluetooth包中，具體功能見表1。

表1 Android系統功能

2 人體局部代謝率檢測系統實現過程

2.1 藍牙基本操作的實現

本研究采用Android系統4.2版本和Eclipse4.3.2工具進行系統的開發工作。在Android系統中實現藍牙傳輸的功能，分為以下步驟實現：①進行權限聲明，具體操作在AndroidManifest.xml文件中實現[8-11]；②獲取藍牙適配器，可通過getDefaultAdapter()獲得本地藍牙適配器，遠程藍牙適配器需要使用BluetoothDevice類；③在取得藍牙適配器之后，可請求開啟藍牙，之后系統開始搜索周圍藍牙設備。為了使手機能夠被其他藍牙設備(本模塊為代謝率檢測模塊)搜索到，需要進入藍牙設置選中“可檢測性”復選框。

在搜索遠程藍牙設備時可先使用BluetoothAdapter. getRemoteDevice()得到指定地址的BluetoothDevice。該類的功能是類似提供一個藍牙硬件地址簿，遠程藍牙硬件地址使用BluetoothAdaphter來創建一個BluetoothDevice對象來完成操作[12]。當手機和檢測模塊綁定成功，可以使用BluetoothAdapter. getBondedDevices方法獲得代謝率檢測設備列表。搜索到的藍牙設備通過廣播返回，所以，需要注冊廣播接收器來獲得已搜索到的藍牙設備。在程序開始時注冊廣播接收器，包括搜索已完成(ACTION_ DISCOVERY_FINISHED)和已搜索到設備(ACTION_ FOUND)兩個廣播接收器BroadcastReceiver，然后通過線程來控制藍牙設備的搜索(startDiscovery)，當搜索中有觸發上面兩個接收器事件，就直接傳遞給接收器進行保存，程序流程如圖2所示。

圖2 搜索設備流程圖

2.2 數據傳輸的實現圖

藍牙傳輸數據的方式和Socket類似，在網絡中使用Socket和ServerSocket控制客戶端和服務端的數據讀寫。藍牙通信同樣也是由藍牙客戶端和藍牙服務端Socket來完成，藍牙之間的數據傳輸采用基于RFCOMM協議的Socket連接實現[13]。在Android的藍牙API中BluetoothServerSocket和BluetoothSocket類可實現Socket通信，這兩個類都在android.bluetooth包中。BluetoothServerSocket是藍牙服務端Socket，BluetoothSocket是藍牙客戶端Socket。

手機服務器一般可通過線程使用listenUsingRfco mmWithServiceRecord()方法來注冊一個具有名稱和唯一識別的UUID號，然后利用BluetoothServerSocket. accept()方法一直監聽代謝率生理參數檢測模塊的請求，得到請求后利用InputStream.read(byte[])方法接收代謝率檢測模塊的參數信息，并對數據做出相應的處理，最終調用BluetoothServer Socket.close()關閉藍牙服務器，程序流程如圖3所示。

圖3 服務器流程圖

藍牙協議分為核心協議、電纜替代協議、電話傳送控制協議和選用協議4層，其中最重要的是核心協議，藍牙的核心協議又是由基帶、鏈路管理、邏輯鏈路控制和適應協議4部分組成。業務搜尋協議(SDP)是所使用模式的基礎，負責查詢設備信息、業務及業務特征，并在查詢之后建立兩個或多個藍牙設備間的連接。鏈路管理(LMP)負責建立藍牙組件間的連接。邏輯鏈路控制和適應協議位于基帶協議層上，屬于數據鏈路層，是一個為高層傳輸和應用層協議屏蔽基帶協議的適配協議。在本研究中，用戶模式運用文件傳輸模式，文件傳輸模式提供兩終端間的數據通信功能[14-18]。

3 人體局部代謝率檢測系統實驗結果

根據之前所述的實現思路，本研究利用人體局部代謝率檢測來進行藍牙數據傳輸實驗，檢測對象為人體的指端。在代謝率檢測儀器中增加藍牙傳輸模塊，調試成功之后與手機藍牙進行配對連接、數據傳輸。其中，手機藍牙操作界面包括開啟藍牙、可被搜索設置以及搜索設備服務3部分。待搜索到藍牙設備，便將顯示在下方的list列表中。點擊列表中的藍牙設備，即開始數據傳輸，然后進行其他相關的操作(如圖4所示)。

圖4 代謝率檢測端實物圖

本研究已經在數據采集端對代謝率相關數據進行了處理，在檢測端可以同時將指端溫度、指端濕度、輻射值、環境溫度、環境濕度以及計算后的代謝率值發送到手機端。手機接收數據并進行顯示，然后根據需要上傳到服務器。

4 結語

人體局部代謝率檢測系統立足于智能化的移動醫療檢測系統，實現了將Android系統中的藍牙接口傳輸技術應用于人體局部代謝率多生理參數檢測系統研究。本研究內容對構建成熟的移動醫療服務系統也起到積極作用，將多個生理參數從檢測端傳輸到手機端，然后通過3G、4G等移動通信網絡，將數據信息傳輸到醫院服務器，實現了智能、實時的醫療檢測與監護。智能Android手機系統中的藍牙技術，在生理數據傳輸方面具有廣闊的應用前景。

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Study on the detection system of human local metabolic rate based on embedded technology

LU Wei-min, CHEN Gang, CHEN Zhen-cheng// China Medical Equipment,2015,12(1):17-19.

Objective: To introduce the local human body metabolic rate measurement system based on the Smartphone with the Android operating system and realizes the transmission of physiological data from the detecting module to Smartphone. Methods: Embedding Bluetooth module in the module of detecting physiological parameters, the measurement target is fingers, so the detected physiological data can be sent to Smartphone with Android system. By develop apk application program, the Smartphone can realize the operation of opening the Bluetooth devices and searching the around Bluetooth devices, to realize the data transmission by the Socket connection, we develop the software which realizes showing data. Results: The Smartphone received the metabolic rate parameters from Bluetooth, and show the result on the surface. A study of the technology of transmitting physiological parameters information through the interface of Bluetooth in Android Smartphone is made in this paper. Conclusion: The paper is based on the Mobile Medicine Measuring System, realizes the technology of physiological parameters transmission through Bluetooth in Android system, which has a great broad application.

Android; Bluetooth; Metabolic rate measurement; Telemedicine

陸為民,男,(1964- ),大專，主管技師。武警上海市總隊醫院放射科，從事醫療設備的維修、管理和研發工作。

1672-8270(2015)01-0017-03

R197.324

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.01.005

2014-06-05

國家自然科學基金(61271119)“基于代謝能量守恒法的無創血糖檢測機理研究”；國家科技支撐計劃(2013BAI03B01)“無創檢測、實時監測等新型醫療器械產品研發”；廣西自然科學基金(2011GXNSFA18183)“能量代謝整合法無創血糖檢測關鍵技術研究”

①武警上海市總隊醫院放射科 上海 201103

②桂林電子科技大學生命與環境科學學院 廣西 桂林 541004

*通訊作者：lwm1964@126.com；chenzhcheng@163.com