基于Android的動態心率檢測系統的設計與實現

魏晉+張建莉+王楚凡+邵葉凡+張兆陽

摘要： 關鍵詞： 中圖分類號： 文獻標志碼： A文章編號： 2095-2163（2017）06-0073-03

Abstract： Taking the portability， convenience and low cost as the design target， the functions design and integration are realized among Android mobile phone， Bluetooth chip and signal acquisition chip， which have captured and saved the relevant parameters of the heart. On the basis of the clinical diagnostic criteria， acquisition parameters are analyzed and the proposal test report is also generated. In practical use， the proposed design could play a positive role in monitoring， treatment and prevention of cardiovascular diseases.

0引言

2017年隨著《中國心血管病報告2016》的公布，在中國因為疾病而死亡的統計中，血管類疾病所占的比例最高，在今后的10年中國內的心血管患者還會逐年增加，并且呈低齡化發展的趨勢[1]。對于預防或治療心血管類型的疾病，每日的自我檢查、自我防控是目前值得推薦的可靠可行方法。在臨床中使用最廣泛的心率檢測設備就是“Holter”（動態心電圖）。“Holter”需要24小時不間斷的動態監測，不能遺漏任何時間段內的心率數據記錄，這是因為對于心血管疾病的檢測，只有當患者有自覺癥狀時，捕獲的心臟參數才能用作有效的臨床診斷依據。

佩戴“Holter”首先需要患者到醫院進行申請，但是醫院的“Holter”資源也是有限的，即使申請到也不可能允許一個患者長期占有，并將其作為日常的檢測設備使用。此時，將亟待尋求一種辦法可以使人們隨時都可以檢測并記錄自己的心臟參數，并隨即做出一份系統、專業的分析報告即已成為研究學界的重點課題。為此，基于當前的實際功能需求，將心率采集芯片和人們日常的Android手機進行結合，開發和設計一款便攜性高、檢測時間短的APP軟件，就可以滿足上述的需求。

1系統需求分析

1.1系統功能需求

動態心率檢測系統分為藍牙連接、心率信號采集、信號數據分析、檢測報告、用戶設置五個部分，整個系統使用BMOB云端數據庫作為底層的數據支撐。藍牙連接部分要實現心率采集設備與用戶Android系統的連接、數據傳送等功能。在面對藍牙芯片類型選擇這一問題時，考慮到用戶Android系統版本的不同，以及設備之間兼容性的情況，本系統采用了在市場中使用較多的BK3231芯片[2]。心率采集部分也是采用了時下較為流行的BMD101心電采集模塊，該模塊可以通過人體指夾電極來獲取生理信號，對生理信號依次經過擴大峰值、濾波、降噪、轉換數字信號等一系列處理步驟后保存在暫存器中。生理信號主要包括心率、呼吸速率、R-R心率間隔等參數指標。分析部分是整個系統的核心，這部分要依據采集到的生理信號，并參照臨床醫學診斷標準來展開詳盡分析，最后還要給出建議性的分析與評估報告。用戶設置部分主要對系統的使用習慣、方式、登錄信息等建立偏好性設置，以及對以往檢測參數和報告進行瀏覽查閱。

1.2系統主要工作流程

系統的運行流程如圖1所示。

2.2系統整體架構設計

本次研究系統架構主要是由藍牙連接、心率信號采集和信息分析報告三部分構成。整個系統通過藍牙搜索與匹配Android用戶來創建心率信號采集與用戶之間的數據傳送渠道，當藍牙和用戶端連接后，采集過程就可以開始運行。心率信號的采集是通過指夾電極獲取的，由于指夾電極獲取的心率信號存在峰值較低、區段不明顯、信號不易區分等缺點，所以要將捕獲的心率信號進行峰值放大處理才能使用。在放大心率信號峰值的過程中，同時也會產生一些噪聲干擾，這個時候的心率信號還是不能使用，要繼續遞進引入濾波、轉換數字信號、數據暫存等多個步驟后才可以使用。寄放在暫存器中的生理信號數據分別通過串口TX和RX與Android用戶之間進行實時交互發送，Android用戶端在獲取生理信號后，根據心率數據動態生成實時心率圖，并動態記錄呼吸速率與R-R心率間隔數據，為最終呈現推出的分析報告提供依據。系統整體架構如圖3所示。

3關鍵技術的設計與實現

3.1藍牙搜索匹配的實現

本系統藍牙采用BK3231芯片，加電后芯片處于偵聽狀態，Android系統用戶端要進行主動搜索、匹配才可以建立連接。Android系統用戶端要想使用藍牙功能，必須要采取權限注冊和通過實例化BluetoothAdapter來組合操作后最終達成。主要實現代碼如下所示：

3.2Android繪制心率圖的實現

在Android中繪制波形圖是一個難點，本系統使用View的繼承類SurfaceView來設計完成。在實際的開發過程中，研究發現通過SurfaceView來繪制圖形的效率、精度和可操作性均可堪稱優等。心率圖背景刻度的實現選用的方法是將提前繪制成型，并帶有刻度的圖片作為SurfaceView的Background屬性嵌套在LinearLayout中，這樣一來，即便波形圖在動態變化著，而刻度背景卻不會發生關聯更改[3]。研發代碼可見如下：

3.3R-R間隔分析的實現

R-R間隔數值是分析功能中最重要的指標參數。根據臨床醫學診斷標準，系統以R-R間隔值600和1 000作為分隔點，分別對小于600、大于600且小于1 000和大于1 000三個區間段進行分析，在分析過程中還需要添加心率參數作為輔助項，且時間單位設為ms，所以在程序設計中要將時間單位s全部轉換為單位ms，使整個系統單位達到規范、統一。

4系統實現

以硬件芯片的工作參數屬性為基礎，結合Android系統的特點，并按照系統的需求、系統整體架構設計預期，將硬件和軟件進行通盤規劃、全局整合，系統運行的效果如圖4所示。

5結束語

基于Android的動態心率檢測系統，充分利用當前便攜、低成本的手機Android系統作為開發平臺，將藍牙芯片、生理信號采集芯片進行有效的功能整合，并依據臨床診斷標準在對捕獲信息實現處理分析后，給出最終的檢測與建議性分析報告。同時，還可以為當心血管患者突然遇到自覺癥狀時的心臟參數采集提供重點攻關解決方案。本系統使用方便、快捷，在經過實際測試后運行效果良好，具有實際的推廣價值意義。

參考文獻：

[1] 陳偉偉，高潤霖，劉力生，等. 《中國心血管病報告2016》概要[J]. 中國循環雜志，2017，32（6）：521-530.

[2] 朱金榮，韓東利. 基于Android藍牙通信的交通控制系統研究[J]. 現代電子技術，2016， 39（22）：89-91.

[3] 于營，江翠婷. Android平臺二維碼生成技術研究與應用[J]. 電子測試，2016， 36（20）：36-38.endprint