個性化服務的“運動性猝死”監測系統的設計

王政 包頭職業技術學院電氣工程系

一、引言

運動性猝死現象是指在運動過程中由于心臟負荷的增加，引起心臟泵血功能障礙，出現突發心律失常而導致心臟停掉的現象。近幾年，由于人們的壓力越來越大，時常出現運動性猝死現象，而且這類猝死一般沒有任何征兆，預防難度高。

隨著我國人民對個人健康意識的提升，個性化醫療服務得到了廣泛的踐行。但是針對突發性猝死的監測還缺乏對應的儀器或服務系統，因此，本文根據未來醫療發展需求和趨勢，構建個性化服務醫療系統，作為常規醫療系統的一個重要補充提供個性化的優質服務。

二、個性化服務醫療系統的整體架構

本文研究的個性化服務醫療系統是基于實時化、網絡化為一體的系統。包含硬件架構部分和軟件集成系統兩個部分組成。硬件前端主要是一種穿戴式監測裝置，日常就可以佩戴到使用者的手腕或其他部位，可以隨身監測，內置傳感器可以感應身體各項數據，如血糖、心率以及血壓等；當出現異常數據時，會將監測到的數據通過內部無線路由模塊與家里無線WIFI進行數據交互，及時將數據通過互聯網傳送到服務醫院的數據庫系統中；軟件集成系統構建于B/S結構和手機APP兩種訪問模式，主要功能是可以實時管理人體各項指標數據，使本人或家人隨時查看實時數據和歷史數據，同時將接收到的數據存儲在醫院數據庫服務器中，支持發送到主治醫生的手機上，系統整體設計架構如圖1所示。

圖1 個性化服務醫療系統的整體架構

（一）便攜式監測裝置主要組成

服務系統的前端是一個便攜式監測裝置，是基于ARM架構的集成模塊，內置無線AP模塊、顯示屏、通用I/O接口模塊、人體感應芯片、便攜式心率、血壓等監測設備的模塊、USB接口電路以及內置供電模塊。終端主要組成如圖2所示。

圖2 便攜式監測裝置的組成示意圖

（1）無線AP模塊

無線AP模塊是基于GWF-AP04模塊，它是一種嵌入式、集成化低成本的模塊；主要用于工業控制、智能設備上，可支持多種接口，其主頻在2412-2483.5MHz之間，支持802.11b/g/n、WPA、WPA2等網絡協議。

（2）顯示屏

顯示屏采用的是可穿戴式的駿顯的JM-PO120，分辨率是128X32，亮度是130cd/m2，點距為0.167X0.167（mm），支持Android操作系統，本文系統就是基于Android系統研制了一套App軟件，支持與后臺服務系統數據同步。

（3）通用I/O接口模塊

本便攜式無線監測儀選擇的通用I/O接口模塊主要功能是協同各內部模塊的通訊。本系統I/O架構是MC9328MXLCVP15通用I/O接口電路。MC9328MXL處理器采用先進且節能的ARM920T以高達200MHz的速度運行的磁芯。集成模塊包括一個USB設備、一個LCD控制器和一個MMC/SD主機控制器，支持一套外圍設備，以增強尋求提供豐富多媒體體驗的便攜式產品。它封裝在256觸點模具陣列工藝球網格陣列（MAPBGA）或225觸點MAPBGA封裝中。

MC9328MXLCVP15支持多種應用，包括以下功能：ARM920T微處理器核心；AHB到IP總線接口（AIPI）；外部接口模塊（EIM）；SDRAM控制器（SDRAM）；DPLL時鐘和電源控制模塊；兩個通用異步接收器/發射器（UART 1和UART 2）；兩個通用32位計數器/定時器；實時時鐘/采樣定時器（RTC）·LCD控制器（LCDC）·脈寬調制（PWM）模塊·通用串行總線（USB）；主機控制器模塊；同步串行接口和IC間聲音（SSI/I2S）模塊·IC間（I2C）總線模塊等。

（4）人體感應芯片

人體感應芯片是一種特制的檢測傳感器，通過感應芯片感知血壓和心率等，將獲取到的信息輸送到心率或血壓等儀器監測設備的模塊，通過通用I/O接口發送到無線網絡傳輸，也支持直連電腦進行數據讀取。

（5）USB接口電路

USB，是英文Universal Serial Bus（通用串行總線）的縮寫，最新一代是USB 3.1，傳輸速度為10Gbit/s，三段式電壓5V/12V/20V，最大供電100W。

本文采用CH340G通用USB接口芯片。在串口方式下，CH340G提供常用的MODEM聯絡信號，用于為計算機擴展異步串口，或者將普通的串口設備直接升級到USB總線。在紅外方式下，CH340G外加紅外收發器即可構成USB紅外線適配器，實現SIR紅外線通訊，可以方便地掛接到單片機/DSP/MCU/MPU等控制器的系統總線上。本模塊以無線WiFi模式進行數據交互外，也支持在必要情況下與電腦直連交互。

（6）心率或血壓儀器監測設備的模塊

本模塊可以支持心率和血壓等獲取，內置檢測模塊是基于生理量的測量、生物信號處理技術融合為一體，屬于一種集輕型化、一體化、可視化、可控化并能記錄相關值的監測儀。根據使用者的需求，支持不同配置的連接模式，也可以采用自定式模式，可以有效提升監測儀的寬泛性?，F在常見的MKB0803心率血壓模塊，它可以實現高集成和高穩定、自動脫落檢測、脫落無數據輸出、自動膚色識別等功能，該心率血壓監測模塊是由一個YK1801脈搏傳感器芯片、一個前端MN8802脈搏芯片以及一個SFB9712算法芯片構成。它可以基于PCB板架構，是非常方便二次架構的芯片組。

（7）設備供電

本監測儀采用容量為6000mAh 內置式鋰電池，以外接充電裝置進行充電。

（二）軟件集成系統的主要功能

本文軟件集成系統分為兩個部分，一個是基于B/S架構的軟件集成系統。主要針對監測到數據的管理服務系統，基于JAVA/SQL SERVER數據庫架構研發，如圖3所示是某監控人員病歷信息情況。另一個是安裝在基于Android系統的手機App應用程序，其功能負責與后臺的醫療服務系統進行數據的交互，如圖4所示為手機顯示應用。

圖3 某患者病歷信息界面

圖4 服務系統手機應用主要功能

圖3中選中行是某人的心率、血壓信息，就是通過通用型手腕式監測儀中App軟件實時將使用者心率等數據發送到醫療集成系統中的。

三、個性化服務系統的實現原理

本文個性化服務系統的實現原理及基本控制工作方式如圖5所示。通過手腕式監測裝置實時監測使用者心率、血壓等數據，同時將獲取到的數據通過輸入/輸出接口進行傳輸，根據預設置的網絡通信連接方式將數據進行發送，需要指出的是，傳輸的數據需進行有效性校驗，確認是否是規范格式。本文采用XSL數據格式。一般來講，網絡通信的有效性也是需要測試的，需要設置專用VPN加密，將數據傳送到公共網絡環境中，服務器獲取到數據后，首先也需要進行校驗和分析，確定是有效數據方可接收數據，然后依據數據規范，將數據存儲到數據庫中，這樣就完成了一次數據交互服務。

圖5 個性化服務系統的實現原理流程圖

四、結語

當前移動醫療儀器已經得到廣泛應用，基于無線網絡的應用也有大量研究，本文的個性化服務醫療系統旨在多類型網絡模式條件下，可以讓使用者整體狀態數據實時反饋到醫療服務系統中，呈現在醫生面前，為現在越來越多需要得到自主服務的人群提供更為優質的服務。隨著大數據等技術的不斷完善和應用，未來移動式醫療裝置會出現更為先進的模式。