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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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一种高效的人体健康远程监测系统

V.G.Rajendran
印度泰米尔纳德邦昆巴科南市萨斯特拉大学欧洲经委会系助理教授
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

对于危重病人，需要24*7个基站在医院对病人进行监控，为了克服这一问题，设计了一种具有无线生理监控系统的系统。本文以远程患者出院后的监测为研究重点。基于PIC单片机的患者监护系统使用合适的传感器提供了一个可靠、节能和远程的患者监护系统，同时该系统能够实时发送患者的参数。它使医生能够实时监测患者的血压、血氧饱和度、心电图等参数。在这里，患者的参数被连续测量，并通过互联网传输给授权的医生。此外，在患者侧使用LabVIEW可将上述参数以GUI方式显示。这有助于病人了解自己的健康状况。然后，这三个参数被动态地实时提供给一个网页，供授权的医生查看，如果任何一个重要参数超出正常范围，那么医生方面就会以短信的形式向患者发送警报消息。

关键字
PIC单片机，血压，SpO2, ECG, LabVIEW, GSM, SMS。

介绍
医疗保健行业的现代愿景是以更经济、更友好的方式，随时随地为世界各地的人们提供更好的医疗保健。因此，为了提高患者护理效果，就需要改进患者监测设备，使其更加可靠。今天的医学界在患者监控方面面临两个基本问题，首先是医疗保健提供者需要出现在患者床边，其次患者被限制在床上并连接到大型机器。为了实现更好的患者护理，必须解决上述问题。随着生物仪器技术、计算机技术和电信技术的不断发展，设计一种基于家庭的生命体征远程监测系统已经成为可能，可以将人体的生理信号采集记录、显示并传输到如图所示的任何位置。1所示。
实时向医生通报患者生命体征的需求是至关重要的，因此需要主动数据库系统，并与患者监测设备集成。患者监控系统(PMS)在医疗中的重要性是非常高的;因此，近年来医学界引入了集中式经前症候群。在集中式PMS中，所有患者监控器都与基于PMS的单个服务器连接。为了医护人员更有效地护理患者，PMS必须与智能报警系统相结合。由此可见，新型经前症候群智能报警系统显著提高了监测的灵敏度，也证明了在床边进行实时学习的可行性。为了提醒病人护理人员关于病人的生命体征，这些报警系统的特征是基于信号特征，如ECG，属性如R-R间隔，峰值检测和其他参数，其正常范围设置报警系统。基于计算机的经前症候群系统可以帮助提高患者对自己疾病的认识和了解，从而通过图形用户界面显示，并将临床有用数据发送到个性化网站[1]上，从而提高治疗效果。该系统通过两种方式生成警报消息，首先是通过医生的手机发送病人的生命体征，其次是通过电子邮件通知。

个人健康远程监测系统架构
人口老龄化导致慢性病日益增多。健康监测在现代医学领域越来越重要。近年来，家庭远程医疗系统(HTS)已通过小型化和便携式辅助手段应用于个性化检查，生物医学信号的自检和个人与医疗中心之间的互联网传输有望在HTS中发挥更突出的作用。交互式智能医疗保健与监测系统(IIHMS)[2]将增强HTS的可移植性，增加HTS的普及。IIHMS旨在随时随地监测患者，特别是患有心血管疾病的患者。下图2展示了IIHMS异构网络的场景，其中包括一个体区域网络。
ECG/EKG用于测量心脏的电传导系统。它接收由心脏组织的极化和去极化产生的电脉冲，并将其转化为波形。然后，该波形被用于测量心跳的速率和规律性，以及心室的大小和位置，以及心脏是否存在任何损伤。脉搏血氧计是非侵入性监测病人氧饱和度的方法。血压监测是指测量动脉内的血压，它采用振荡法监测，该设备有一个压力传感器，用于检测动脉壁振动。这里使用的单片机是PIC 16F877，工作在低功耗和小引脚数下。

远程监控系统框图
该系统采用多种输入来测量人体的生理参数，如心电图、血压和脉搏血氧仪[4]。来自传感器的输入被集成和处理。这个测量值已经通过他们的网页发送到医院。个别病人的病史由医院保存。病人的生命体征参数被动态地提供给一个网页，由授权的医生查看。警报短信将发送给病人，说明收到的消息，病人的正常和异常状态。在发射端，数据从传感器收集并由控制器处理，来自控制器的数字数据通过网站传输到接收单元。患者上传的数据由医生监控。使用GSM，警报信息被发送到手机，表明患者目前的健康状况。发射机和接收机框图如图所示。3和4所示。

远程监控系统中使用的模块

A.信号调理及电源装置
从传感器获得的输出具有低振幅信号，因此信号调理电路用于将信号放大到接收机(电路或设备)的要求。电源是将交流电转换成适合电子电路和其他设备的低压直流电源的电源。
将交流电230V降为低压交流电的变压器，将交流电转换为直流电压的整流器，但直流电压中含有纹波。因此，通过平滑使直流波动从很大平滑到较小的纹波，并通过将直流输出设置为固定电压来消除纹波。

b .单片机
外设接口控制器(PIC)是Microchip Technology[5]推出的微控制器系列。PIC微控制器(16F877A)具有吸引人的特点，适用于广泛的应用。PIC微控制器是RISC处理器，采用哈佛架构。PIC 16F877是一个CMOS 8位闪存控制器家族。除了flash程序存储器外，还有一个数据EEPROM。RISC指令集包括更少更简单的指令和硬连线控制，更简单的处理器管道和大量的寄存器。采用内置模数转换器将信号调节器输出的模拟信号转换为数字信号。芯片上的UART通过RS232电缆将信号从控制器传输到PC机。MAX232集成电路用于控制器在传输数据时将TTL逻辑转换为RS232逻辑，在接收时将TTL逻辑转换为RS232逻辑。

C.使用的传感器
心电图传感器:三个电极及其引线被放置在患者的适当位置。从被测者身上检测到的心电信号的振幅很低，并被有足够增益的仪表放大器放大。心电传感器板由心电电极和信号放大电路组成。其任务是从人体获取数据(心脏信号)，在将信号发送到目的地之前对其进行放大和过滤。微控制器电路以模拟形式接收采集到的数据，然后将其转换为分辨率为8位、采样率为500hz的数字信号，然后发送到个人计算机(PC)。传感器收集有用的患者心电数据，这些信号必须被放大，因为从人体获得的信号通常很弱，在0.5 mV到5.0 mV之间。然后对放大后的信号进行滤波以去除噪声。
BP传感器:血压传感系统读取袖带压力并提取脉冲，用于分析和确定收缩压和舒张压。本设计使用了一个50 kPa的集成压力传感器，压力范围为0 mm Hg至300 mm Hg。大多数自动化无创设备[6]都采用振荡测量法。肢体和它的血管被一个环绕的、可充气的压缩袖口压缩。在参数识别点读取收缩压和舒张压的血压读数。振荡测量法的简化测量原理是测量袖带中压力变化的幅度，因为袖带从收缩压以上充气。当脉冲突破遮挡时，振幅突然变大。这与收缩压非常接近。随着袖带压力的进一步降低，脉动增加幅度达到最大值，然后迅速减小。舒张压指数取自这种快速转变开始的地方。因此，通过分别识别脉冲振幅快速上升和下降的区域，可以得到收缩压(SBP)和舒张压(DBP)。 Mean arterial pressure (MAP) is located at the point of maximum oscillation.
脉搏血氧计传感器:脉搏血氧计是非侵入性测量氧饱和度(SpO2)。氧饱和度的定义是在检测血红蛋白和脱氧血红蛋白的基础上，对血液中溶解氧量的测量。两种不同波长的光被用来测量HbO2和Hb吸收光谱的实际差异。血液受到HbO2和Hb浓度的影响，它们的吸收系数用660 nm(红光光谱)和940 nm(红外光光谱)两个波长测量。脱氧血红蛋白和含氧血红蛋白吸收的波长不同。氧饱和度通常称为SaO2或SpO2，定义为氧合血红蛋白(HbO2)与血液中存在的血红蛋白总浓度(即氧合血红蛋白+还原血红蛋白)的比率:
图像
动脉SaO2是用血氧仪测量的参数，通常以百分比表示。在正常的生理条件下，动脉血的饱和度是97%，而静脉血的饱和度是75%。从传感器获得的信号被放大并发送到微控制器。数字转换后的信号被传输到PC机，并以图形方式显示在实验室视图中。传感数据上传到特定的医院网站，系统生成邮件，同时将健康参数正常/异常状态的短信发送给患者。
LabVIEW: LabVIEW软件被用作生理信号采集、生理数据处理和传输的集成平台，它是一个优秀的图形化编程环境，可以使用直观的图形图标和类似流程图[7]的电线开发复杂的测量、测试和控制系统。该软件还包括一些高级数学模块的功能，如积分，过滤器和其他专门的能力。

结果与讨论
患者端和医生端的完整硬件电路图如图所示。7,8条下面。采用嵌入式C语言编程对PIC单片机进行编程。在LabVIEW软件中显示的样例结果如图所示。9所示。

结论
该系统可以帮助医生24*7全天候关注患者的健康状况，并在患者出现异常情况时，在正确的时间提供适当的治疗。来自传感器的输入被集成和处理。个别病人的病史由医院保存。病人的生命体征参数被动态地提供给一个网页，由授权的医生查看。会向患者发送一条提醒短信，说明收到的信息是患者的正常状态还是异常状态。完全这个设备帮助患者定期检查自己的健康状况，而不需要去医院，并在紧急情况下挽救患者的生命。

数字一览


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图1 图2 图3 图4 图5
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图6 图7 图8 图9 图10

参考文献







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