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国际电气、电子与仪器工程高级研究杂志

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利用无线传感方法远程监测心脏病患者的医疗信号

p.a rokia Jansi Rani博士1， A.N.Neeraja Ashwini2
  1. 印度泰米尔纳德邦蒂鲁内尔韦里马诺曼尼姆孙达拉纳尔大学CSE系副教授
  2. 研究生[应用电子学]，印度泰米尔纳德邦马诺曼尼姆孙达拉纳尔大学CSE系
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国际电气、电子与仪器工程高级研究杂志

摘要

这项工作的主要目标是在家中照顾心脏病患者，而无需前往医院。为了检测心脏的不稳定信号，来自心脏患者身体的某些重要参数被传感器设备感知并发送到医院信息系统。医师应当对患者进行监护，必要时及时采取措施。

关键字
重要信号，不稳定，参数

介绍
心律失常(也称为心律失常或心律不齐)是指心脏电活动异常的一大类异质性疾病。心跳可能太快或太慢，可能有规律或不规则。心跳过快被称为心动过速，而心跳过慢被称为心动过缓。虽然许多心律失常不会危及生命，但有些会导致心脏骤停。心律失常可发生在心脏的上腔(心房)或下腔(心室)。心律失常可能发生在任何年龄。有些几乎难以察觉，而另一些则更为剧烈，甚至可能导致心源性猝死。一些心律失常是危及生命的医疗紧急情况，并可能导致心脏骤停。心律失常是前往医院时最常见的死亡原因之一。另一些则引起对心跳的异常意识(心悸)等症状，可能仅仅是不舒服。 These palpitations have also been known to be caused by atrial/ventricular fibrillation, wire faults, and other technical or mechanical issues in cardiac pacemakers/defibrillators. Still others may not be associated with any symptoms at all, but may predispose the patient to potentially life threatening stroke or embolism.
对人进行心脏病的诊断需要一些参数。心电图、脉搏血氧、体重、胸阻抗、血压、呼吸是诊断心脏病的基本参数。但最基本最需要的参数是心电图、脉搏检测、体重等，要定期、定期甚至每天进行测量，以保证心功能的正常。

文献调查
在一种用于远程医疗应用的集成脉搏血氧仪系统[1]的实施方案中，使用了一种集成系统的脉搏血氧仪无线传感器来实现血液中的血氧饱和度水平，并测量心率。实现过程中使用了VLSI芯片，它与人的耳垂或手指或任何其他身体部位连接在一起。但这种实现只监控脉搏率。数据传输距离短，传输速度慢。为了改善心脏病患者的健康状况，设计了一个系统来评估心脏病患者的健康状况，目的是监测症状[2]，并记录家庭环境中对健康状况的主观判断。在这种类型的设计中，测量血压参数，同时通过简短的问卷调查了解患者的健康状况。该系统的一个缺点是成本。因此，该系统的第二种设计评估机制正在开发中，同样只有一个血压参数。心室和心房的节律性收缩可以由心脏通过身体器官的含氧血液来表征。基于系统的架构[3]的目标是提供心律失常、梗死或缺血发生的诊断过程。 The system assists the patient by keeping under control his health state. Though the ECG signals are measured wirelessly only one parameter which is the electrocardiogram (ECG) measurement alone is not sufficient for diagnosis of the heart patient’s health status.In the Activity recognition monitoring framework (Hamon) [4],a framework is designed to make patients to exercise and practice their lives normally and also has a health care provider to monitor their progress and health condition remotely with physiological data. This framework can help in the measurement of the functionality of patients with Parkinson’s Disease (PD). A method for detecting paroxysmal atrial fibrillation is designed used to estimate any block of inter-heartbeat intervals in the process of paroxysmal atrial fibrillation [5].The automated method is based on processing blocks of inter-heartbeat intervals.The main aim of detecting heart beat levels is done when an atrial fibrillator is placed on a patient and it is implemented so that it can detect when it is connected with the body. The results are a challenging content regarding the aspect of hospitalization.

设计方法

A.关爱心灵家居建筑
家庭心脏护理建筑旨在将急性综合征的住院护理与患者/家庭护理人员的院外随访联系起来，直接与通常的心脏病部门HIS(医院信息系统)集成。医疗保健提供者可以接收到患者的体征、症状和发出的警报，并且可以快速检测到病情恶化并采取行动。
这项工作的基本概念是，患者通常位于家中，家庭网关由一组无线传感器组成，用于测量患者的参数。家庭网关是所有数据库的集合，这些数据库可以从病人的身体上感知到。然后，这些感知到的参数通过ADSL或宽带系统等无线网关自动发送到医院。医院维护一个数据库，记录病人的信息，称为医院信息系统(HIS)。

b .医疗模块的实施
为了构建居家护理体系结构，需要实施三个医疗模块。需要实现的参数如下:
(我)心电图
(2)脉搏血氧计
(3)重量传感器
心电图的架构和硬件描述如下。

(i)心电图生成:
居家健康项目涉及对心电图、脉搏率和体重等最重要参数的传感。心脏病患者的首要诊断要求是心电图。基本上，心电图使用adi公司的AD624AD仪表放大器。
脉搏血氧仪的结构和硬件描述如下。

(ii)脉搏血氧计感应过程:
外周氧饱和度是通常用脉搏血氧计测量的氧饱和度水平的估计。在医学上，氧饱和度(SPO2)，通常被称为“sats”，测量血液中血红蛋白结合位点被氧气占据的百分比。在低氧分压下，大多数血红蛋白是缺氧的。脉搏血氧计依靠饱和血红蛋白的光吸收特性来指示血氧饱和度。
随着脉搏的变化，血液流出，我们的手指变得更加透明。LDR检测血液密度的微小变化。手指被红色led发出的红光照亮。当心脏扩张时，血管中会有更多的血液，因此更多的红光会被吸收，而更少的红光会落在LDR上。LDR的电阻下降将会更小，并且会有非常大的电流流过LDR。当心脏收缩时，血管中就没有血液，因此就不会发生红光吸收，而大量的红光会落在LDR上。LDR的电阻下降会更大，只有很小的电流流过LDR。重量传感参数与硬件描述解释如下。

(iii)重量感应过程:
为了测量病人的体重，为医院提供信息，我们必须设计体重模块。称重传感器是称重系统的核心。而测压元件是高度精确的传感器，由于商业因素，它为用户提供了其他技术通常无法获得的信息。称重传感器设计用于在各种不利条件下感应力或重量;它们不仅是电子称重系统中最重要的部分，也是最脆弱的部分。放大输出电压给ARM控制器的ADC通道。所有采集到的数据通过UART协议发送到接收端。

(iv) ARM微控制器
单片机实现了心电图、脉搏率和体重三个模块。它们基于具有实时仿真和嵌入式跟踪支持的32位ARM7TDMI CPU，将微控制器与512 KB的嵌入式高速闪存相结合。一个128位宽存储器接口和独特的加速器架构使32位代码在最大时钟速率执行。对于关键代码大小的应用程序，可选的16位Thumb Mode在性能损失最小的情况下减少了30%以上的代码。由于其微小的尺寸和低功耗，这些微控制器是理想的应用，小型化是一个关键的要求，如访问控制和销售点。
它们具有广泛的串行通信接口和8/16/32 KB的片上SRAM选项，非常适合通信网关和协议转换器，软调制解调器，语音识别和低端成像，提供大缓冲区大小和高处理能力。各种32位定时器，单或双10位8通道ADC(s)， 10位DAC, PWM通道和47 GPIO线，多达9个边缘或电平敏感外部中断引脚，使这些微控制器特别适合工业控制和医疗系统。

结果与讨论

(i)心电图测定
数字示波器与心电图电路相连接，输入值分别为胳膊和腿的心跳变化(实际)和电压的变化(实验)。
心电的输入值分为三个patch:
1.右臂和左臂
2.右腿
3.左腿放大器(中性贴片)
中性点斑块形成频率为1hz、幅度为-530m、相位为中性点的输出图，左右臂斑块形成幅度为10m、频率为5hz的输出信号。右腿贴片形成一个振幅为50m，频率为1hertz的输出信号

(ii)脉搏率和重量测定
患者的体重和脉搏率在图形液晶显示器(GLCD)中输出。实际重量以公斤为单位。在重量模块的实验评估中，施加正电压以获得以公斤为单位的输出。脉搏率是由于血容量和光照的变化而得到的。脉搏率是以每分钟计数来测量的。图形液晶显示器也显示心电图，因为它是从示波器连接。
图像
重量、脉冲的输出可以显示在图形化的LCD显示屏上，如图1所示

性能分析

(a)脉搏率分析
一个人的脉搏率必须以恒定的速率得到。由于脉搏率只包含一个恒定的心跳值，所以不能有任何变化。
脉冲速率的变化可能由于脉冲发生器的照明源的位置变化而发生
图像
脉冲值随聚焦在手指上的光的照度变化而变化的分析列于表1。

(b)重量测量分析
体重的测量是病人的全部负荷。负载电路的输入用电压值表示。
图像
表2分析并列出了各种电压水平以及重量的变化

结论
本研究工作代表了在传感设备和传感器数据信号处理方面对一个完整的集成系统的要求和实现，以提高对心脏病患者的医疗服务提供。居家护理系统提出了一种创新的患者治疗居家护理模式，将医院与不住院的心脏病患者连接起来。通过远程监测，医务人员可以了解患者参数的任何变化，而无需频繁前往医院，从而可以采取相关行动，防止可能的恶化。其好处不仅仅是早期发现临床恶化，还可以优化专业资源调度，减少不必要的医院之旅。

项目未来的改进
本研究工作涉及到从患者家中对心脏病患者进行日常健康检查，并将诊断细节发送到医院服务器，从而减少患者住院。在未来，这项研究工作可以通过医生在病人接近危险状态时通过无线方式给病人开处方作为急救来改进对病人的治疗，从而得到加强。患者感知到的信号被发送到医院，反过来，如果处于较近的危险阶段，患者可以从有关的心脏病专家那里得到任何处方。该项目为心脏病患者提供在心脏病专家指导下的居家护理。

参考文献










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