基于移动互联的血压参数监测系统研究
时间：2020-09-19 07:57:51 来源：达达文档网 本文已影响 人 
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摘 要本文通过对无线接入技术和新型血压检测技术的有机结合，以Android平台为依托，构建了一个具有体征检测报告、健康指南、保健监督等一系列功能的一体化移动医疗服务平台。该平台还能扩展到血糖测量、心脏听诊等其他功能，以低成本、高效率、高质量的方式为大众群体提供了一种多功能、交互式的远程健康监护系统。健康监护结合Android移动互联技术，能够让健康监护走进互联网，迈入云计算，从而形成一个深切感知健康、全方位互联和高度智慧融合的新健康监护。
【关键词】移动医疗 血压测量 移动互联 老年健康
1 引言
近些年来，由于人类预期寿命的提高和出生率的下降，地球上很多国家都呈现出老龄化的状态。2015年2月23日，全国老龄办发布了《中国人口老龄化发展趋势预测研究报告》，这是全国老龄办首次发布关于人口老龄化的报告。《报告》指出，中国已于1999年进入老龄社会，是较早进入老龄社会的发展中国家之一，也是目前世界上老年人口最多的国家。预计到2020年，老年人口将达到2.48亿，老龄化水平将达到17.17%；到2051年，中国老年人口规模将达到峰值4.37亿，在其后的50年间，老年人口规模将稳定在3-4亿，老龄化水平基本稳定在31%左右，80岁及以上高龄老人占老年总人口的比重将保持在25-30%，进入一个高度老龄化的平台期。与年轻人相比，老龄人患病的几率更高，这意味着他们必须做好早期的预防和保健措施。迄今为止，人类一半以上的死亡原因是慢性心脏病、慢性呼吸疾病和糖尿病高血压并发症等疾病。然而，偏远地区的医疗资源匮乏、医疗预约费时、路途遥远及诊疗流程相对复杂等状况，都可能导致群众不能及时获得有效的医疗保健服务。IEEE美国医疗技术政策委员会指出：采用现有的和新型的技术相结合可以提升医疗保健服务的效率和质量，并且可以抑制成本的增加，提高健康生活质量。因此，研究一个低成本、高效率、高质量的医疗保健服务系统有着十分重要的社会意义。
针对各类疾病的预防与控制，通常需要对人体的生理数据进行实施监测与记录，通过早期分析与干预才能达到良好的控制效果。传感器技术为生物医疗监护提供了一个重要的机遇，譬如在医疗场所或者在家，可以进行长期连续性的医疗监测。尤其是穿戴式医疗传感器设备具有自动采集体征数据和传输数据的功能，在一定程度上降低了医疗护理成本，成为家庭和社区医疗中新型的重要工具。
基于中国拥有世界上最大的移动网络市场及当前医疗资源紧缺这两大背景，移动智能设备被认为是非常有前景的医疗保健工具，通过早期干预，让它成为人们健康生活的“护航护士”。现代新型的医疗仪器与移动通信技术相结合，让人们拥有了一种交互式的医疗服务。很明显，无线通信技术正为医疗领域的运作方式带来革命性的变化，让移动医疗成为一种时代趋势。这种新型医疗服务模式是对传统医疗体系的一种补充和促进，能够有效地降低现有医疗资源的消耗，提高了居民的健康水平，方便了用户与医疗机构或企业之间的信息共享与交互。智能终端的移动性、便携性、可靠性等诸多特点，为各种医疗监护软件提供了一个很好的移动平台。结合无线通信网络的覆盖性广和智能终端的移动性，使得广大群众可以不再受时间和地点的限制。
因此，当今社会迫切需要一种高效的医疗保健服务工具。本系统基于Android 、数据库、无线通信协议等技术，完成了血压检测等健康信息收集模块设计，实现移动互联远程监护血压参数的医疗问诊。
2 Android平台架构及特性
移动互联采用的Android系统的底层是建立在Linux系统之上，它采用软件堆栈的方式进行构建，这种堆栈结构使得层与层之间相互分离，当低层发生变化时，上层应用无须改变。Android采用分层的架构，分为四层，从高层到底层分为应用程序层，应用程序框架层，系统运行库层和Linux核心层，分别介绍如下：
2.1 应用程序层（Applications）
所有的应用程序都是使用java语言编写的，通过调用应用程序框架层（Application Framework）所提供的API来完成。
2.2 应用程序框架层（Application Framework）
应用程序框架层为开发人员提供了可完全访问核心应用程序所使用的API框架。这一层即是编写Google发布的核心应用时所使用的API框架，开发人员也可以使用这些框架来开发自己的应用，这样便简化了程序开发的架构设计，但必须遵守其框架的开发原则。
2.3 系统运行库层（Libraries和Android Runtime）
当我们使用Android应用框架时，Android系统会通过一些C/C++库来支持对我们使用的各个组件，使其能更好地为开发者服务。系统运行库层包括程序库和Android运行库两部分：
2.3.1 程序库
Android包含一些C/C++库，这些库被Android系统中的不同组件使用，它们通过应用程序框架为开发者提供服务，核心库的功能介绍：
Surface Manager：对显示子系统进行管理，并且为多个应用程序提供2D和3D图层的无缝融合。
Media Framework：基于PacketVideo OpenCORE，该库支持多种格式的音频和视频的回放和录制，同时支持静态图像文件。编码格式包括：MPEG4、H.264、MP3、AAC、AMR、JPG、PNG。
SQLite：对于所有应用程序可用、功能强劲的轻型关系型数据库引擎。
OpenglES支持OpenGL ES1.x和OpenGL ES 2.0该库可以使用硬件3D加速或者使用高度优化的3D软加速。
FreeType：位图、矢量和字体显示
Webkit：最新的Web浏览器引擎，支持Android浏览器和一个可嵌入的Web服务器。
SSL：安全通信相关技术处理，为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。
Libe：Android并没有采用glibc作为C库，而是采用了Google自己开发的Bionic Lib。它从BSD继承了标准的C系统函数库，是专门为基于嵌入式Linux设备定制的。
2.3.2 Android运行库
Android运行时库又分为核心库和Dalvik虚拟机两部分。核心库提供了Java语言核心库的大多数功能，这里主要通过JNI的方式向应用程序框架层提供调用底层程序库的接口。Dalvik虚拟机是为了能同时高效地运行多个VMs而实现的。
2.4 Linux核心层（Linux Kernel）
Android的核心系统服务基于Linux2.6内核，如安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型等都依赖于Linux2.6内核。Linux内核同时也作为硬件和软件栈之间的抽象层。说得简单一点，Android可以说是Linux上的一个图形界面系统，Android使用了Linux内核中提供的服务。Linux内核为Android屏蔽了很多硬件上的差异，使得Android比较容易地在不同的硬件上运行。
3 穿戴式生物医疗仪器
穿戴式医疗仪器具有生理信号检测和处理、信号特征提取和数据传输等基本功能模块，可以实现对人体的无创监测、诊断甚至是治疗。它一般具有可移动操作、使用简便、支持长时间连续工作、智能显示诊断结果、异常生理状况报警和无线数据传输等特点。穿戴式医疗仪器与无线通讯技术以及网络技术的结合，更使移动医疗成为可能。
移动医疗（m-health）是一种将移动计算、医学传感以及通信技术融合为一体的新兴医疗保健模式。它是通过穿戴医学传感器节点采集身体的各项体征数据，例如，心电、血压、脉率、体温等，并且对生理信号进行不间断的监护和实时分析。
穿戴技术是一种低负荷甚至无负荷体征参数检测技术，这种技术可将生理信号检测技术融合在日常穿戴的电子产品、衣物、腰带当中，最后形成了穿戴式生物医疗仪器。这种仪器具有体征信号检测与处理、信号特征提取和数据传输等功能模块，可以实现对人体无创、无束缚、非介入式的监测。它可以广泛应用于家庭保健、慢性疾病护理、应急救护等方面。并且具有便携操作、支持长时间工作、智能显示数据结果和无线数据传输等特点。数据传输模块主要负责搜索周围的蓝牙设备并与之匹配，建立通道及传输数据。
移动医疗系统的核心任务是用户通过穿戴式医疗仪器采集各项生理体征数据，通过蓝牙或其他方式传输到移动监护平台的终端上显示和存储，等到智能终端接入无线网络后，同步上传给远程系统服务器端，远程服务器经存储和分析后会反馈相应的诊疗方案给用户，于是远程移动医疗得以实现。这样一来，使用者就可以不受时间和地点的限制，而且在不妨碍日常工作和生活的情况下随时随地地监测生理状况，从而实现疾病的早发现、早诊断和早治疗。
4 系统整体架构及运行环境
系统功能如图1所示。
当用户打开软件，会看到欢迎界面。随即是登陆界面，此时会有登录信息验证。如果是第一次登录则会提醒注册。注册过程会填写帐号密码等相关信息。返回登陆界面，只有帐号密码同时正确才能登录，否则无法登陆。进入软件主界面后，可看到档案管理、血压测量、系统帮助等功能模块。其中各个模块也有相应的子功能。移动医疗服务结束后可点击使用帮助退出该软件。程序基本流程图如图2所示。
5 血压测量装置原理及模块设计
传统的水银式血压计，使用要求相对较高：使用人要能准确听到柯氏音，携带不方便，使用人员需要培训上岗，而且水银是重金属，容易对人产生危害。因此它不利于家庭使用，特别是老年人独自在家使用。本系统采用新型的智能臂式电子血压计。它是一种智能的电子医疗仪器，包含有伺服加压气泵、电子控制排气阀、气压压力传感器，显示屏、内置无线通讯模块等功能模块构成。该仪器使用时，需正确的戴在手臂上。仪器上的数据会通过蓝牙发送至手机终端上，手机终端可有效读取数据，医生结合数据进行有效诊断。
现代社会，人们随着生活水平的提高，油脂摄入常常过度，发生高血压的概率很高，而且这个概率还在逐年提高。因此，血压计就成了许多家庭特别是有老年人的家庭常用的医疗仪器之一。血压测量仪的使用比较复杂，操作不当可能会造成测量结果与真实值相差较大，严重影响医生的判断。本系统设计之初就将这些因素充分考虑在内，引导用户正确使用仪器。主要包含仪器的清洁与保养、电子血压计同Android终端的配对操作、测量前的运动准备事宜和身体状态要求、血压计的佩戴位置、测量时间、测量完毕操作等等。通过这些人性化的设置，用户可以更加快捷方便的使用血压测量仪，特别适合老年人使用。
算法流程如图3所示。
血压值参考范围如下：
理想血压：收缩压<120mmHg和舒张压<80mmHg。
正常血压：收缩压应<130mmHg，舒张压<85mmHg。
高血压：收缩压≥140mmHg和（或）舒张压≥90mmHg。
低血压：收缩压≤90mmHg和（或）舒张压≤60mmHg。
血压测量界面展示如图4所示。
6 结论
移动医疗系统包含客户端应用软件和测量硬件两个部分，可用于家庭护理心脑血管类疾病的监控及医疗等。使用该系统可以不用去医院，在家快速检测血压，还可扩展到血糖检测和心脏听诊等其他功能。一方面，终端可以诊断测量数据，如血压异常、心脏异常等的数据，进行智能化分析，最后结合这些数据绘制各项生理数据趋势变化图；另一方面测量所得的数据可以传送到指定的远程医疗机构或社区卫生服务站，医生专家们依此对用户建立长久的电子医疗档案，以便远程分析监控或治疗。手机终端还可以把诊断数据通过短信的形式发送给指定的手机号，提供亲情关怀。测试证明，该系统功能基本已经实现，检测效果良好，有较强的实用性，对智能健康领域中移动健康服务研究和发展有一定的参考价值。
参考文献
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[4]滕晓菲，张元亭.移动医疗：穿戴式医疗仪器的发展趋势[J].中国医疗器械杂志，2006（05）.
作者简介
程一帆（1998-），男，湖北省武汉市人。武汉实验外国语学校2013级高三（2）班学生。
杨宇杰（1965-），男，湖北省武漢市人。硕士学位。现供职于武汉市普仁医院胸外科，副主任医师。
作者单位
1.武汉实验外国语学校 湖北省武汉 430022
2.武汉市普仁医院 湖北省武汉市 430022
