何宗見(jiàn),詹國(guó)華,李志華

(杭州師范大學(xué)杭州國(guó)際服務(wù)工程學(xué)院，浙江 杭州 311121)

基于Android平臺(tái)多生理參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

何宗見(jiàn),詹國(guó)華,李志華

(杭州師范大學(xué)杭州國(guó)際服務(wù)工程學(xué)院，浙江 杭州 311121)

針對(duì)多生理參數(shù)的無(wú)創(chuàng)采集和移動(dòng)傳輸需求，設(shè)計(jì)了基于Android平臺(tái)的血氧飽和度、血壓和心電等多生理參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng).根據(jù)多生理參數(shù)的不同特性，通過(guò)定時(shí)中斷模式，結(jié)合Android JNI和Linux驅(qū)動(dòng)接口實(shí)現(xiàn)多生理參數(shù)無(wú)創(chuàng)硬件采集和無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)采用MVC開(kāi)發(fā)框架，實(shí)現(xiàn)多生理參數(shù)的接收、顯示、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和用戶管理等功能.為了減少數(shù)據(jù)冗余、提高數(shù)據(jù)融合效率，在多醫(yī)學(xué)傳感器形成的藍(lán)牙散射網(wǎng)中，采用捕魚策略優(yōu)化算法進(jìn)行收縮搜索和移動(dòng)搜索.實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)多生理參數(shù)的無(wú)創(chuàng)采集、移動(dòng)傳輸和智能處理，具有體積小、可擴(kuò)展性強(qiáng)、融合效果優(yōu)等特點(diǎn)，為家庭或社區(qū)監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程醫(yī)療創(chuàng)造了條件.

生理參數(shù);藍(lán)牙;Android;檢測(cè)系統(tǒng);數(shù)據(jù)融合

在人體正常生命活動(dòng)中，血氧飽和度、血壓、心電等生理參數(shù)是反映健康狀況的重要指標(biāo)，對(duì)心血管疾病、糖尿病及肥胖癥等慢性疾病的診斷、治療和急救都具有十分重要的意義.當(dāng)前，醫(yī)院尤其是大醫(yī)院的床位緊張和掛號(hào)難等問(wèn)題突出，難以滿足所有患者長(zhǎng)期住院監(jiān)護(hù)需求，需要發(fā)揮家庭和社區(qū)對(duì)患者健康的監(jiān)護(hù)作用.同時(shí)，醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)儀器多功能化、智能化和微型化發(fā)展成果顯著，為遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)創(chuàng)造了條件.因此，遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究近年來(lái)得到快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外高校、科研機(jī)構(gòu)和公司企業(yè)都進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得一定成果[1-2].

清華大學(xué)深圳研究院嵌入式系統(tǒng)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)多年研究已研制出多套多生理參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其中具代表性的有：1)基于GPRS/CDMA/3G無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)及Internet互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程無(wú)線生理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)[3-4]；2)通過(guò)移植Android系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、生理參數(shù)驅(qū)動(dòng)以及監(jiān)護(hù)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一款遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)多生理參數(shù)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[5]；3)在S3C6410微處理器上，通過(guò)移植部分監(jiān)護(hù)中心站的人體參數(shù)異常檢測(cè)與分析算法實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)受阻情況下的各生理參數(shù)監(jiān)護(hù)[6].文獻(xiàn)[7]提出了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)護(hù)方案：每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集一種人體參數(shù)，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將其發(fā)送到本地處理單元，再由本地處理單元上傳到監(jiān)護(hù)服務(wù)器.文獻(xiàn)[8]中提出了一種多參數(shù)連續(xù)監(jiān)護(hù)的集成化采集概念性系統(tǒng)，只需要4個(gè)電極就可以進(jìn)行心電、呼吸、體溫、血壓和血氧飽和度的連續(xù)監(jiān)測(cè).

在此基礎(chǔ)上，本文提出了一種基于Android平臺(tái)的血氧飽和度、血壓、心電、脈搏等生理參數(shù)無(wú)創(chuàng)采集、移動(dòng)傳輸和綜合分析的新型檢測(cè)系統(tǒng).在異構(gòu)藍(lán)牙醫(yī)學(xué)傳感器設(shè)備形成的無(wú)線傳感網(wǎng)中，采用捕魚策略算法提高移動(dòng)搜索效率，并對(duì)Android JNI和Linux驅(qū)動(dòng)進(jìn)行編譯，實(shí)現(xiàn)多生理參數(shù)融合及綜合處理.

1 多生理參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)框架

圖1 多生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架圖

多生理參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)主要包括生理參數(shù)無(wú)創(chuàng)采集、藍(lán)牙無(wú)線傳輸以及數(shù)據(jù)融合與接收3大模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.在該系統(tǒng)中，生理參數(shù)無(wú)創(chuàng)采集是指通過(guò)在身體表面相關(guān)部位放置指環(huán)式或穿戴式藍(lán)牙醫(yī)學(xué)傳感器進(jìn)行血氧飽和度、血壓、心電等生理參數(shù)的體外無(wú)創(chuàng)采集.具體過(guò)程包括模擬生理參數(shù)濾波與放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字生理參數(shù)處理(顯示、告警等)及藍(lán)牙從設(shè)備模塊數(shù)據(jù)發(fā)送.傳輸模塊負(fù)責(zé)搜索和配對(duì)藍(lán)牙從設(shè)備、建立藍(lán)牙通信協(xié)議通道及傳輸藍(lán)牙數(shù)據(jù).在以上兩大模塊之間，需要對(duì)Linux層進(jìn)行不同生理參數(shù)無(wú)創(chuàng)采集電路硬件參數(shù)控制，并通過(guò)Android JNI層將驅(qū)動(dòng)層轉(zhuǎn)化為Java接口層操作.同時(shí)，通過(guò)捕魚策略優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙散射網(wǎng)中醫(yī)學(xué)傳感器中的快速移動(dòng)搜索.在Android平臺(tái)多生理參數(shù)融合與接收顯示模塊中，首先對(duì)無(wú)序、分散的多生理參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校正、關(guān)聯(lián)和融合.然后，采用MVC開(kāi)發(fā)模式實(shí)現(xiàn)多生理參數(shù)顯示、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖繪制、用戶個(gè)人信息管理及數(shù)據(jù)保存查詢等功能.

2 多生理參數(shù)無(wú)創(chuàng)采集與無(wú)線傳輸

在各生理參數(shù)檢測(cè)過(guò)程中，首要解決的問(wèn)題是數(shù)據(jù)采集，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多生理參數(shù)無(wú)創(chuàng)采集電路，并在終端實(shí)現(xiàn)心電圖、血氧飽和度、血壓的無(wú)創(chuàng)采集功能.

2.1 多生理參數(shù)無(wú)創(chuàng)采集

2.1.1 血氧飽和度無(wú)創(chuàng)采集

血氧飽和度(SpO2)是指動(dòng)脈血中與氧結(jié)合的氧合血紅蛋白的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白容量的百分比[9].當(dāng)光照射人體血管時(shí)，H2bO2(血紅蛋白)主要吸收紅外光(λ=940 nm)成分，而Hb(血紅蛋白)則以吸收紅光(λ=660 nm)成分為主.因此，可以通過(guò)所吸收光比值R來(lái)判定H2bO2(血紅蛋白)和Hb(血紅蛋白)的比值，從而得出血氧飽和度值.

(1)

式(1)[10]中IR和IIR分別表示紅光和近紅外光的脈動(dòng)增量光強(qiáng)度，反映了透射光經(jīng)過(guò)動(dòng)脈血管的信號(hào)強(qiáng)度.AC(660)和AC(940)分別表示兩路透射光信號(hào)的交流成分，DC(660)和DC(940)分別表示兩路透射光信號(hào)的直流成分.血氧飽和度最終計(jì)算公式為SpO2=AR+B[11]，其中A、B系數(shù)通過(guò)多次測(cè)量(SpO2,R)進(jìn)行二次線性擬合得到.

血氧飽和度檢測(cè)采用了透射法，對(duì)人體指尖毛細(xì)血管的血氧飽和度進(jìn)行測(cè)量.測(cè)量用的血氧飽和度探頭是一個(gè)光電傳感器，內(nèi)置一個(gè)雙波長(zhǎng)發(fā)光二極管和一個(gè)光電二極管.發(fā)光二極管在控制電路的控制下交替發(fā)射波長(zhǎng)為660 nm的紅光和940 nm的近紅光.從光電二極管檢測(cè)到電信號(hào)強(qiáng)弱就能夠得到血氧飽和度的數(shù)值.血氧飽和度檢測(cè)硬件系統(tǒng)由光源驅(qū)動(dòng)、初級(jí)放大電路、濾波電路、50 Hz陷波電路等部分組成.系統(tǒng)框圖如圖2(a)所示.

圖2 多生理參數(shù)無(wú)創(chuàng)采集電路結(jié)構(gòu)框圖

2.1.2 心電無(wú)創(chuàng)采集

心電起搏運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在人體產(chǎn)生心電場(chǎng)，作用于皮膚表面兩點(diǎn)間就形成微弱電勢(shì)差.因此，可以在人體體表某些固定位置安放醫(yī)用電極，提取心電電壓差(通常為1～5 mv)，然后通過(guò)導(dǎo)聯(lián)技術(shù)將信號(hào)傳送到放大和濾波電路，將其轉(zhuǎn)換為0～3.3 V標(biāo)準(zhǔn)電壓，接著將其傳輸給處理器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)字值存儲(chǔ)在處理器中的寄存器中.如圖2(b)所示，心電信號(hào)采集電路包括導(dǎo)聯(lián)電路、多級(jí)放大電路、多級(jí)濾波和右腿驅(qū)動(dòng)電路等，主要涉及心電信號(hào)拾取、放大和濾波3方面，其中右腿驅(qū)動(dòng)電路可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性.

2.1.3 血壓無(wú)創(chuàng)采集

血壓的無(wú)創(chuàng)采集常用方法包括測(cè)振法、柯氏音法和光電法等.其中，測(cè)振法有較強(qiáng)的抗干擾性和可靠性，成為世界上測(cè)定血壓值的主流技術(shù).它能同時(shí)檢測(cè)收縮壓、舒張壓、平均動(dòng)脈壓和脈率.首先，氣泵給袖帶充氣，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止充氣；接著，袖帶內(nèi)氣體通過(guò)針閥緩慢放氣，并以一定速率記錄壓力值和脈搏振動(dòng)幅度；然后通過(guò)計(jì)算振幅變化趨勢(shì)和變化率得出收縮壓、舒張壓以及平均值等.血壓無(wú)創(chuàng)采集電路如圖2(c)所示，主要包括氣泵驅(qū)動(dòng)電路、壓力傳感器、放大電路及帶通濾波電路等.

2.2 多生理參數(shù)藍(lán)牙無(wú)線傳輸

圖3 多生理參數(shù)藍(lán)牙無(wú)線傳輸開(kāi)發(fā)流程

多生理參數(shù)的無(wú)線傳輸之前，需要在Android移動(dòng)端進(jìn)行Linux系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)代碼和Android JNI層代碼編寫.其中Linux系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)代碼采用C語(yǔ)言編寫，主要是對(duì)不同生理參數(shù)采集硬件電路進(jìn)行控制和開(kāi)發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序.Android JNI層是Linux驅(qū)動(dòng)程序與Android應(yīng)用程序之間的接口層，負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的Java接口轉(zhuǎn)化為對(duì)Linux驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)用.Android JNI層代碼編寫步驟為：先編寫Java類接口，接著將該接口編譯成C文件代碼框架，然后把相應(yīng)Java類實(shí)現(xiàn)添加到C文件代碼框架中，最后編譯成Android系統(tǒng)下的庫(kù)文件，以備Android應(yīng)用程序調(diào)用.

本系統(tǒng)的生理參數(shù)藍(lán)牙無(wú)線傳輸主要采用定時(shí)中斷法讀取數(shù)據(jù)塊，其具體流程如圖3所示.

首先，Android移動(dòng)設(shè)備檢測(cè)本機(jī)是否支持藍(lán)牙功能，如果支持則開(kāi)啟本地藍(lán)牙適配器，接著通過(guò)MAC地址搜尋附近藍(lán)牙醫(yī)學(xué)傳感從設(shè)備，同時(shí)初始化定時(shí)器，如果Android移動(dòng)終端的藍(lán)牙主設(shè)備與醫(yī)學(xué)傳感從設(shè)備匹配成功，則兩者之間創(chuàng)建Bluetooth Socket連接信道.連接成功之后，則關(guān)閉定時(shí)器.此時(shí)，如果確認(rèn)采集數(shù)據(jù)成功則進(jìn)行讀寫、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等操作，并繪制實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖.假如未采集到數(shù)據(jù)則打開(kāi)所有中斷，并延時(shí)一定時(shí)間后，結(jié)束傳輸.

Android手機(jī)作為多生理參數(shù)檢測(cè)儀，以客戶端角色主動(dòng)連接藍(lán)牙醫(yī)學(xué)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，還可以通過(guò)藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC端實(shí)現(xiàn)病人數(shù)據(jù)特殊分析.使用藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕襟E包括設(shè)置藍(lán)牙、搜索藍(lán)牙服務(wù)、連接設(shè)備、傳輸數(shù)據(jù)等，其流程如下：

1)使用registerReceiver注冊(cè)BroadcastReceiver來(lái)獲取藍(lán)牙狀態(tài)、搜索設(shè)備等消息；2)使用getDefaultAdapter()方法取得BluetoothAdatper類，并調(diào)用startDiscovery()發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備；3)在BroadcastReceiver的onReceive()方法里取得搜索藍(lán)牙醫(yī)學(xué)傳感器設(shè)備信息(如名稱,MAC, RSSI)；4)通過(guò)設(shè)備的MAC地址來(lái)創(chuàng)建一個(gè)Bluetooth Device對(duì)象，并調(diào)用getBondedDevice()找到一個(gè)配對(duì)的藍(lán)牙設(shè)備；5)由BluetoothDevice調(diào)用createRfcommSocketToServiceRecord(UUID)方法取得Bluetooth Socket；6)調(diào)用Connect()方法，執(zhí)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)查詢藍(lán)牙醫(yī)學(xué)從設(shè)備是否符合UUID，啟動(dòng)藍(lán)牙通信連接；7)使用BluetoothSocket的get InputStream()和getOutputStream()來(lái)讀寫藍(lán)牙設(shè)備.

在Android應(yīng)用程序中使用藍(lán)牙功能，必須要聲明兩個(gè)藍(lán)牙權(quán)限：和.

3 Android平臺(tái)數(shù)據(jù)融合與接收顯示

3.1 Android平臺(tái)數(shù)據(jù)融合處理

圖4 捕魚優(yōu)化策略算法的藍(lán)牙散射網(wǎng)框圖

在接收數(shù)據(jù)之前，為了降低數(shù)據(jù)冗余度必須對(duì)大量生理參數(shù)進(jìn)行融合處理.考慮到藍(lán)牙無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)容量問(wèn)題，在一個(gè)藍(lán)牙微微網(wǎng)中，每部Android移動(dòng)終端只能同時(shí)掃描7臺(tái)在線的藍(lán)牙醫(yī)學(xué)傳感器；當(dāng)藍(lán)牙醫(yī)學(xué)傳感器超過(guò)8臺(tái)時(shí)，則需要通過(guò)微微網(wǎng)級(jí)聯(lián)方式組成一個(gè)分布式藍(lán)牙散射網(wǎng).為了實(shí)現(xiàn)較快的收斂速度和較優(yōu)的搜索精度，Android移動(dòng)端采用捕魚策略優(yōu)化算法，即“先在不同微微網(wǎng)之間采用移動(dòng)搜索，然后在微微網(wǎng)內(nèi)采用收縮搜索”，使用捕魚優(yōu)化策略算法藍(lán)牙散射網(wǎng)如圖4所示.

首先根據(jù)藍(lán)牙散射網(wǎng)中MAC地址“濃度”來(lái)確定醫(yī)學(xué)傳感器探測(cè)點(diǎn)，然后逐漸逼近縮小范圍找到藍(lán)牙MAC地址濃度最高的醫(yī)學(xué)傳感器所在微微網(wǎng)，并建立Android手機(jī)主設(shè)備跟藍(lán)牙醫(yī)學(xué)傳感從設(shè)備之間的連接.依次類推，根據(jù)MAC地址濃度從高到低，進(jìn)行不同微微網(wǎng)之間醫(yī)學(xué)傳感器移動(dòng)搜索，并建立Android藍(lán)牙主設(shè)備和醫(yī)學(xué)傳感從設(shè)備的匹配.具體算法如下：

圖5 多生理參數(shù)融合系統(tǒng)功能模型

在一個(gè)藍(lán)牙散射網(wǎng)中，由于各醫(yī)學(xué)傳感器的采集頻率、傳輸速率和空間位置各不相同，采集的生理參數(shù)往往是無(wú)序、分散甚至是錯(cuò)誤的.因此，需要通過(guò)信息處理和融合對(duì)多生理參數(shù)進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)和印證，以獲得更客觀、更本質(zhì)認(rèn)識(shí)的綜合健康檢測(cè)服務(wù)效果.多生理參數(shù)融合系統(tǒng)功能模型如圖5所示.

當(dāng)醫(yī)學(xué)傳感器所采集的生理參數(shù)發(fā)送到Android移動(dòng)終端時(shí)，首先通過(guò)時(shí)間搬移和坐標(biāo)變換實(shí)施多傳感器時(shí)間和空間校準(zhǔn).常見(jiàn)校準(zhǔn)方法有泰勒展開(kāi)修正法、內(nèi)插外推法和虛擬融合法等.其次，通過(guò)數(shù)據(jù)相關(guān)性分析判別不同時(shí)空的數(shù)據(jù)是否來(lái)自同一醫(yī)學(xué)傳感器.如果是來(lái)自同一個(gè)醫(yī)學(xué)傳感器，則將新數(shù)據(jù)集與原有(以前掃描得到的)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；如果來(lái)自其它傳感器，則根據(jù)其狀態(tài)向量、特征和屬性等參數(shù)跟蹤和估計(jì)新傳感器設(shè)備的行為模式.最后，完成新舊生理參數(shù)的分類匯總和存儲(chǔ)，并做好時(shí)間標(biāo)記.

3.2 Android平臺(tái)數(shù)據(jù)接收顯示

圖6 多生理參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)功能模塊

根據(jù)功能需求分析，基于Android多生理參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的主要功能包括：生理參數(shù)顯示、用戶管理、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖和歷史信息查詢4大模塊，如圖6所示.

1)生理參數(shù)顯示：分為血氧飽和度顯示、血壓顯示和心電顯示3個(gè)子模塊.分別記錄生理參數(shù)檢測(cè)儀的MAC地址、用戶名、血氧飽和度、脈率、氧容積；收縮壓、舒張壓、脈搏率；P波段、PR波段和QRS波段等.

2)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖：自動(dòng)生成血氧飽和度、血壓、心電、脈搏等實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)圖.直觀地反映生理參數(shù)變化趨勢(shì)，再現(xiàn)監(jiān)護(hù)過(guò)程中的數(shù)據(jù)變化.提供放大和縮小功能，增強(qiáng)患者查看時(shí)用戶體驗(yàn).

3)用戶管理：包括用戶創(chuàng)建、保存和刪除等功能，還支持拍照上傳功能.支持個(gè)人基本資料(用戶名、性別、年齡等)，既往史(疾病史、手術(shù)、外傷、輸血)、家族病史/遺傳史、過(guò)敏史、用藥信息、日常生活習(xí)慣等項(xiàng)目信息的錄入.

4)歷史信息查詢：可以按用戶名對(duì)血氧飽和度、心電、血壓等多生理參數(shù)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖進(jìn)行查詢.當(dāng)輸入關(guān)鍵詞，系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行匹配，并提供用戶所需的生理參數(shù)信息.

圖7 多生理參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的MVC開(kāi)發(fā)模式

為了使程序代碼更加清晰、模塊化程度更高，同時(shí)增強(qiáng)代碼健壯性和事件處理效率，本系統(tǒng)采用了MVC(Model-View-Controller)設(shè)計(jì)模式，對(duì)整個(gè)代碼進(jìn)行了分層，包括表示層、控制層、業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)交換層，如圖7所示.表示層用于向用戶展示系統(tǒng)狀態(tài).本系統(tǒng)中是以每個(gè)Activity對(duì)應(yīng)的頁(yè)面、對(duì)話框和一些顯示控件來(lái)展示，其中主要包括主顯示界面MainView、血氧數(shù)據(jù)顯示界面BPView、用戶管理界面User ManagerView，以及歷史記錄查詢界面HistoryView等等.其中布局文件和顯示的文本信息分別放在res/layout文件夾和values/strings.xml文件中.控制層主要負(fù)責(zé)表示層和業(yè)務(wù)層之間流程控制.一方面將表示層的調(diào)用發(fā)送到業(yè)務(wù)層進(jìn)行請(qǐng)求處理，另一方面將業(yè)務(wù)層處理結(jié)果反饋到表示層界面上進(jìn)行顯示.通過(guò)Android移動(dòng)搜索藍(lán)牙設(shè)備的算法，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙數(shù)據(jù)融合和智能分析.業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互層主要是封裝了藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵牟僮?，比如?chuàng)建socket、創(chuàng)建通道、傳輸數(shù)據(jù)、處理輸入輸出流等.

基于Android多生理參數(shù)監(jiān)護(hù)軟件是在eclipse平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的.首先要下載Android SDK，然后安裝eclipse的adt插件，使之與android sdk建立連接.通過(guò)繼承Android平臺(tái)下Activity類并配合Intent的便捷操作可以實(shí)現(xiàn)多生理參數(shù)數(shù)據(jù)無(wú)線采集、接收、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)圖繪制等功能.系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)是采用XML資源文件進(jìn)行定義.血氧實(shí)時(shí)圖以紅綠相間線條來(lái)顯示相鄰時(shí)刻的生理參數(shù)值，它是采用Android系統(tǒng)圖形庫(kù)ACharEngine，并調(diào)用onDraw(Canvas canvas)方法來(lái)實(shí)現(xiàn).藍(lán)牙ID、MAC等信息以及其它文件是采用Android下標(biāo)準(zhǔn)SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)形式進(jìn)行存儲(chǔ).而Android的系統(tǒng)配置信息是采用共享優(yōu)先數(shù)據(jù)方法 shared preferences進(jìn)行存儲(chǔ)的.

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析

由于藍(lán)牙不能在虛擬機(jī)中測(cè)試，需要將Android SDK編譯的工程打包成apk格式安裝包，并傳到Android智能手機(jī)中安裝運(yùn)行.應(yīng)用程序啟動(dòng)之后，當(dāng)打開(kāi)多生理參數(shù)監(jiān)護(hù)儀采集按鈕并與Android手機(jī)進(jìn)行藍(lán)牙匹配、連接，顯示的血氧飽和度、血壓和心電等多生理參數(shù)檢測(cè)主界面如圖8(a)所示.點(diǎn)擊“測(cè)量血氧”按鈕，Android手機(jī)終端開(kāi)始對(duì)血氧飽和度(SpO2)、脈搏率(Pluse)、血氧容積(Cubage)無(wú)線接收，并且顯示該監(jiān)護(hù)儀的藍(lán)牙MAC地址及用戶名等信息(圖8(b)).當(dāng)點(diǎn)擊“血氧動(dòng)態(tài)圖”按鈕時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以紅綠相間的柱狀圖實(shí)時(shí)記錄所采集血氧飽和度和脈搏值(圖8(c)).用戶可以點(diǎn)擊“用戶管理”建立個(gè)人健康檔案，以及“歷史記錄查詢”實(shí)現(xiàn)健康信息查找.

在多藍(lán)牙醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)儀同時(shí)存在的環(huán)境中，為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的采集準(zhǔn)確性和融合效果，筆者分析了20名年齡在21～26歲的測(cè)試者血氧飽和度和脈搏兩項(xiàng)生理參數(shù)，結(jié)果如圖9所示，對(duì)比融合前后的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)

圖9 多生理參數(shù)融合檢測(cè)效果圖

融合效果良好.

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了基于Android平臺(tái)血氧飽和度、血壓和心電等多生理參數(shù)無(wú)線采集和移動(dòng)傳輸系統(tǒng).對(duì)人體多生理參數(shù)的采集原理進(jìn)行了分析，并對(duì)采集電路進(jìn)行了設(shè)計(jì).結(jié)合Android系統(tǒng)藍(lán)牙API，采用定時(shí)中斷方式對(duì)生理參數(shù)進(jìn)行讀取.在Android系統(tǒng)強(qiáng)大性能支持下，采用MVC模式多生理參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā).在Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)處理過(guò)程中采用了捕魚策略優(yōu)化算法，使藍(lán)牙設(shè)備的移動(dòng)搜索速度和精度有較大提升，同時(shí)對(duì)多生理參數(shù)融合和綜合分析起到了較大作用.通過(guò)室內(nèi)外近距離傳輸實(shí)驗(yàn)，表明該系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)多種生理參數(shù)的無(wú)創(chuàng)采集、無(wú)線傳輸和智能處理，具有體積小、可擴(kuò)展性強(qiáng)、數(shù)據(jù)融合性能優(yōu)等特點(diǎn)，為家庭或社區(qū)監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程醫(yī)療等創(chuàng)造了條件.

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TheDesignandImplementationofaMultiplePhysiologicalParamtersDetectionSystemBasedonAndroidPlatform

HE Zongjian, ZHAN Guohua, LI Zhihua

(Hangzhou Institute of Service Engineering, Hangzhou Normal University, Hangzhou 311121, China)

In view of the noninvasive acquisition and mobile transmission of physiological parameters, this paper designed a multiple physiological parameters detection system based on Android platform. According to different characteristics of multiple physiological parameters, the noninvasive hardware acquisition and wireless real-time transmission were implemented combing Android JNI and Linux driver by time interrupt mode. Meanwhile, the functions of receive, display, statistical reports and user management were realized in the MVC development framework. In order to reduce the data redundancy and improve the data fusion efficiency, the fishing strategy optimization algorithm was adopted to search in bluetooth scatter network. Experiments show that the system, which has the characteristics of small volume, strong extensibility and good fusion effect, can achieve the functions of noninvasive acquisition, mobile transmission and intelligent processing effectively. The system can prepare for monitoring family or community and telemedicine.

physiological parameter; bluetooth; Android; detection system; data fusion

2013-04-19

浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃項(xiàng)目(2012R421052).

詹國(guó)華(1957—),男,教授,主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)研究.E-mail：ghzhan@hznu.edu.cn

10.3969/j.issn.1674-232X.2013.06.017

TP3

A

1674-232X(2013)06-0567-07