張祖進，郭召平

醫(yī)用智能微型傳感器的設計

張祖進，郭召平

目的：設計一款醫(yī)用智能微型傳感器，實現(xiàn)數(shù)字化、信息化的健康管理模式，為建立健康管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺打下基礎。方法：利用通信網(wǎng)絡、智能呼叫、生命體征監(jiān)測等科技手段，設計智能微型傳感器，通過藍牙（Bluetooth）進行通信，數(shù)據(jù)內(nèi)存每10ms采樣1次，可對36 h內(nèi)的數(shù)據(jù)進行存儲。結(jié)果：該智能微型傳感器可以對人體心率、體溫和姿勢等進行監(jiān)測，并通過Android系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行存儲，對異常的數(shù)據(jù)還可以通過與手機的聯(lián)系發(fā)出警報，實現(xiàn)對老年人的實時監(jiān)護。結(jié)論：該智能微型傳感器為健康管理物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)提供了基礎支持，使安全、健康和救助一體化，實現(xiàn)了健康信息的數(shù)字化。

信號采集；物聯(lián)網(wǎng)；智能呼叫；生命體征監(jiān)測；智能傳感器

0 引言

日趨嚴重的人口老齡化問題已成為當今必須面對的事實，人口老齡化的日益加劇，給養(yǎng)老體制帶來了巨大的挑戰(zhàn)和新的研究課題。目前，基于健康物聯(lián)網(wǎng)的感知層研究，結(jié)合醫(yī)院、養(yǎng)老院的建設經(jīng)驗和發(fā)展趨勢，充分利用發(fā)展迅速的通信網(wǎng)絡、智能呼叫、生命體征監(jiān)測及互聯(lián)網(wǎng)等科技手段，本著呵護健康、尊重生命、重視人權以及促進老年人互動交流等核心思想，建立了健康管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺，以便更好地服務于現(xiàn)代化的數(shù)字化移動管理，最終實現(xiàn)數(shù)字化、醫(yī)療信息化的目標[1-3]。

物聯(lián)網(wǎng)感知層研究是對具有物體、生命智能感知能力的智能傳感器的基礎技術研究。本研究主要設計開發(fā)一種自動感知活動不便的老年人的生病體征數(shù)據(jù)、健康數(shù)據(jù)的智能傳感器。在老年人不知不覺中自動地、智能地感知其心電、體溫以及身體姿態(tài)變化規(guī)律，并可以通過藍牙無線通信方式將這些感知數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞殖种悄軘?shù)據(jù)采集終端中[4-6]。數(shù)據(jù)采集終端則可以通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)结t(yī)院HIS的數(shù)據(jù)庫中或相關管理部門的健康云服務中心[7]。

智能傳感器除針對身體活動異常的人外，其對身體姿態(tài)的感知，還能對肢體長時間處于一種狀態(tài)而造成的肌肉、骨骼的退化以及褥瘡侵害起到很好的提醒作用。

1 智能傳感器的原理

智能傳感器采用數(shù)據(jù)信息無線基站的方法，通過人體生命特征信息感知層可以有效地收集體溫、身體姿態(tài)、心電及血壓等體征信息[8]。當老年人出現(xiàn)異常狀況時，可以通過一鍵呼叫或智能系統(tǒng)發(fā)出信息，通過身份識別與定位，使醫(yī)護人員或家人能在最短時間內(nèi)進行護理和救治，其原理如圖1所示[9-10]。其主要由微處理系統(tǒng)、電源部件、檢測系統(tǒng)、指示部件、無線通信系統(tǒng)和電極部件組成。

智能傳感器采用微型化設計，其外觀精巧；電源采用單壓式開關充電方式，通過LED進行間歇式點亮顯示[11]；通過Bluetooth（藍牙）進行通信，通信距離為5m，速率為1Mbps以上，需在20 s之內(nèi)建立連接，最多可登錄24臺終端。本裝置為Slave端，如果在30 s之內(nèi)未建立連接，則進入Sleep（眨眼）模式；具有心電檢測、體溫檢測及姿態(tài)檢測等功能；數(shù)據(jù)內(nèi)存每10ms進行采樣；容量支持對所有數(shù)據(jù)進行36 h的記錄，并可回放[12]。傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 智能傳感器原理圖

圖2 傳感器實物圖

2 智能傳感器的功能

（1）體溫感知：采用的溫度傳感器精度高、靈敏度高，其感知溫度為-10～+65℃。

（2）心電感知：采用高精度模擬心電傳感器。

（3）身體姿態(tài)感知：采用3軸加速度傳感器。

（4）數(shù)據(jù)數(shù)字化處理：采用具有模數(shù)轉(zhuǎn)換、無線通信及數(shù)據(jù)處理等功能的高集成度系統(tǒng)級芯片。

（5）數(shù)據(jù)本地存儲：采用面積小、容量大的串行閃存芯片。

（6）數(shù)據(jù)無線傳輸：采用針對個人網(wǎng)絡、對人身體無害的藍牙國際標準[13]。

（7）系統(tǒng)功能擴展：未來匹配移動采集云終端，實時上傳醫(yī)療健康數(shù)據(jù)到云服務中心等的軟件接口預留。

其功能如圖3所示。

3 無線數(shù)據(jù)采集終端

無線數(shù)據(jù)采集終端是計算機或手機，采用Android系統(tǒng)，可實時數(shù)據(jù)顯示，以3G模式進行遠程傳輸，具備數(shù)據(jù)網(wǎng)關功能[14]?？蓹z索各終端，且與檢索到的終端進行數(shù)據(jù)連接，并可進行聆訊操作。當連接對象發(fā)生變化時進行操作，登錄新終端時在智能傳感器一端同時進行操作[15]。采集終端可從多個智能傳感器終端中指定特定的終端，對每個指定的智能傳感器終端進行數(shù)據(jù)顯示和保存，在各個智能傳感器終端上可進行患者信息等數(shù)據(jù)輸入，并通過Bluetooth進行終端檢索。

4 應用效果

醫(yī)用智能傳感器和安卓系統(tǒng)一起使用，可以對使用者的心率、體溫以及身體姿態(tài)進行實時監(jiān)測，并可以進行一定時間內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲。針對患者或者年老體弱者還有警報系統(tǒng)，應用軟件會通過短信方式將跌倒信息發(fā)送給指定的手機號碼，并告知被監(jiān)測對象的位置信息。信息可以通過安卓系統(tǒng)進行傳輸，接到警報后手機發(fā)出聲音警報，迅速通知監(jiān)護人員進行安全監(jiān)護。實時監(jiān)測可以很大程度保證患者的安全，同時也可以減少人力，為人們的生活提供安全保障。

5 結(jié)語

智能傳感器在硬件、軟件、結(jié)構(gòu)設計等多個方面都屬于國內(nèi)領先的創(chuàng)新型設計，其功能全面、完整，可同時感知心電、體溫以及身體姿態(tài)。超小型硬件設計：智能傳感器設計尺寸為5 cm×5 cm×0.8 cm的超小型結(jié)構(gòu)。其既能本地存儲，又可通過藍牙無線傳輸給數(shù)據(jù)采集手持終端，并且在超小型、高集成的基礎上還做到了防水、防潮的結(jié)構(gòu)設計。

智能傳感器為健康管理物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)隨時隨地的網(wǎng)絡服務提供了基礎支持，使安全、健康及救助一體化，實現(xiàn)了健康信息的數(shù)字化。健康自動感知和網(wǎng)絡傳輸技術的完備，使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)了信息系統(tǒng)的集成和服務。通過本地接入政府健康服務云服務中心可實現(xiàn)資源共享，全方位覆蓋的智能健康物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可為民眾的健康提供有效的保障。

圖3 無線數(shù)據(jù)采集終端界面

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（收稿：2013-06-06 修回：2013-11-30）

Design of intelligent medicalm icro sensor

ZHANG Zu-jin,GUO Zhao-ping
(Department of Medical Engineering,the 303rd Hospital of the PLA,Nanning 530021,China)

Objective To design an intelligent medical micro sensor in order to realize digital and informatized health managementmode and lay a foundation for health management IOT system.Methods Communication network,intelligent calling,vital signs monitoring and etc were involved in the design of the sensor,Bluetooth technology was used for the communication.Sampling was performed once in 10 ms for data memory,and the data in the past 36 h could be stored. Results The sensor could monitor the heart rate,body temperature and posture,and store the data by Android system. The alarming for abnormal data could be realized by the cell phone,and then the real-timemonitoring of the ole person could be implemented.Conclusion The sensor lays a foundation for health management IOT,integrates the safety,health and aid,and realizes digitalization of health in formation.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（8）：48-50]

signal acquisition;internetof things;intelligent calling;vital signsmonitoring;intelligent sensor

R318.6；TP212.6

A

1003-8868（2014）08-0048-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.08.048

張祖進（1963—），男，主任技師，主要從事醫(yī)療裝備的維修及管理方面的工作，E-mail：zzj_303@126.com。

530021南寧，解放軍303醫(yī)院醫(yī)學工程科（張祖進，郭召平）