基于智能手機(jī)平臺(tái)的醫(yī)療保健系統(tǒng)

陳仲河 吳馨敉

摘 要：基于智能手機(jī)平臺(tái)的醫(yī)療保健系統(tǒng)由智能醫(yī)療保健終端和移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，具體包括智能手機(jī)平臺(tái)、顯示終端、醫(yī)療保健傳感器、終端應(yīng)用軟件以及無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊、服務(wù)器端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及運(yùn)算模塊。該系統(tǒng)不但可以實(shí)時(shí)完成人體健康相關(guān)的心電圖ECG、心率測(cè)量、身體壓力指數(shù)分析、血氧飽和度測(cè)量、血糖測(cè)量、體溫測(cè)量。同時(shí)利用移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)，提供康復(fù)模塊、健康飲食模塊和健康計(jì)劃模塊等服務(wù)，使用戶(hù)及時(shí)獲得健康建議和采取康復(fù)措施，相關(guān)的數(shù)據(jù)也可以用于大數(shù)據(jù)用途。

關(guān)鍵詞：智能手機(jī)；平臺(tái)；醫(yī)療保??；系統(tǒng)

本文介紹的健康醫(yī)療終端手機(jī)是一款融入醫(yī)療智能化、空氣溫濕度智能監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)運(yùn)算的醫(yī)療保健系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

本系統(tǒng)是基于集成醫(yī)療模塊（以下簡(jiǎn)稱(chēng)MM模塊）的手機(jī)（也叫健康醫(yī)療終端）、LifeWatch APP、云端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)計(jì)算、Web數(shù)據(jù)界面，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)隨時(shí)隨地完成必要的醫(yī)療健康測(cè)試內(nèi)容和提供鍛煉改善計(jì)劃及體型。

1）LifeWath APP有四大模塊組成，其中A、測(cè)試模塊完成實(shí)時(shí)的心電圖ECG、心率測(cè)量、心率變異性分析、生物電阻抗測(cè)量分析、身體肥胖指數(shù)分析、身體壓力指數(shù)分析、血氧飽和度測(cè)量、血糖測(cè)量、體溫測(cè)量；B、康復(fù)模塊，支持病人服藥用量計(jì)劃、服藥提醒、服藥記錄等；C、健康飲食模塊提供飲食計(jì)劃、體重跟蹤、鍛煉記錄、身體測(cè)量跟蹤、計(jì)步器和卡路里消耗計(jì)算等功能；D、健康計(jì)劃模塊提供健康指標(biāo)測(cè)量計(jì)劃、服藥計(jì)劃、鍛煉計(jì)劃等。

2）健康醫(yī)療終端通過(guò)采集使用者的健康指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過(guò)APP運(yùn)算將原始數(shù)據(jù)和分析結(jié)果在LifeWatch APP上的UI呈現(xiàn)出來(lái)。同時(shí)也可以通過(guò)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)（3G或LTE）將所有數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器，第三方用戶(hù)或者醫(yī)療人員可以通過(guò)LifeWatch APP或者Web界面訪問(wèn)數(shù)據(jù)，并給及時(shí)提供健康建議給到用戶(hù)。

1.2 健康醫(yī)療終端組成

健康醫(yī)療終端是此系統(tǒng)最為重要的組成部分，以下著重對(duì)健康醫(yī)療終端的構(gòu)架和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說(shuō)明。

1）系統(tǒng)采用高端手機(jī)方案芯片MT6589進(jìn)行開(kāi)發(fā)，配合LifeWatch的MM模塊和電極模塊，MM模塊還包括了血糖測(cè)量接口和Melexis公司MLX90615紅外溫度傳感器。并輔助溫濕度傳感器進(jìn)行生活環(huán)境的溫濕度測(cè)量。

2）MT6589芯片采用主頻1.2GHz、8核心、ARM Cotex-A7處理器，搭配射頻收發(fā)芯片MT6166支持無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)包括GSM、GPRS、EDGE和WCDMA HSPA+，搭配MT6320電源管理芯片，提供所有數(shù)字和模擬電源以及模擬音頻部分的電路接口，搭配MT6628無(wú)線(xiàn)芯片支持WIFI/BT/GPS/FM數(shù)據(jù)傳輸功能， 是目前市場(chǎng)主流高集成度高性?xún)r(jià)比、技術(shù)穩(wěn)定的3G智能手機(jī)方案芯片。

3）MT6589作為上位機(jī)，MM模塊作為下位機(jī)，二者通過(guò)UART接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。MM模塊將采集到的心電圖、心率、血氧、血糖、體溫等數(shù)據(jù)通過(guò)UART接口傳到MT6589進(jìn)行處理和通過(guò)MT6166射頻電路上報(bào)到服務(wù)器端。

2 原理設(shè)計(jì)

MM模塊負(fù)責(zé)醫(yī)療指標(biāo)數(shù)據(jù)的測(cè)量，并通過(guò)UART接口上報(bào)數(shù)據(jù)到MT6589；MM也是通過(guò)電極模塊的3個(gè)端點(diǎn)采集人體數(shù)據(jù)，血糖插槽可以插入血糖試紙條采集血糖數(shù)據(jù)；溫濕度傳感器通過(guò)I2C接口將數(shù)據(jù)上報(bào)到MT6589；MT6589運(yùn)行Android 4.2操作系統(tǒng)和WatchLife APP，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)，本地存儲(chǔ)通過(guò)外掛的MCP上的eMMC芯片，通過(guò)4.7英寸1280x720分辨率TFT顯示屏可以顯示APP的數(shù)據(jù)和圖表。手機(jī)同時(shí)可以將數(shù)據(jù)銅駝WatchLife APP上傳到服務(wù)器端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分享。用戶(hù)也可以通過(guò)APP或者Web訪問(wèn)的方式查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)記錄。

系統(tǒng)增加了溫濕度傳感器來(lái)輔助測(cè)量環(huán)境空氣的溫濕度，并結(jié)合身體狀態(tài)給出健康建議。本項(xiàng)目實(shí)際選用了Sensirion公司的模塊SHT21，此模塊特點(diǎn)是小尺寸、低功耗、I2C接口輸出量化的數(shù)據(jù)。它內(nèi)置一個(gè)電容式濕度傳感器和增強(qiáng)型帶隙基準(zhǔn)溫度傳感器。

SHT21的模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有特殊的要求，否則會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確甚至損壞的問(wèn)題。模塊的擺放位置必須要原理手機(jī)內(nèi)部的其他熱源，包括不限于PCB上的發(fā)熱芯片、導(dǎo)熱過(guò)來(lái)的金屬結(jié)構(gòu)件等等，主板到模塊的走線(xiàn)需要按照3mils設(shè)計(jì)，避免信號(hào)走線(xiàn)引入的熱量。

3 終端主板調(diào)試

項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成在調(diào)試階段遇到的問(wèn)題和解決方法。

3.1 紅外溫度傳感器的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題

由于紅外溫度傳感器采用了SMBUS接口非標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口，在初期的調(diào)試并不順利。

遇到的第一個(gè)問(wèn)題是電平不匹配問(wèn)題，器件采用的還是3.3V接口電壓，而手機(jī)平臺(tái)目前全部都是1.8V的接口電平，在驅(qū)動(dòng)調(diào)試階段電平問(wèn)題導(dǎo)致SMBUS通信信號(hào)異常，后通過(guò)修改增加電平轉(zhuǎn)換電路解決此問(wèn)題。

第二個(gè)問(wèn)題是SMBUS協(xié)議與I2C標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議差異問(wèn)題，SMBUS所支持的時(shí)鐘速率較低，必須在10KHz到100KHz范圍內(nèi)。

在解決以上問(wèn)題之后仍然不能正常讀出溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)規(guī)格書(shū)時(shí)序?qū)Ρ确治?，后終于發(fā)現(xiàn)仍然是通信協(xié)議上問(wèn)題，此傳感器器件在主控寫(xiě)數(shù)據(jù)后不會(huì)主動(dòng)反饋ACK信號(hào)導(dǎo)致，驅(qū)動(dòng)通過(guò)軟件I2C方式，手動(dòng)在寫(xiě)操作完成后主動(dòng)寫(xiě)入ACK信號(hào)后就可以正常讀出溫度數(shù)據(jù)出來(lái)。

3.2 濕度傳感器檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)分析是SHT21模組的前橡膠套設(shè)計(jì)不符合廠家要求。腔體跟傳感器的周邊存在較大縫隙，形成了死角，后來(lái)按照設(shè)計(jì)要求改模將縫隙改為零配，消除了死角后可以在10s時(shí)間完成濕度測(cè)量。

4 結(jié)語(yǔ)

目前市面上的電子醫(yī)療產(chǎn)品仍然是以傳統(tǒng)產(chǎn)品為主，功能較為單一、攜帶不方便、無(wú)聯(lián)網(wǎng)功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分享。經(jīng)過(guò)本項(xiàng)目實(shí)踐，其特點(diǎn)智能靈活、可靠耐用、外形美觀、體積小巧、便于攜帶、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)有機(jī)會(huì)與專(zhuān)業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作，可以為用戶(hù)帶來(lái)最大的便利，兼顧生活和健康的需求。