（天水師范學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，甘肅天水市，741000）劉宇軒

隨著5G技術(shù)的出現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的高速發(fā)展，地域偏遠(yuǎn)、資源匱乏的地區(qū)也可利用5G技術(shù)去完善醫(yī)療資源。未來(lái)醫(yī)療可穿戴設(shè)備領(lǐng)域?qū)?huì)吸取5G的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)目前先進(jìn)的大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)手段將佩戴者的信息和身體相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫耍⒁粋€(gè)屬于佩戴者的個(gè)性化檔案，醫(yī)學(xué)上的可穿戴設(shè)備基于5G的基礎(chǔ)上傳感器更加靈敏、傳輸數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、數(shù)據(jù)分析完善、操作高效。這樣可以簡(jiǎn)化就醫(yī)的流程，可以實(shí)行隨時(shí)就醫(yī)。本文將從5G在醫(yī)療可穿戴設(shè)備當(dāng)中的脈搏跳動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用方面，淺談發(fā)展前景與應(yīng)用場(chǎng)景。

1 醫(yī)療可佩戴設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)點(diǎn)

5G醫(yī)療可穿戴設(shè)備最關(guān)鍵的部分其實(shí)是內(nèi)置傳感器，集成芯片，可穿戴織物，無(wú)線通信設(shè)備，移動(dòng)終端和后臺(tái)存儲(chǔ)與預(yù)警系統(tǒng)等部件組成，對(duì)佩戴者的生理和病理信息進(jìn)行智能交互。相比傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備來(lái)看，醫(yī)療可穿戴設(shè)備具有重量輕，體積小，可攜帶性與實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且穿戴舒適，操作簡(jiǎn)便，方便維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

2.5G技術(shù)下的醫(yī)療可佩戴設(shè)備的優(yōu)勢(shì)

2.1 現(xiàn)階段醫(yī)療可穿戴設(shè)備的不足

2.1.1傳輸

由于目前市面上并沒(méi)有大范圍普及5G通信，雖然4G應(yīng)用的傳輸速率和圖像像素已經(jīng)可以滿足當(dāng)今大部分人類的生活，尤其是接入了衛(wèi)星通信后，4G有著更加豐富的通訊形式。但是在4G信號(hào)的傳輸中，難免會(huì)受到建筑和地貌等復(fù)雜的環(huán)境因素的干擾，比如在醫(yī)院，工廠等較封閉的場(chǎng)所，信號(hào)往往很弱；在某些特定場(chǎng)所會(huì)開啟信號(hào)屏蔽或者干擾器?？垢蓴_能力弱的特性就導(dǎo)致了醫(yī)療可穿戴設(shè)備在佩戴者活動(dòng)中很有可能會(huì)受到環(huán)境的干擾；甚至在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)因?yàn)檩^低的基站覆蓋率，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量較差甚至信號(hào)中斷。這就讓利用醫(yī)療可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)人與醫(yī)院共享醫(yī)療資源的愿景無(wú)法順利實(shí)現(xiàn)。

2.1.2 隱私安全

目前對(duì)于無(wú)線傳輸?shù)倪^(guò)程當(dāng)中極易因?yàn)閭鬏數(shù)木嚯x過(guò)遠(yuǎn)，從而導(dǎo)致信號(hào)逐漸衰弱，容易讓基站沒(méi)辦法探測(cè)到信號(hào)。而且在信號(hào)的傳輸過(guò)程當(dāng)中，未加密的相關(guān)信息容易被竊取和偷聽。萬(wàn)一遇到磁場(chǎng)較強(qiáng)的地段，信號(hào)會(huì)受到干擾導(dǎo)致紊亂。這樣大大降低了信號(hào)傳輸?shù)男屎途_度。

2.1.3 大眾化

據(jù)目前各方面數(shù)據(jù)來(lái)看，醫(yī)療可穿戴設(shè)備對(duì)智能手機(jī)等設(shè)備存在固定的依賴性。而且對(duì)于一些特定人群，比如老人與小孩這些未必都配備有智能手機(jī)等設(shè)備的人群時(shí)，很難做到醫(yī)療可穿戴設(shè)備的大面積普及。

2.1.4 專業(yè)化

目前市場(chǎng)上最多見的可穿戴設(shè)備大多數(shù)是手環(huán)，手表類。但是它們并不能算作醫(yī)療可穿戴設(shè)備，頂多算個(gè)健康管理評(píng)估設(shè)備。因?yàn)檫@些設(shè)備都沒(méi)有做到像醫(yī)院的那種大型檢測(cè)設(shè)備那樣足夠的專業(yè)，它們的也就只算作參考數(shù)據(jù)。并且要想做到數(shù)據(jù)分析，還是得長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)監(jiān)控與測(cè)定，很難做到及時(shí)反饋身體健康問(wèn)題。所以這些設(shè)備的不準(zhǔn)確性，導(dǎo)致依然有很多人還是選擇去醫(yī)院接受專業(yè)的檢查。

2.2 5G技術(shù)下的醫(yī)療可佩戴設(shè)備的優(yōu)勢(shì)

5G+智能可穿戴設(shè)備，采用ICN、DZD、大數(shù)據(jù)分析，云計(jì)算等技術(shù)，利用生物傳感器將生物物質(zhì)濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)生物物質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)，將生物、化學(xué)、物理以及醫(yī)療和電子技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)相互滲透，具備低成本、低耗能、高速率、高接入、范圍廣、性能高等諸多優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于醫(yī)療方面可極大的減輕醫(yī)院的負(fù)擔(dān)。配備5G技術(shù)的醫(yī)療可穿戴設(shè)備比傳統(tǒng)的接受信息的速度更加快，更加及時(shí)。使用者只需將設(shè)備佩戴，接觸到皮膚，即可顯示出身體各項(xiàng)指標(biāo)，并在同一時(shí)間傳輸給健康服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)。當(dāng)使用者就診時(shí)，其所有的歷史就診記錄、檢查治療信息及其智能可穿戴設(shè)備更新的一系列信息都會(huì)通過(guò)系統(tǒng)反饋給醫(yī)師，提供個(gè)性化服務(wù)。在實(shí)施急救的時(shí)候，對(duì)于患者，時(shí)間就是生命。這時(shí)候醫(yī)療可穿戴設(shè)備在檢測(cè)到佩戴者的身體狀況出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)傳感器傳輸給5G云端，將醫(yī)院的急救措施和相關(guān)語(yǔ)言上的操作快速傳送給佩戴者。這樣大大降低了傷亡率。并且在傳輸相關(guān)圖片時(shí)也是特別清晰，可以大大避免操作失誤。而且在接收和發(fā)射信號(hào)的時(shí)候，不易受到氣候，環(huán)境等一系列因素的影響，大大增加了可穿戴設(shè)備的抗干擾能力。在監(jiān)控質(zhì)量與力度上，可以通過(guò)5G技術(shù)將佩戴者的信息與身體各方面指標(biāo)通過(guò)客戶端建立個(gè)人檔案，然后傳輸?shù)结t(yī)院。這樣，身體的狀況可以由醫(yī)院來(lái)監(jiān)控，還可以通過(guò)各種數(shù)據(jù)，數(shù)學(xué)模型等對(duì)身體狀況進(jìn)行更加專業(yè)，更加科學(xué)的評(píng)估。也可以從某種意義上來(lái)說(shuō)，可以避免醫(yī)療可穿戴設(shè)備對(duì)智能手機(jī)的依賴。

3 脈搏跳動(dòng)監(jiān)控的開發(fā)

脈搏檢測(cè)到的脈沖圖含有許多診斷價(jià)值的信息，可以用來(lái)預(yù)測(cè)人體器官和一些機(jī)能的好與壞。一般情況來(lái)說(shuō)脈搏和心跳數(shù)量是大體相同的。脈搏頻率受到年齡、疾病、心情、性別等的影響，嬰兒每分鐘120—140次，幼兒每分鐘92—100次、兒童每分鐘84—97次，成年人平均每分鐘70—80次，大致范圍在每分鐘60—100次左右，都是正常健康的。另外休息和睡眠的時(shí)候脈搏跳動(dòng)減慢。特別是心臟與脈搏聯(lián)系特別緊密。因此脈搏測(cè)量對(duì)有心臟方面疾病的病人來(lái)說(shuō)是一個(gè)不可缺少的檢查項(xiàng)目?，F(xiàn)今市場(chǎng)上有許多關(guān)于血壓、脈搏、體溫等電子儀器，體積小，使用方便，但相對(duì)的價(jià)格比較貴。

4 脈搏跳動(dòng)監(jiān)控中三大核心系統(tǒng)

4.1 脈搏監(jiān)控系統(tǒng)

脈搏監(jiān)控系統(tǒng)是以壓敏陶瓷電路為核心去檢測(cè)脈搏臟跳動(dòng)，脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器時(shí)將會(huì)被放大，然后傳入51單片機(jī)中處理信息，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，最終傳入報(bào)警系統(tǒng)中。

4.2 報(bào)警系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)51單片機(jī)統(tǒng)計(jì)過(guò)的數(shù)據(jù)最終傳入到報(bào)警系統(tǒng)中，經(jīng)報(bào)警系統(tǒng)當(dāng)中的統(tǒng)計(jì)器統(tǒng)計(jì)后，再對(duì)不合理和異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速報(bào)警。

4.3 語(yǔ)音系統(tǒng)

通過(guò)三線串口中的PWM輸出模式，其可以對(duì)語(yǔ)音當(dāng)中實(shí)現(xiàn)命令控制和語(yǔ)音通訊。

5 系統(tǒng)的核心技術(shù)

心跳監(jiān)控系統(tǒng)，脈搏進(jìn)行連續(xù)跳動(dòng)的時(shí)候不斷將脈沖信號(hào)擴(kuò)散，然后壓敏陶瓷和一些對(duì)壓力信號(hào)接受較良好的傳感器可以接收到這些脈沖信號(hào)。再由壓敏陶瓷電路檢測(cè)到的脈沖信號(hào)傳入放大器中，將放大后的脈沖信號(hào)傳入51單片機(jī)中處理后轉(zhuǎn)變成電信號(hào)再傳入報(bào)警系統(tǒng)當(dāng)中。

當(dāng)厚膜感受到外界壓力后，則內(nèi)部的的導(dǎo)電粒子在接觸程度上發(fā)生了改變，進(jìn)而改變了電阻的阻值。一般情況下，陶瓷壓敏電阻所受到的壓力是與電阻變化的阻值成正比例關(guān)系的。

當(dāng)陶瓷基底受力發(fā)生擠壓時(shí)，此時(shí)R2和R4被壓縮，則相應(yīng)的阻值減??；而R1和R3受到了牽扯力，阻值增大。這樣一來(lái)，整個(gè)陶瓷彈性膜片的電路發(fā)生了失衡。此時(shí)輸出電壓[2]見（1）式。

注：Vcc為輸入恒定電壓

又有厚膜電阻應(yīng)變系數(shù)公式[3]：

將（2）變?yōu)?/p>

式中εi為厚膜電阻在軸向上的微應(yīng)變。

根據(jù)對(duì)板殼學(xué)的力分析得：

由（4）式可知，當(dāng)Vcc為恒壓時(shí)，V0與壓強(qiáng)P成正比例關(guān)系。

報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)是由計(jì)數(shù)儀和報(bào)警器兩部分組成，通過(guò)51單片機(jī)統(tǒng)計(jì)過(guò)的數(shù)據(jù)傳入到報(bào)警系統(tǒng)當(dāng)中，經(jīng)報(bào)警系統(tǒng)中的計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，一旦檢測(cè)到異常的數(shù)據(jù)，那么報(bào)警器會(huì)立馬進(jìn)行警報(bào)，另外計(jì)數(shù)器上帶有不同接口，方便人們制定不同的心跳頻率范圍，為后期的相關(guān)身體活動(dòng)進(jìn)行不同的個(gè)性化檢測(cè)。

6 總結(jié)

目前醫(yī)療可穿戴設(shè)備的發(fā)展空間與前景都是不可估量的，尤其是在配備了當(dāng)下5G技術(shù)的條件下脈搏跳動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。目前的心跳檢測(cè)設(shè)備主要是醫(yī)院中一些體積較大的精密儀器，不利于對(duì)活動(dòng)的病人進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)控。功能上更加強(qiáng)勁的脈搏檢測(cè)系統(tǒng)可以讓佩戴者在把控自己的身體健康數(shù)據(jù)上和與醫(yī)療機(jī)構(gòu)的語(yǔ)音溝通上都是傳統(tǒng)醫(yī)療可佩戴設(shè)備所無(wú)法達(dá)到的高度。搭配上5G后，佩戴者可以高效、便捷的了解和控制自己的心率。當(dāng)如果將它安裝在可穿戴設(shè)備上，那么它不僅真正的可以讓人們做到了隨時(shí)可以享受就醫(yī)，還在與當(dāng)下智慧醫(yī)療系統(tǒng)的完美結(jié)合下實(shí)實(shí)在在解決了人類看病不方便，就醫(yī)困難等問(wèn)題。