李佳成，周媛，劉亞雄

(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，天津,300222)

0 引言

遠(yuǎn)程健康共享醫(yī)療設(shè)備將當(dāng)下最具發(fā)展性之一的共享醫(yī)療與現(xiàn)有設(shè)備結(jié)合起來(lái)，共同完成一套將人體體溫，心電圖，血壓、肺活量、心率等重要健康指標(biāo)信息的監(jiān)測(cè)通過(guò)NI ELVIS II儀器整合，形成一款功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，可操作性強(qiáng)，便捷安全的現(xiàn)代共享醫(yī)療設(shè)備。經(jīng)過(guò)調(diào)研，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尚不存在此類醫(yī)療共享設(shè)備，各大藥店出售的相關(guān)產(chǎn)品如電子血壓計(jì)等在功能以及面向?qū)ο笊陷^單一。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，截至2020年底，我國(guó)公立醫(yī)院在二級(jí)及以上應(yīng)用遠(yuǎn)程醫(yī)療的比例已高于63%，遠(yuǎn)程醫(yī)療平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)搭建在全面進(jìn)行，醫(yī)療種類在不斷拓展，遠(yuǎn)程醫(yī)療政策保障體系進(jìn)一步完善。雖然我國(guó)遠(yuǎn)程醫(yī)療已經(jīng)走進(jìn)全國(guó)各省、市、區(qū)（縣），但是偏遠(yuǎn)地區(qū)和貧困地區(qū)軟硬件配套設(shè)施仍然不足。因此，應(yīng)加速發(fā)展，更加重視遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)體系。論文中介紹的遠(yuǎn)程健康共享醫(yī)療設(shè)備研究人體信號(hào)采集，通過(guò)采集電壓等信號(hào), 利用LabVIEW設(shè)計(jì)的上位機(jī)數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)，完成對(duì)相應(yīng)采集數(shù)據(jù)的處理。之后通過(guò)Systemlink的服務(wù)器端將身體征數(shù)據(jù)傳送到用戶手中。用戶便可了解自身情況，得到更加及時(shí)的診治，遇到相對(duì)復(fù)雜的病情也可得到外地或國(guó)外專家的醫(yī)治意見，提高了健康問(wèn)題的解決效率，同時(shí)異地專家也可相互交流，互相學(xué)習(xí)。

1 原理與設(shè)計(jì)

1.1 遠(yuǎn)程健康共享醫(yī)療設(shè)備工作原理

遠(yuǎn)程健康共享醫(yī)療設(shè)備主要是利用信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)化的思想來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，通過(guò)分析不同信號(hào)的幅頻特性、相頻特性、傳遞函數(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的處理與分析。之后上傳至Systemlink的服務(wù)器端，用戶便可以通過(guò)訪問(wèn)客戶端獲取自身體征數(shù)據(jù)。些數(shù)據(jù)可以儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)綜合考量用戶的性別、年齡等對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出基礎(chǔ)的判斷，使用戶方便直觀的了解到自身的身體狀況。遠(yuǎn)程健康共享醫(yī)療設(shè)備工作原理圖如圖1。

圖1 遠(yuǎn)程健康共享醫(yī)療設(shè)備工作原理圖

1.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療健康共享設(shè)備前面板設(shè)計(jì)

設(shè)備功能全都顯示在前面板上，包括用戶登錄界面及體溫、心率、血壓、心電圖、肺活量測(cè)量等選項(xiàng)。如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程醫(yī)療健康共享設(shè)備前面板設(shè)計(jì)

1.3 系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)

傳感器模塊：設(shè)備采用溫度傳感器、血壓傳感器、無(wú)線手握式心率傳感器ECG傳感器測(cè)量人體相關(guān)數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)嵌套的條件結(jié)構(gòu)判斷是否在正常范圍內(nèi)，更加合理的對(duì)采集到的數(shù)據(jù)分析處理。用戶可實(shí)時(shí)通過(guò)云端信息獲取身體狀況分析結(jié)果。

采用上述傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)具有可靠的穩(wěn)定性。（2）信號(hào)傳輸速度較快并且精確程度較高。(3)具有便捷性，低消耗性。

信號(hào)收集：我們的遠(yuǎn)程健康共享醫(yī)療設(shè)備利用ELVIS II對(duì)各個(gè)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，在labview的編程環(huán)境下調(diào)用輸出I/O的子VI，對(duì)采集到電壓信號(hào)進(jìn)行初步處理。再對(duì)不同的傳感器的發(fā)出的信號(hào)，進(jìn)行采樣濾波，根據(jù)相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換公式便得出數(shù)據(jù)。之后可實(shí)時(shí)上傳至NI Systemlink的服務(wù)器端；圖3是用戶信息數(shù)據(jù)上傳代碼及說(shuō)明.

圖3 用戶信息上傳代碼及說(shuō)明

2 實(shí)驗(yàn)

溫度采集模塊：使用熱敏電阻式溫度傳感器采集信息，采集到的電壓信號(hào)需按照T=[1.02119-3+2.2246-4(lnR)+1.33342-7(lnR)3]-1和 R=R1*VT/(Vs-VT)的公式轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度顯示。

心率采集模塊：心臟的每次收縮都會(huì)產(chǎn)生微小的電信號(hào)，這些電信號(hào)可以通過(guò)皮膚表面的電極而被檢測(cè)。我們通過(guò)編程獲取和處理VERNIRE公司的手握式心率監(jiān)測(cè)器，利用裝置內(nèi)嵌的電極檢測(cè)到的這些信號(hào)，隨著每一次心跳，插入式接收器通過(guò)低頻電磁場(chǎng)收集數(shù)據(jù)，并將3v脈沖傳輸?shù)接布希ㄟ^(guò)記錄得到的傳感。器檢測(cè)到的波形，我們從第一個(gè)峰值到最后一個(gè)峰值的5秒間隔內(nèi)的跳動(dòng)次數(shù)來(lái)計(jì)算心率。然后將這些信息以每分鐘的節(jié)拍輸出到屏幕上。人體心率檢測(cè)系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 人體心率檢測(cè)系統(tǒng)界面

血壓采集模塊：振蕩法作為一種無(wú)創(chuàng)測(cè)量血壓的方法，是基于心臟泵入動(dòng)脈的血液導(dǎo)致動(dòng)脈壁彎曲的原理實(shí)現(xiàn)的，波形的峰與峰振幅形成一個(gè)鐘形的“包絡(luò)”(圖五)通過(guò)編程處理已知最大振幅的百分比來(lái)計(jì)算得到我們需要的收縮壓(SBP)。用同樣的方法計(jì)算出舒張壓。

圖5 血壓脈搏振蕩波形

心電圖測(cè)量模塊：我們使用附著在皮膚表面心電傳感器的三個(gè)電級(jí)進(jìn)行測(cè)量，心電傳感器內(nèi)部有著1V的偏移量，其精度為±0.3V，我們將傳感器的增益設(shè)置為將1mv的測(cè)量電位放大到1v進(jìn)行輸出（為了后續(xù)優(yōu)化，電位放大部分我們采取了程序上的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可避免硬件設(shè)備接觸不良等產(chǎn)生的誤差影響）。

人體心電圖數(shù)據(jù)處理代碼及說(shuō)明。

圖6 人體心電圖數(shù)據(jù)處理代碼及說(shuō)明

肺活量測(cè)量系統(tǒng)：肺活量測(cè)量系統(tǒng)使用一個(gè)差壓傳感器來(lái)測(cè)量空氣流量。在流頭的中心是一個(gè)篩網(wǎng)。當(dāng)受試者向氣流頭吹氣時(shí)，當(dāng)空氣通過(guò)時(shí)，屏幕的前后表面會(huì)產(chǎn)生輕微的壓力差異。屏幕前面的管子和屏幕后面的管子將壓力傳遞給壓差傳感器，從而可以直接測(cè)量氣流速率(L/s)。體積(L)可以通過(guò)對(duì)流量與時(shí)間的函數(shù)積分得到。肺量計(jì)可用于各種測(cè)試，包括用力呼氣量(FEV)、用力肺活量(FVC)和潮氣量(TV)的測(cè)試。FEV是短時(shí)間持續(xù)努力后呼出的空氣量。FVC是完全吸入后用力最大呼氣所呼出的空氣量。TV是平靜時(shí)吸入和呼出的氣體量。

3 結(jié)論

相較傳統(tǒng)的就醫(yī)模式，遠(yuǎn)程健康共享醫(yī)療設(shè)備將提高用戶的就醫(yī)體驗(yàn)，解決了體檢費(fèi)用貴，耗時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，本項(xiàng)目將當(dāng)下最具發(fā)展性之一的共享醫(yī)療與現(xiàn)有設(shè)備結(jié)合起來(lái)，共同完成一套將人體體溫，心電圖，血壓、肺活量、心率等重要健康指標(biāo)信息的監(jiān)測(cè)通過(guò)NI ELVIS II儀器整合，形成一款功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，可操作性強(qiáng)，便捷安全的現(xiàn)代共享醫(yī)療設(shè)備；但是遠(yuǎn)程健康共享醫(yī)療設(shè)備的功能數(shù)量還需要提高，根據(jù)用戶要求進(jìn)一步研究相應(yīng)理論繼續(xù)擴(kuò)展相應(yīng)檢測(cè)功能，以滿足用戶的需求。同時(shí)伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、可穿戴設(shè)備等前沿頂尖技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)療信息化的深入，都將引導(dǎo)遠(yuǎn)程醫(yī)療走向進(jìn)一步的深入發(fā)展，不斷地改革創(chuàng)新為遠(yuǎn)程醫(yī)療的未來(lái)提供更加廣闊的空間，面向遠(yuǎn)程和移動(dòng)醫(yī)療的實(shí)時(shí)共享設(shè)備所適用的應(yīng)用場(chǎng)景將越來(lái)越多。因此，遠(yuǎn)程共享醫(yī)療設(shè)備把服務(wù)對(duì)象面向醫(yī)院、體檢中心、高校和用于街頭共享有著良好的應(yīng)用市場(chǎng)前景。