基于無線通信技術的便攜式血糖實時監測系統設計*

蔡逸儀 曹東

（廣州中醫藥大學信息技術學院）

1 引言

糖尿病是嚴重影響人類健康的慢性病，也是導致慢性并發癥的主要原因。根據國際糖尿病聯合會的報告，截至2009年，中國現有糖尿病人4320萬，成為全世界糖尿病患者人數第二位的國家[1]。防治糖尿病已經成為醫學科技工作者的迫切課題。嚴格的血糖控制可明顯減少和延緩糖尿病并發癥的發生和進展[2]。但實際上，糖尿病患者的血糖難以得到良好控制，其中僅有 25.9%的病人血糖得到理想控制[3]。糖尿病慢性并發癥的發生和發展，不僅與血糖升高有關，更與血糖波動性增大有密切關系，血糖波動性越大，慢性并發癥的發生率越高，預后越差。準確監測糖尿病患者的糖代謝趨勢在糖尿病診治中具有重要的地位。

實際治療過程中，由于糖尿病人絕大部分是門診病人，患者離開醫院后難以對其進行實時動態的血糖監測。雖然部分患者自購家用血糖計進行自測，但檢測的時間和次數存在很大的隨意性，對結果也沒有做詳盡的記錄。另外，對于部分I型糖尿病患者特別是兒童，由于他們自身缺乏胰島素生成細胞，需要依靠注射胰島素來維持生命。這部分患者如果血糖突然大幅下降導致昏厥，并得不到及時處理，很容易有生命危險。本文嘗試將現代智能手機、3G網絡技術與傳感器技術結合，設計一種實時監測糖尿病患者血糖變化的便攜式血糖監測儀器。該儀器除可以隨時把結果顯示在手機屏幕上之外，還可以保存在手機里和實時發送到醫院的監護中心，當血糖低于或高于設定的閥值，手機除了發出音響報警外，還將向預設的一個或多個號碼發送緊急呼叫的短信。

2 系統概述

本系統由帶藍牙功能的血糖計，手機軟件和醫院監護系統三部分組成，如圖1所示。

圖1 實時血糖監測系統結構

加裝了藍牙模塊的植入式血糖傳感器實時采集患者的血糖值，將血糖數值通過藍牙模塊向手機發送，手機接收到血糖數值后，根據設定顯示在手機屏幕上，同時通過移動電話3G網絡，向醫院監護中心發送數據，醫院監護中心電腦系統接收患者的血糖數據并且儲存到監護系統的數據庫。醫院的監護系統還可以根據需要，主動向指定患者的血糖監測系統發送指令，采集患者的即時血糖數據。

3 系統設計

本系統所需要的設備主要有血糖傳感器、藍牙模塊、智能手機和電腦系統。

3.1 血糖傳感器

血糖傳感器是本系統采集血糖數據的關鍵部件。目前，市面上的血糖傳感器主要有兩類：一種是非植入式的血糖傳感器，使用時先通過采集患者的少量血液，然后把血液樣品滴在血糖紙上，再把血糖紙插入血糖傳感器做分析，之后顯示血糖值。這類的血糖傳感器，在每次檢測的時候都需要重新采集血樣，如果每天采集的次數較多，患者難以配合；另外一種是植入式的血糖傳感器，把血糖傳感器的探針植入患者皮下（一般植入腹部或手臂皮下）。植入式血糖傳感器的優點是可以隨時檢測患者的血糖而無需每次都做血液采集，但缺點是需要把傳感器植入患者的皮下，對于患者來說有不便之處。因此，最理想的是非植入式無創血糖計。這類血糖計通常采用光電工作原理。李剛、周梅等在這方面做了研究探討[4]，但血糖檢測的結果跟實際數據有較大的誤差，沒有進入實用階段。

為保證性能的可靠和準確，本系統選用美國Abbott公司的植入式血糖傳感器。該傳感器體積小(5cm×2cm)、重量輕和功耗低，自帶充電電池。它與植入皮下的探針相連接，然后用醫用透明膠布粘在被檢測者的皮膚上，就可以連續實時監測血糖數據。

3.2 藍牙模塊

本系統在數據傳輸中采取藍牙模塊，工作頻段2.4GHz，傳輸速率2Mp/s～3Mp/s，有效傳輸距離約10米。采用美國德州儀器（Texas Instruments）公司CC2540藍牙芯片，具有功耗低、穩定可靠和提供各種軟件驅動，方便手機編程的功能。圖2所示的是加裝了藍牙模塊后粘貼在被檢測者手臂上的血糖傳感器。

圖2 血糖傳感器安裝在人體手臂

3.3 手機軟件設計

本系統主要用于血糖的實時監測，由于血糖的數據量不大，每次檢測只需要把患者當前的血糖值傳輸到指定的目的地，目前的移動網絡技術足以滿足本系統的需要。本系統的軟件可以在Android平臺的智能手機運行，今后將逐步擴大到Blackberry(黑莓)，蘋果（iOS），Sybian 和Windows Phone 7 等多種手機平臺。手機軟件啟動后，在后臺運行，不影響手機的正常使用，也可根據需要移到前臺，圖3所示為血糖在線監測手機軟件運行界面。

圖3 血糖在線監測手機軟件界面

手機血糖監測軟件主要由以下模塊組成：

(1) 藍牙通信模塊：初始化藍牙接口，檢測有效范圍內的藍牙設備，建立數據鏈路連接，收發藍牙數據；

(2) 數據顯示和儲存模塊：在手機屏幕上顯示接收血糖計的數據，數據保存到手機本地數據文件，供查詢和上傳用；

(3) 數據通信模塊：把接收到的血糖數據通過移動3G網絡傳輸到醫院監護中心系統。上傳數據除了患者的實時血糖數據，還包括患者的編號和電話號碼等信息。同時接收醫院監護中心系統發送的指令，對手機系統進行遠程配置和執行血糖監測或數據傳輸；

(4) 短信數據模塊：對于沒有開通上網功能的用戶，把血糖數據通過短信息的方式發送到醫院的監護中心；

(5) 設置模塊：對系統進行配置，設定血糖采集的時間間隔，設定醫院監護中心的通信地址和患者個人信息、血糖報警閥值、緊急呼叫電話號碼和緊急短信號碼；

(6) 報警模塊：在血糖數據達到報警閥值的時候，向設定的電話號碼發出緊急呼叫和緊急短信，對于有GPS功能的手機，同時報告患者的地理位置。

3.4 醫院監護中心系統設計

醫院監護中心接收所有患者的實時血糖數據，對數據進行顯示和存儲，供醫生做療效分析。該系統作為醫院的電子病案系統的一部分，存儲患者的血糖資料，為下一步的治療方案提供依據。主要包含以下模塊：

(1) 數據接收模塊：接收患者手機發送的實時血糖數據，并保存到數據庫。該模塊和手機的接口通過Web Service實現；

(2) 數據顯示模塊：通過圖表等方式顯示指定患者的血糖情況；

(3) 遠程配置模塊：通過移動網絡，對患者的手機進行遠程配置和指令手機軟件進行血糖數據采集；

(4) 短信接收模塊：接收通過短信息發送過來的血糖數據。

4 討論

本文所開發的系統，利用智能手機和藍牙技術，把患者的血糖情況實時傳送到醫院的監護中心，為患者的治療方案提供有效的依據。同時，對于糖尿病患者突發的低血糖危險情況，通過智能手機，及時向指定的號碼發送緊急呼叫，報告患者的當前情況和地理位置，為患者的搶救贏得寶貴的時間。

[1] IDF report, Latest diabetes figures paint grim global picture.http：//www.idf.org/latest-diabetes-figures-paint-grim-global-pi cture, 2009.

[2] UKPDS group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes. The Lancet, 1998(352)：837-853.

[3] 鐘遠,章曉燕,胡廷軍.動態血糖監測系統在改善老年 2型糖尿病患者血糖控制中的應用[J].中國全科醫學,2010,13(2B)：465-468.

[4] 李剛,周梅,吳紅杰,等.無創人體血糖檢測光學方法的研究現狀與發展[J].光譜學與光譜分析,2010,30(10)：2744-2747.

[5] 孫守軍,吳凱,吳效明.基于藍牙技術的無線移動監護系統[J].中國現代醫療器械雜志,2006 ,20(3)： 349-351.