基于智能手機平臺的醫(yī)療保健系統(tǒng)

陳仲河 吳馨敉

摘 要：基于智能手機平臺的醫(yī)療保健系統(tǒng)由智能醫(yī)療保健終端和移動無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，具體包括智能手機平臺、顯示終端、醫(yī)療保健傳感器、終端應(yīng)用軟件以及無線移動網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊、服務(wù)器端數(shù)據(jù)存儲及運算模塊。該系統(tǒng)不但可以實時完成人體健康相關(guān)的心電圖ECG、心率測量、身體壓力指數(shù)分析、血氧飽和度測量、血糖測量、體溫測量。同時利用移動無線網(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劃模塊等服務(wù)，使用戶及時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；平臺；醫(yī)療保健；系統(tǒng)

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

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)目標

本系統(tǒng)是基于集成醫(yī)療模塊（以下簡稱MM模塊）的手機（也叫健康醫(yī)療終端）、LifeWatch APP、云端數(shù)據(jù)存儲計算、Web數(shù)據(jù)界面，實現(xiàn)用戶隨時隨地完成必要的醫(yī)療健康測試內(nèi)容和提供鍛煉改善計劃及體型。

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

2）健康醫(yī)療終端通過采集使用者的健康指標數(shù)據(jù)，通過APP運算將原始數(shù)據(jù)和分析結(jié)果在LifeWatch APP上的UI呈現(xiàn)出來。同時也可以通過移動無線網(wǎng)絡(luò)（3G或LTE）將所有數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器，第三方用戶或者醫(yī)療人員可以通過LifeWatch APP或者Web界面訪問數(shù)據(jù)，并給及時提供健康建議給到用戶。

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，以下著重對健康醫(yī)療終端的構(gòu)架和實現(xiàn)進行說明。

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

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支持無線網(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無線芯片支持WIFI/BT/GPS/FM數(shù)據(jù)傳輸功能， 是目前市場主流高集成度高性價比、技術(shù)穩(wěn)定的3G智能手機方案芯片。

3）MT6589作為上位機，MM模塊作為下位機，二者通過UART接口進行數(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UART接口傳到MT6589進行處理和通過MT6166射頻電路上報到服務(wù)器端。

2 原理設(shè)計

MM模塊負責(zé)醫(yī)療指標數(shù)據(jù)的測量，并通過UART接口上報數(shù)據(jù)到MT6589；MM也是通過電極模塊的3個端點采集人體數(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I2C接口將數(shù)據(jù)上報到MT6589；MT6589運行Android 4.2操作系統(tǒng)和WatchLife APP，負責(zé)數(shù)據(jù)的處理和存儲，本地存儲通過外掛的MCP上的eMMC芯片，通過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。手機同時可以將數(shù)據(jù)銅駝WatchLife APP上傳到服務(wù)器端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分享。用戶也可以通過APP或者Web訪問的方式查詢歷史數(shù)據(jù)記錄。

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

SHT21的模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計有特殊的要求，否則會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準確甚至損壞的問題。模塊的擺放位置必須要原理手機內(nèi)部的其他熱源，包括不限于PCB上的發(fā)熱芯片、導(dǎo)熱過來的金屬結(jié)構(gòu)件等等，主板到模塊的走線需要按照3mils設(shè)計，避免信號走線引入的熱量。

3 終端主板調(diào)試

項目設(shè)計完成在調(diào)試階段遇到的問題和解決方法。

3.1 紅外溫度傳感器的驅(qū)動問題

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

遇到的第一個問題是電平不匹配問題，器件采用的還是3.3V接口電壓，而手機平臺目前全部都是1.8V的接口電平，在驅(qū)動調(diào)試階段電平問題導(dǎo)致SMBUS通信信號異常，后通過修改增加電平轉(zhuǎn)換電路解決此問題。

第二個問題是SMBUS協(xié)議與I2C標準協(xié)議差異問題，SMBUS所支持的時鐘速率較低，必須在10KHz到100KHz范圍內(nèi)。

在解決以上問題之后仍然不能正常讀出溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過規(guī)格書時序?qū)Ρ确治觯蠼K于發(fā)現(xiàn)仍然是通信協(xié)議上問題，此傳感器器件在主控寫數(shù)據(jù)后不會主動反饋ACK信號導(dǎo)致，驅(qū)動通過軟件I2C方式，手動在寫操作完成后主動寫入ACK信號后就可以正常讀出溫度數(shù)據(jù)出來。

3.2 濕度傳感器檢測時間較長的問題

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

4 結(jié)語

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、無聯(lián)網(wǎng)功能無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)分享。經(jīng)過本項目實踐，其特點智能靈活、可靠耐用、外形美觀、體積小巧、便于攜帶、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)有機會與專業(yè)醫(yī)療機構(gòu)合作，可以為用戶帶來最大的便利，兼顧生活和健康的需求。