基于智能手機平臺的醫療保健系統

陳仲河 吳馨敉

摘 要：基于智能手機平臺的醫療保健系統由智能醫療保健終端和移動無線網絡系統兩部分構成，具體包括智能手機平臺、顯示終端、醫療保健傳感器、終端應用軟件以及無線移動網絡收發模塊、服務器端數據存儲及運算模塊。該系統不但可以實時完成人體健康相關的心電圖ECG、心率測量、身體壓力指數分析、血氧飽和度測量、血糖測量、體溫測量。同時利用移動無線網絡與服務器聯網，提供康復模塊、健康飲食模塊和健康計劃模塊等服務，使用戶及時獲得健康建議和采取康復措施，相關的數據也可以用于大數據用途。

關鍵詞：智能手機；平臺；醫療保健；系統

本文介紹的健康醫療終端手機是一款融入醫療智能化、空氣溫濕度智能監測和網絡數據存儲運算的醫療保健系統。

1 系統設計

1.1 系統目標

本系統是基于集成醫療模塊（以下簡稱MM模塊）的手機（也叫健康醫療終端）、LifeWatch APP、云端數據存儲計算、Web數據界面，實現用戶隨時隨地完成必要的醫療健康測試內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、身體肥胖指數分析、身體壓力指數分析、血氧飽和度測量、血糖測量、體溫測量；B、康復模塊，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）健康醫療終端通過采集使用者的健康指標數據，通過APP運算將原始數據和分析結果在LifeWatch APP上的UI呈現出來。同時也可以通過移動無線網絡（3G或LTE）將所有數據上傳到云端服務器，第三方用戶或者醫療人員可以通過LifeWatch APP或者Web界面訪問數據，并給及時提供健康建議給到用戶。

1.2 健康醫療終端組成

健康醫療終端是此系統最為重要的組成部分，以下著重對健康醫療終端的構架和實現進行說明。

1）系統采用高端手機方案芯片MT6589進行開發，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，搭配射頻收發芯片MT6166支持無線網絡包括GSM、GPRS、EDGE和WCDMA HSPA+，搭配MT6320電源管理芯片，提供所有數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數據傳輸功能， 是目前市場主流高集成度高性價比、技術穩定的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接口進行數據通信。MM模塊將采集到的心電圖、心率、血氧、血糖、體溫等數據通過UART接口傳到MT6589進行處理和通過MT6166射頻電路上報到服務器端。

2 原理設計

MM模塊負責醫療指標數據的測量，并通過UART接口上報數據到MT6589；MM也是通過電極模塊的3個端點采集人體數據，血糖插槽可以插入血糖試紙條采集血糖數據；溫濕度傳感器通過I2C接口將數據上報到MT6589；MT6589運行Android 4.2操作系統和WatchLife APP，負責數據的處理和存儲，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的數據和圖表。手機同時可以將數據銅駝WatchLife APP上傳到服務器端，實現數據的分享。用戶也可以通過APP或者Web訪問的方式查詢歷史數據記錄。

系統增加了溫濕度傳感器來輔助測量環境空氣的溫濕度，并結合身體狀態給出健康建議。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接口輸出量化的數據。它內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的模塊的結構設計有特殊的要求，否則會導致測量數據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部的其他熱源，包括不限于PCB上的發熱芯片、導熱過來的金屬結構件等等，主板到模塊的走線需要按照3mils設計，避免信號走線引入的熱量。

3 終端主板調試

項目設計完成在調試階段遇到的問題和解決方法。

3.1 紅外溫度傳感器的驅動問題

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，在驅動調試階段電平問題導致SMBUS通信信號異常，后通過修改增加電平轉換電路解決此問題。

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

在解決以上問題之后仍然不能正常讀出溫度數據，經過規格書時序對比分析，后終于發現仍然是通信協議上問題，此傳感器器件在主控寫數據后不會主動反饋ACK信號導致，驅動通過軟件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據出來。

3.2 濕度傳感器檢測時間較長的問題

經過分析是SHT21模組的前橡膠套設計不符合廠家要求。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 結語

目前市面上的電子醫療產品仍然是以傳統產品為主，功能較為單一、攜帶不方便、無聯網功能無法實現數據分享。經過本項目實踐，其特點智能靈活、可靠耐用、外形美觀、體積小巧、便于攜帶、數據聯網有機會與專業醫療機構合作，可以為用戶帶來最大的便利，兼顧生活和健康的需求。