基于安卓平臺的糖尿病監(jiān)護系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)

周 艷,曾松偉，2,壽國忠，2* ,王佩欣，2,陳 浩

(1.浙江農(nóng)林大學 信息工程學院，浙江 臨安 311300; 2.浙江農(nóng)林大學 浙江省林業(yè)智能監(jiān)控和信息技術(shù)研究重點實驗室，浙江 臨安 311300; 3.浙江農(nóng)林大學 工程學院，浙江 臨安 311300)

基于安卓平臺的糖尿病監(jiān)護系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)

周 艷1,曾松偉1，2,壽國忠1，2*,王佩欣1，2,陳 浩2，3

(1.浙江農(nóng)林大學 信息工程學院，浙江 臨安 311300; 2.浙江農(nóng)林大學 浙江省林業(yè)智能監(jiān)控和信息技術(shù)研究重點實驗室，浙江 臨安 311300; 3.浙江農(nóng)林大學 工程學院，浙江 臨安 311300)

基于目前針對糖尿病的研究主要集中在健康管理及血糖濃度監(jiān)測方面，在糖尿病病情控制方面并不樂觀的現(xiàn)狀，設計開發(fā)了一套能夠?qū)崟r監(jiān)護老年患者注射藥物情況的遠程家庭醫(yī)療系統(tǒng);該系統(tǒng)由智能檢測硬件系統(tǒng)，手機客戶端和WEB信息管理端組成，不僅可以解決獨孤老人時常忘記注射胰島素的問題，也有利于解決我國老年患者糖尿病監(jiān)護難的問題，同時也能提醒青壯年實時攜帶注射針劑盒，緩解糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生;通過實時實驗測試，該糖尿病監(jiān)護系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定，且具有良好的實際應用價值。

糖尿??；胰島素；監(jiān)護系統(tǒng)

0 引言

糖尿病是一種常見的內(nèi)分泌代謝障礙性疾病，是當今嚴重威脅人類健康的多發(fā)病、常見病，在老年群體中尤為常見[1]。隨著經(jīng)濟和社會迅速發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，青壯年的工作壓力增大，日常工作繁忙，沒有時間運動加之飲食中攝入的熱量過高，導致糖尿病患病率顯著增加，糖尿病患者也越來越趨于年輕化。根據(jù)統(tǒng)計，全世界的糖尿病患者正在以年增長率2.5%的速度逐年增加，受到糖尿病困擾的人越來越多。開展糖尿病的研究，對患者的健康起著重要作用[2-4]。目前，糖尿病還沒有徹底治愈的辦法，其主要治療方法是通過胰島素注射將血液葡萄糖含量控制在正常水平，以控制對器官的損傷，延遲并發(fā)癥的發(fā)生。因此，實時了解患者藥物注射情況，并提醒患者按時注射胰島素，對控制患者血糖含量，緩解并發(fā)癥的發(fā)生起著至關重要的作用。

目前，糖尿病研究主要針對健康管理和血糖濃度監(jiān)測，對于糖尿病患者用藥實時監(jiān)護方面尚有待于研究。因此設計實現(xiàn)一種能夠?qū)崟r監(jiān)護青老年患者注射藥物情況的遠程家庭醫(yī)療設備迫在眉睫，它不僅可以解決獨孤老年糖尿病患者時常忘記注射胰島素的問題，也有利于解決我國老年患者糖尿病監(jiān)護難的問題，同時也能提醒青壯年糖尿病患者實時攜帶注射針劑盒，緩解糖尿病帶來的并發(fā)癥的發(fā)生。

針對國內(nèi)青老年糖尿病患者時常忘記注射治療，設計了一款糖尿病治療監(jiān)護系統(tǒng)，該系統(tǒng)由智能終端硬件系統(tǒng)、基于手機android的系統(tǒng)以及基于WEB的遠程監(jiān)控系統(tǒng)三部分組成。

1 總體方案設計

糖尿病治療監(jiān)護系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示。系統(tǒng)分為3個部分，分別是智能檢測系統(tǒng)、基于android的手機客戶端系統(tǒng)以及基于WEB的信息管理系統(tǒng)。智能檢測系統(tǒng)負責處理檢測患者是否注射藥物治療，隨后通過434 MHz無線通信模塊傳輸檢測信號(即：患者注射治療情況)到手機客戶端；手機客戶端通過434 MHz無線通信模塊實時接收患者的注射治療情況信號，并將患者的個人信息及治療情況發(fā)送到WEB信息管理系統(tǒng)。WEB信息管理系統(tǒng)負責存儲和處理智能檢測系統(tǒng)采集到的患者信息以及醫(yī)生輸入的患者信息，實現(xiàn)醫(yī)生對患者病情治療情況的實時監(jiān)控[5]。

圖1 系統(tǒng)框架

2 智能檢測系統(tǒng)硬件設計

智能檢測系統(tǒng)由注射檢測終端，無線信號處理終端兩部分組成。注射檢測終端負責處理檢測患者是否注射藥物治療以及傳輸檢測信號(即：患者注射治療情況)到無線信號處理端；射頻無線信號處理端則接收注射器檢測端發(fā)送的檢測信號(即：患者注射治療情況)，同時負責建立WIFI熱點與手機客戶端進行數(shù)據(jù)交互。

2.1 注射檢測終端

注射檢測終端由微處理器模塊、注射檢測模塊與無線通信模塊三部分組成。微處理器模塊負責檢測患者是否進行注射治療；注射檢測模塊安裝在注射器中，若患者進行注射治療則觸發(fā)信號到微處理器模塊上；無線射頻模塊負責發(fā)送患者注射治療情況到射頻無線信號處理端。微處理器模塊由單片機MSP430G2553及相關電源、時鐘、復位等模塊組成，模塊電路如圖2所示。

圖2 微處理模塊硬件電路圖

無線射頻模塊采用PT4302收發(fā)芯片，該芯片具有低功耗(在315 MHz頻率下電流僅為2.7 mA)、高靈敏度(-111 dBm)、高集成度(內(nèi)置低噪聲放大器、中頻及限制放大器、幅移鍵控調(diào)制解調(diào)器等)。本系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的434 MHz收發(fā)頻率，通過調(diào)節(jié)射頻收發(fā)模塊的晶振為13.226 MHz、帶通濾波器頻率為10.7 MHz控制收發(fā)頻率，無線射頻模塊硬件電路如圖3所示。

圖3 無線射頻模塊硬件電路圖

2.2 無線信號處理端

無線信號處理端由微處理器模塊、無線射頻模塊及wifi模塊三部分組成。微處理器模塊負責處理無線射頻模塊信號以發(fā)送wifi模塊的AT指令。wifi模塊負責建立熱點與手機客服終端進行通訊。在硬件電路圖上微處理器模塊、無線射頻模塊與注射器檢測終端相同，wifi模塊采用USR-WIFI232模塊。USR-WIFI232模塊支持標準的802.11b/g/n無線協(xié)議、支持STA/AP/STA+AP共存模式、支持UART/PWM/GPIO數(shù)據(jù)通訊接口，本系統(tǒng)的wifi模塊采用AP模塊，該模式是一種基本的組網(wǎng)方式，由一個AP與多個STA組成，其特點是AP處于中心位置，STA之間相互通訊都通過AP轉(zhuǎn)發(fā)完成。wifi模塊與微處理器件通訊方式采用UART模式，通過串口接收微處理器發(fā)送的指令。WIFI模塊的硬件電路如圖4所示。

圖4 wifi模塊硬件電路圖

3 軟件設計

通訊系統(tǒng)是基于無線射頻網(wǎng)絡、wifi網(wǎng)絡、GPS網(wǎng)絡開發(fā)的，通過對便攜終端的邏輯控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲和監(jiān)控。

3.1 程序主流程

系統(tǒng)工作首先進行必須的設備初始化，智能檢測終端啟動后實現(xiàn)對注射器檢測終端的實時監(jiān)聽，一旦注射器檢測終端的數(shù)據(jù)緩存獲取數(shù)據(jù)，就通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)主程序流程主要包括注射檢測器流程模塊、無線信號處理終端流程模塊和手機終端流程模塊。如圖5～7所示。

圖5 注射檢測器流程圖 圖6 無線信號處理終端流程圖

圖7 手機終端流程圖

3.2 手機終端客戶端設計

基于Adroid的手機終端客戶端的設計，是健康管理與移動醫(yī)療解決方案的結(jié)合，在一定程度上是慢性疾病預防和個人健康管理的發(fā)展趨勢[6-8]。糖尿病患者在家注射藥物，利用手機APP軟件記錄治療情況，通過連接無線信號處理端建立的WIFI熱點，獲取患者的注射治療情況，同時將患者的個人信息及治療情況發(fā)送到WEB信息管理中心的數(shù)據(jù)庫。整個手機終端的設計中，APP應用程序的作用是：獲取配置、采集數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)、分析處理數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)。

手機終端客戶端設計的功能結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 手機終端客戶端設計的功能結(jié)構(gòu)圖

3.3 WEB信息管理端設計

WEB信息管理系統(tǒng)選擇在Dreamweaver中使用PHP開發(fā)，主要負責接收手機APP端發(fā)送上來的患者信息、治療的信息及其他信息，并對這些信息進行統(tǒng)計處理。

Dreamweaver是集網(wǎng)頁制作和管理網(wǎng)站于一身的網(wǎng)頁編輯器，擁有制作效率高，網(wǎng)站管理便捷，兼容性簡單易用等優(yōu)點，利用它制作的跨平臺的動感網(wǎng)頁非常方便。PHP是一種開放源碼軟件，遵循GPL許可協(xié)議(GNU General Public License)，每個人都可以免費得到和修改PHP的源代碼。整個系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架研制設計[9-12]。整個系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。

圖9 WEB信息管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

WEB信息管理系統(tǒng)的設計包括歡迎界面模塊、個人信息查詢模塊、病情查詢模塊、病情管理模塊和醫(yī)師通道模塊。其中個人信息模塊包括基本個人信息和個人歷史病例兩個子模塊，負責管理病人的基本信息；病情查詢模塊包括治療進度查詢和化驗信息查詢兩個子模塊，負責統(tǒng)計查詢病人就診進度、治療進度等信息；病情管理模塊包括在線交流和處方查詢兩個子模塊，負責醫(yī)生對病人進行跟蹤治療；醫(yī)師通道模塊包括病人信息錄入和病情建議兩個子模塊，負責加強醫(yī)生對病人信息的管理。

4 試驗結(jié)果與分析

實驗數(shù)據(jù)采集30天，采集方法按醫(yī)生規(guī)定的實際注射次數(shù)(一般1～2次/天)，采集數(shù)據(jù)如表1所示，通過分析表格得到，老年患者在系統(tǒng)幫助下，能夠很好的解決忘記按時注射的問題。

表1 5組試驗在某個時間范圍內(nèi)接受治療情況結(jié)果分析表

注：監(jiān)測數(shù)據(jù)：是指按規(guī)定時間段完成治療情況監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)；修正數(shù)據(jù)：是指經(jīng)過提醒以后完成治療情況監(jiān)測到的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)論

經(jīng)過系統(tǒng)的搭建與測試，糖尿病治療監(jiān)護系統(tǒng)監(jiān)控精度高、多點接入、低成本、低功耗，同時具有良好的交互界面，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控，能夠解決獨孤老人時常忘記注射胰島素及青年患者時常忘記攜帶針劑盒的問題，也為解決我國青老年患者糖尿病監(jiān)護難的問題提供了幫助。因此，設計實現(xiàn)能夠?qū)崟r監(jiān)護老年患者注射藥物情況的遠程家庭醫(yī)療設備，是一項很有意義和應用價值的課題。

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Research and Implementation of Diabetes Monitoring System Based on Android Platform

Zhou Yan1, Zeng Songwei1，2, Shou Guozhon,1,2, Wang Peixin1,2, Chen Hao2,3

(1.College of Information Engineering, Zhejiang A &F university,Lin’an 311300,China; 2.Zhejiang Key Laboratory of Forestry Intelligent Monitoring and Information Technology Research, Zhejiang A &F university,Lin’an 311300,China; 3.College of Engineering, Zhejiang A &F university, Lin’an 311300,China)

In recent years, the number of diabetic patients in China is still increasing rapidly, and the situation of controlling diabetes is not optimistic as well. The current study focused on health management and blood glucose monitoring, medication for elderly patients with real-time monitoring aspect has yet to be studied. This paper presents a remote home medical equipment which can realize real-time monitoring of injecting drugs of elderly patients. It can not only solve the problem that lone elderly patients often forget to inject insulin, but also help to solve the difficulty of monitoring the aging diabetics. It will remind young people to carry injections box, which will ease the complications of diabetes. This diabetes monitoring equipment is proved to be a reliable, stable system during experiment tests, and it has a good practical value.

diabetes; insulin; monitoring system

2016-07-12；

2016-08-19。

周 艷(1989-)，女，浙江奉化人，碩士研究生，主要從事無線傳感技術(shù)方向的研究。

曾松偉(1975-)，男，浙江麗水人，副教授，碩士研究生導師，主要從事電子信息系統(tǒng)集成、復雜模型建立、圖像處理與機器視覺等方向的研究。

1671-4598(2017)01-0050-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.01.015

TN99

A

壽國忠(1960-)，男，浙江蕭山人，教授，碩士研究生導師，主要從事無線傳感技術(shù)、近紅外快速檢測技術(shù)、3D打印技術(shù)及材料方向的研究。。