移動(dòng)血糖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)血糖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1基于移動(dòng)通信的血糖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)糖尿病是危害人類健康的主要疾病之一。目前，沒有方法可以治愈。只能通過監(jiān)測(cè)血糖來控制糖尿病。血糖儀的出現(xiàn),大大方便了糖尿病患者自行監(jiān)測(cè)血糖。為了能更好地利用無線網(wǎng)絡(luò)資源,方便用戶隨時(shí)隨地的測(cè)量,開發(fā)了一種基于移動(dòng)通信的血糖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)?；谝苿?dòng)通信的血糖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)由兩大部分組成:手機(jī)血糖儀與糖尿病監(jiān)護(hù)中心。工作模式如圖1所示。糖尿病患者利用隨身攜帶的手機(jī)血糖儀可隨時(shí)監(jiān)測(cè)血糖,監(jiān)護(hù)中心通過GSM網(wǎng)絡(luò)接收患者的血糖值,并反饋適當(dāng)?shù)脑\斷結(jié)論。手機(jī)使用MotorolA388c,血糖儀是吉林大學(xué)儀器學(xué)院自主開發(fā)的以MSP430單片機(jī)與酶電極傳感器等為主的血糖測(cè)試儀,通過串口連接手機(jī),利用手機(jī)的鍵盤和液晶屏控制顯示血糖測(cè)試結(jié)果。即,手機(jī)血糖儀是在保留手機(jī)原有各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)上,增加了血糖測(cè)試功能。糖尿病監(jiān)護(hù)中心硬件由一臺(tái)服務(wù)器通過串口連接一個(gè)MC35無線通信模塊構(gòu)成,軟件系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)完成控制MC35接收短信以及患者信息管理及維護(hù)。2手機(jī)血糖儀的設(shè)計(jì)2.1前置信號(hào)采集和控制板的設(shè)計(jì)基于MSP430單片機(jī)的血糖測(cè)試儀主要由酶電極傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理以及單片機(jī)與手機(jī)的串行通訊幾部分組成,如圖2所示。酶電極傳感器采用三電極系統(tǒng),分為參比電極、對(duì)極和工作電極。前置信號(hào)處理采用模擬開關(guān)對(duì)電極接入電路情況進(jìn)行控制,從而為系統(tǒng)提供不同的工作狀態(tài),信號(hào)處理采用放大器和低通濾波,將傳感器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換放大濾去高頻干擾,為后續(xù)電路的數(shù)據(jù)采集提供質(zhì)量較高的信號(hào),血糖濃度的數(shù)據(jù)采集處理和串口數(shù)據(jù)通訊,采用TI公司的MSP430系列單片機(jī)為主控單元完成。另外,系統(tǒng)具有溫度補(bǔ)償功能,能補(bǔ)償環(huán)境溫度對(duì)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的誤差,提高測(cè)試結(jié)果的精度。血糖測(cè)試模塊體積為3cm*1cm,這樣可以放在手機(jī)殼里,做到血糖測(cè)試儀和手機(jī)融為一體,方便了用戶的攜帶與檢測(cè)。2.2血糖儀結(jié)果的過程血糖濃度值的測(cè)定通過生物酶電極傳感器,當(dāng)血液滴入,在葡萄糖酶的催化作用下,傳輸電子物質(zhì)在碳電極表面被強(qiáng)制性氧化,其氧化還原反應(yīng)過程中形成的氧化電流跟葡萄糖濃度成線性關(guān)系,通過測(cè)定氧化電流的強(qiáng)度計(jì)算血糖濃度值。在電極上加0.4V的恒定工作電壓,當(dāng)被測(cè)血樣滴在電極的測(cè)試區(qū)后,電極上固定的葡萄糖氧化酶與血樣中的葡萄糖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過一定的滯后期,酶電極的響應(yīng)電流將與被測(cè)血樣中葡萄糖濃度呈線性關(guān)系,如圖3所示。對(duì)應(yīng)于2.2-27.8mmol/L的血糖濃度,酶電極的響應(yīng)電流約為3—50μA。血糖儀就是通過這一對(duì)應(yīng)關(guān)系來計(jì)算顯示血樣葡萄糖濃度值的。根據(jù)曲線可知酶電極上的反應(yīng)電流在11s左右出現(xiàn)峰值,因此系統(tǒng)設(shè)定前11s為酶電極的反應(yīng)時(shí)間,后5.3s為酶電極的采集時(shí)間。對(duì)5.3s的電流面積積分,得到電量Q,再根據(jù)已知的血糖的濃度C0可以由公式求出標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)K:從而求出所測(cè)試的血糖濃度:溫度是影響酶的活性及酶催化反應(yīng)速度的重要因素之一。因此要保證測(cè)量的精度,必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試及相關(guān)的結(jié)果分析得到溫度補(bǔ)償公式如下:考慮到溫度補(bǔ)償,因此,血糖濃度計(jì)算公式如下:2.3clcd/midp接口設(shè)計(jì)Java手機(jī)操作系統(tǒng)都支持標(biāo)準(zhǔn)的J2MEMIDP1.0Java標(biāo)準(zhǔn)。J2ME是SUN公司推出的針對(duì)嵌入式消費(fèi)類電子產(chǎn)品的開發(fā)平臺(tái)。Motorola公司生產(chǎn)的Motorola388,A388C等手機(jī)不僅支持標(biāo)準(zhǔn)的J2MEMIDP1.0Java標(biāo)準(zhǔn),還推出了MotorolaSDKforJ2ME,實(shí)現(xiàn)了一些CLDC/MIDP提供的接口功能。手機(jī)與血糖儀通過串口連接,所以使用手機(jī)正確、實(shí)時(shí)地接收血糖儀發(fā)送的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn),采用多線程的開發(fā)模式可以準(zhǔn)確、快速地讀取血糖儀發(fā)送至手機(jī)的數(shù)據(jù)。在編寫串行通信程序時(shí),要用到j(luò)avax.microedition.io包中的Connector類和StreamConnection、InputStream和OutputStream接口。在J2ME中所有的連接都是使用Connector類的open(Stringconnect)方法建立的,不同的連接可以通過傳遞不同的參數(shù)connect實(shí)現(xiàn)。2.4系統(tǒng)程序下載基本按以下五個(gè)步驟:(1)打包:編譯通過后,使用JBuilderWizard菜單中的ArchiveBuilder項(xiàng),選擇Archivetype為MIDlet,隨提示即可完成打包。(2)在PC機(jī)上運(yùn)行:運(yùn)行MIDlet,更新打包文件:.jar與.jad文件。(3)下載:用手機(jī)提供的數(shù)據(jù)線把手機(jī)和PC機(jī)串口相連,選擇手機(jī)上“通過數(shù)據(jù)線下載”菜單選項(xiàng),再通過摩托羅拉388免費(fèi)提供的一個(gè)名為pcjal.exe的下載工具,可很容易地將MIDle下載到手機(jī)上。(4)安裝:一般手機(jī)下載完一個(gè)J2ME程序后,就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行安裝。將程序存儲(chǔ)在手機(jī)的指定位置里。(5)在MotorolaA388C上運(yùn)行:程序安裝完后,手機(jī)就會(huì)在程序菜單中顯示該應(yīng)用程序,用戶選擇該菜單項(xiàng)后就可以運(yùn)行程序。界面如圖4所示。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)糖尿病監(jiān)護(hù)中心的硬件部分主要由一臺(tái)服務(wù)器連接一個(gè)GSM模塊組成。選用的是SIEMENS公司的無線模塊MC35。硬件電路主要分為四個(gè)部分:電源電路,用于提供6V-12V的電源;串口電路,用于與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行連接;SIM卡電路,用于SIM卡與模塊的連接;MC35模塊驅(qū)動(dòng)電路,用于對(duì)MC35無線通信模塊進(jìn)行點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)。軟件系統(tǒng)如圖5所示。其中,人機(jī)接口模塊,還增加了由用戶手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)的功能;糖尿病病理數(shù)據(jù)庫(kù)包括知識(shí)庫(kù)和規(guī)則庫(kù),知識(shí)庫(kù)中存放和管理有關(guān)糖尿病診斷的專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí),規(guī)則庫(kù)用于存放糖尿病診斷與鑒別診斷的規(guī)則;患者信息庫(kù)用來保存患者的血糖測(cè)量值及一些背景信息。系統(tǒng)與GSM模塊的通信采用串行通信協(xié)議,短信管理使用AT指令。4糖尿病患者的血糖儀測(cè)量手機(jī)血糖儀操作簡(jiǎn)單,測(cè)試時(shí),用戶進(jìn)入血糖測(cè)試界面(如圖4所示),點(diǎn)擊運(yùn)行鍵,屏幕會(huì)提示插入血樣試紙,隨后會(huì)出現(xiàn)15S倒計(jì)時(shí)狀態(tài),當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為“0”時(shí)顯示血糖濃度測(cè)試結(jié)果,測(cè)試結(jié)果可以直接點(diǎn)擊發(fā)送短信鍵,通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至MA35I,再由遠(yuǎn)程糖尿病診斷系統(tǒng)接收存儲(chǔ)并給出診斷結(jié)論后反饋給患者。目前,最為準(zhǔn)確地測(cè)量方式還是醫(yī)院的靜脈采血測(cè)試,但需要患者抽取大量的靜脈血,所以比對(duì)本系統(tǒng)的血糖儀選擇了相對(duì)測(cè)量較準(zhǔn)確的強(qiáng)生血糖儀,表1中給出了絕對(duì)誤差值與最大相對(duì)誤差值。從測(cè)試結(jié)果可以看出,基于手機(jī)的血糖儀重復(fù)性誤差最大值為1.01﹪,濃度最大相對(duì)誤差為5.98﹪,在醫(yī)療器械規(guī)則的誤差范圍內(nèi),因此認(rèn)為自行研制的基于手機(jī)的血糖測(cè)試儀符合標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過收發(fā)短信的測(cè)試,系統(tǒng)運(yùn)行正常;測(cè)量的數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)中的相比對(duì),按照簡(jiǎn)單的規(guī)則,可自動(dòng)給出診斷結(jié)論,也可由醫(yī)生修改或加入建議。后期要繼續(xù)完善本系統(tǒng),并在并系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,繼續(xù)進(jìn)行人體其他生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)研究,如血壓、脈搏、心電等,利用無線和有線連接,將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至遠(yuǎn)程醫(yī)療中心服務(wù)器,并使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)進(jìn)行個(gè)體發(fā)病預(yù)測(cè)及疾病分類。5血糖檢測(cè)與分布在移動(dòng)設(shè)備與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)高速發(fā)展的天,操作簡(jiǎn)單,方便,便攜的移動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備與遠(yuǎn)程醫(yī)療中心的配合是醫(yī)療儀器的發(fā)展趨勢(shì)。本文基于Java手機(jī)實(shí)現(xiàn)了與血糖儀在多線程模式下的串行通信,利用手機(jī)顯示存儲(chǔ)測(cè)量的結(jié)果