一種可穿戴老年人健康監測系統研究

一種可穿戴老年人健康監測系統研究

導讀： 本文構建了一種實時監測老年生理信號的可穿戴系統，選擇人體血壓、體溫、呼吸、心電和姿態等對老年人進行實時監測。

　　文章摘要：我國人口老年化程度日趨嚴峻，老年人的健康問題已成為一個主要社會話題。本文構建了一種實時監測老年生理信號的可穿戴系統，選擇人體血壓、體溫、呼吸、心電和姿態等對老年人進行實時監測。并采用無線傳輸技術將異質傳感器采集的數據傳送到手機端，通過手機的通信網絡，實現與急救中心以及用戶家人之間的信息交互，組成一個無線體域網系統。

　　1 無線體域網整體設計

　　無線體域網（Wireless Body Area Network，WBAN）整體設計框圖如圖1 所示。該系統主要是通過在人體表面安放相關的傳感器設備來采集人體的血壓、體溫、呼吸、心電和姿態等5 個重要的生理參數。每一個生理參數的采集節點均選用可穿戴式的低功耗異質傳感器，當傳感器采集到人體體征參數之后，通過藍牙將數據發送到隨身攜帶的智能手機設備，最后通過智能手機設備的無線通信將數據傳送到互聯網，最終將數據傳達到遠程醫療服務中心的數據庫，醫護人員對數據進行整理分析并且給予反饋。通過這種方式來實現對老年人用戶的生理狀況進行實時監測。

　　圖1 WBAN 系統框圖

　　2 老年人生理信號監測系統設計

　　老年人生理信號監測系統的血壓、體溫、呼吸、心電、姿態等5 個體征參數節點設計原理圖如下圖2 所示。這些人體體征參數所對應的物理信號在經過特定的異質傳感器的數據采集之后轉化為電信號，然后經過放大電路以及濾波電路的放大和降噪處理，并且將采集到的信號傳遞到微控制器進行A/D 轉換，最終通過傳感器上加載的藍牙模塊將處理過的信號傳遞到智能手機并進行數據后期數據處理。

　　圖2 人體體征參數采集節點框圖

3 參數采集節點

　　①血壓檢測節點。血壓參數的檢測是通過振蕩法采用無創傷的形式間接測量人體的血壓。其測量原理是通過將傳感器同日常醫用血壓測量袖帶相連，當對袖帶進行充氣時，人體血管中血液的流動造成的搏動會引起袖帶中充入氣體的振動，然后通過壓力傳感器采集空氣振蕩引起的震蕩波， 結合相關公式，，根據平均動脈壓計算出動脈的相關收縮壓以及舒張壓，最終計算出血壓值，得到人體的血壓數值。

　　②體溫檢測節點。體溫的測量是在傳感器中安置有能夠與皮膚緊密接觸的金屬箔，當體溫發生變化時，金屬箔的阻值也會隨之發生改變，然后采用比例運算的測量方法，降低周圍噪聲引起的干擾。在體溫檢測的測量電路中，本系統采用的是AD7783 集成芯片，在此芯片上搭載有可編程的放大器以及數字濾波器，由于該芯片適用于低頻信號的測量，因此很適合于本監測系統。

　　③呼吸檢測節點。對于呼吸體征參數的測量是通過壓電式傳感器來實現的。人體呼吸所引起的收縮和舒張會對壓電式傳感器的電介質的形狀造成一定程度的改變，引起其內部電荷的分布狀態發生變化，使之正反相互轉移，最終形成電位差，并且形成的電位差與人體呼吸產生的壓力和張力成正比，本系統正是利用此原理來檢測人體的呼吸體征參數。

　　④心電檢測節點。由于心電檢測信號相對來說較為微弱，僅為毫伏級別，所以抵抗干擾能力較差，而人體皮膚與電極之間又容易出現接觸不良甚至脫落的現象，導致測量失真，因此在檢測過程中需要將測量電極同皮膚緊密接觸，以便確保高質量的測量信號，因此，在心電檢測過程中需要采用能夠與皮膚緊密接觸并且具有良好導電性的材料。

　　⑤姿態檢測節點。姿態體征參數檢測采用MEMS 三軸加速度傳感器作為姿態測量單元，建立人體坐標系，根據人體姿態角度的變化來識別人體的相關動作狀態。

　　4 結語

　　隨著我國空巢老人數量的不斷增加，老年人的身體健康監測問題亟需解決。因此，醫療模式需要從以往的治療向預防的方向轉化，從以醫院醫生為主的模式向以家庭病人為主的模式轉變，在這種情況下，基于無線體域網的健康監護系統十分符合我國老齡化社會發展趨勢的需求，在未來的社會發展中必將產生巨大的社會效益和經濟效益。

　　參考文獻

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