一种实时监测老年人生理信号的可穿戴系统

2016-02-22 19:15:29来源: 《电子制作》
    文章摘要:我国人口老年化程度日趋严峻,老年人的健康问题已成为一个主要社会话题。本文构建了一种实时监测老年生理信号的可穿戴系统,选择人体血压、体温、呼吸、心电和姿态等对老年人进行实时监测。并采用无线传输技术将异质传感器采集的数据传送到手机端,通过手机的通信网络,实现与急救中心以及用户家人之间的信息交互,组成一个无线体域网系统。

  1 无线体域网整体设计

  无线体域网(Wireless Body Area Network,WBAN)整体设计框图如图1 所示。该系统主要是通过在人体表面安放相关的传感器设备来采集人体的血压、体温、呼吸、心电和姿态等5 个重要的生理参数。每一个生理参数的采集节点均选用可穿戴式的低功耗异质传感器,当传感器采集到人体体征参数之后,通过蓝牙将数据发送到随身携带的智能手机设备,最后通过智能手机设备的无线通信将数据传送到互联网,最终将数据传达到远程医疗服务中心的数据库,医护人员对数据进行整理分析并且给予反馈。通过这种方式来实现对老年人用户的生理状况进行实时监测。

  图1 WBAN 系统框图

  2 老年人生理信号监测系统设计

  老年人生理信号监测系统的血压、体温、呼吸、心电、姿态等5 个体征参数节点设计原理图如下图2 所示。这些人体体征参数所对应的物理信号在经过特定的异质传感器的数据采集之后转化为电信号,然后经过放大电路以及滤波电路的放大和降噪处理,并且将采集到的信号传递到微控制器进行A/D 转换,最终通过传感器上加载的蓝牙模块将处理过的信号传递到智能手机并进行数据后期数据处理。

  图2 人体体征参数采集节点框图
 

 3 参数采集节点

  ①血压检测节点。血压参数的检测是通过振荡法采用无创伤的形式间接测量人体的血压。其测量原理是通过将传感器同日常医用血压测量袖带相连,当对袖带进行充气时,人体血管中血液的流动造成的搏动会引起袖带中充入气体的振动,然后通过压力传感器采集空气振荡引起的震荡波, 结合相关公式,,根据平均动脉压计算出动脉的相关收缩压以及舒张压,最终计算出血压值,得到人体的血压数值。

  ②体温检测节点。体温的测量是在传感器中安置有能够与皮肤紧密接触的金属箔,当体温发生变化时,金属箔的阻值也会随之发生改变,然后采用比例运算的测量方法,降低周围噪声引起的干扰。在体温检测的测量电路中,本系统采用的是AD7783 集成芯片,在此芯片上搭载有可编程的放大器以及数字滤波器,由于该芯片适用于低频信号的测量,因此很适合于本监测系统。

  ③呼吸检测节点。对于呼吸体征参数的测量是通过压电式传感器来实现的。人体呼吸所引起的收缩和舒张会对压电式传感器的电介质的形状造成一定程度的改变,引起其内部电荷的分布状态发生变化,使之正反相互转移,最终形成电位差,并且形成的电位差与人体呼吸产生的压力和张力成正比,本系统正是利用此原理来检测人体的呼吸体征参数。

  ④心电检测节点。由于心电检测信号相对来说较为微弱,仅为毫伏级别,所以抵抗干扰能力较差,而人体皮肤与电极之间又容易出现接触不良甚至脱落的现象,导致测量失真,因此在检测过程中需要将测量电极同皮肤紧密接触,以便确保高质量的测量信号,因此,在心电检测过程中需要采用能够与皮肤紧密接触并且具有良好导电性的材料。

  ⑤姿态检测节点。姿态体征参数检测采用MEMS 三轴加速度传感器作为姿态测量单元,建立人体坐标系,根据人体姿态角度的变化来识别人体的相关动作状态。

  4 结语

  随着我国空巢老人数量的不断增加,老年人的身体健康监测问题亟需解决。因此,医疗模式需要从以往的治疗向预防的方向转化,从以医院医生为主的模式向以家庭病人为主的模式转变,在这种情况下,基于无线体域网的健康监护系统十分符合我国老龄化社会发展趋势的需求,在未来的社会发展中必将产生巨大的社会效益和经济效益。

  参考文献

  [1] 苌飞霸,尹军. 一种可穿戴无线体域网系统的研究[J]. 生物医学工程与临床2014,18(5):413-416.

  [2] 王曦泽,胡巍. 非接触式体征监测及智能移动终端算法的实现[J]. 北京生物医学工程,2014,33(3):258-263.

  [3] 轩运动,赵湛. 基于无线体域网技术的老年人健康监护系统的设计[J].计算机研究与发展,2011,48(3):355-359.

  [4] 张云浦,李玉榕. 基于MEMS 传感器的可穿戴老年人跌倒监测系统的设计[J]. 生物医学工程研究,2014,33(3):70-175.

关键字:无线体域网  可穿戴  健康  监测系统

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/article_201602226353.html
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