基于無(wú)線通信技術(shù)的便攜式血糖實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

蔡逸儀 曹東

（廣州中醫(yī)藥大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院）

1 引言

糖尿病是嚴(yán)重影響人類(lèi)健康的慢性病，也是導(dǎo)致慢性并發(fā)癥的主要原因。根據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)合會(huì)的報(bào)告，截至2009年，中國(guó)現(xiàn)有糖尿病人4320萬(wàn)，成為全世界糖尿病患者人數(shù)第二位的國(guó)家[1]。防治糖尿病已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)科技工作者的迫切課題。嚴(yán)格的血糖控制可明顯減少和延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生和進(jìn)展[2]。但實(shí)際上，糖尿病患者的血糖難以得到良好控制，其中僅有 25.9%的病人血糖得到理想控制[3]。糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展，不僅與血糖升高有關(guān)，更與血糖波動(dòng)性增大有密切關(guān)系，血糖波動(dòng)性越大，慢性并發(fā)癥的發(fā)生率越高，預(yù)后越差。準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)糖尿病患者的糖代謝趨勢(shì)在糖尿病診治中具有重要的地位。

實(shí)際治療過(guò)程中，由于糖尿病人絕大部分是門(mén)診病人，患者離開(kāi)醫(yī)院后難以對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的血糖監(jiān)測(cè)。雖然部分患者自購(gòu)家用血糖計(jì)進(jìn)行自測(cè)，但檢測(cè)的時(shí)間和次數(shù)存在很大的隨意性，對(duì)結(jié)果也沒(méi)有做詳盡的記錄。另外，對(duì)于部分I型糖尿病患者特別是兒童，由于他們自身缺乏胰島素生成細(xì)胞，需要依靠注射胰島素來(lái)維持生命。這部分患者如果血糖突然大幅下降導(dǎo)致昏厥，并得不到及時(shí)處理，很容易有生命危險(xiǎn)。本文嘗試將現(xiàn)代智能手機(jī)、3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合，設(shè)計(jì)一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)糖尿病患者血糖變化的便攜式血糖監(jiān)測(cè)儀器。該儀器除可以隨時(shí)把結(jié)果顯示在手機(jī)屏幕上之外，還可以保存在手機(jī)里和實(shí)時(shí)發(fā)送到醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中心，當(dāng)血糖低于或高于設(shè)定的閥值，手機(jī)除了發(fā)出音響報(bào)警外，還將向預(yù)設(shè)的一個(gè)或多個(gè)號(hào)碼發(fā)送緊急呼叫的短信。

2 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)由帶藍(lán)牙功能的血糖計(jì)，手機(jī)軟件和醫(yī)院監(jiān)護(hù)系統(tǒng)三部分組成，如圖1所示。

圖1 實(shí)時(shí)血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

加裝了藍(lán)牙模塊的植入式血糖傳感器實(shí)時(shí)采集患者的血糖值，將血糖數(shù)值通過(guò)藍(lán)牙模塊向手機(jī)發(fā)送，手機(jī)接收到血糖數(shù)值后，根據(jù)設(shè)定顯示在手機(jī)屏幕上，同時(shí)通過(guò)移動(dòng)電話3G網(wǎng)絡(luò)，向醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心發(fā)送數(shù)據(jù)，醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心電腦系統(tǒng)接收患者的血糖數(shù)據(jù)并且儲(chǔ)存到監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。醫(yī)院的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)還可以根據(jù)需要，主動(dòng)向指定患者的血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)送指令，采集患者的即時(shí)血糖數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)所需要的設(shè)備主要有血糖傳感器、藍(lán)牙模塊、智能手機(jī)和電腦系統(tǒng)。

3.1 血糖傳感器

血糖傳感器是本系統(tǒng)采集血糖數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部件。目前，市面上的血糖傳感器主要有兩類(lèi)：一種是非植入式的血糖傳感器，使用時(shí)先通過(guò)采集患者的少量血液，然后把血液樣品滴在血糖紙上，再把血糖紙插入血糖傳感器做分析，之后顯示血糖值。這類(lèi)的血糖傳感器，在每次檢測(cè)的時(shí)候都需要重新采集血樣，如果每天采集的次數(shù)較多，患者難以配合；另外一種是植入式的血糖傳感器，把血糖傳感器的探針植入患者皮下（一般植入腹部或手臂皮下）。植入式血糖傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以隨時(shí)檢測(cè)患者的血糖而無(wú)需每次都做血液采集，但缺點(diǎn)是需要把傳感器植入患者的皮下，對(duì)于患者來(lái)說(shuō)有不便之處。因此，最理想的是非植入式無(wú)創(chuàng)血糖計(jì)。這類(lèi)血糖計(jì)通常采用光電工作原理。李剛、周梅等在這方面做了研究探討[4]，但血糖檢測(cè)的結(jié)果跟實(shí)際數(shù)據(jù)有較大的誤差，沒(méi)有進(jìn)入實(shí)用階段。

為保證性能的可靠和準(zhǔn)確，本系統(tǒng)選用美國(guó)Abbott公司的植入式血糖傳感器。該傳感器體積小(5cm×2cm)、重量輕和功耗低，自帶充電電池。它與植入皮下的探針相連接，然后用醫(yī)用透明膠布粘在被檢測(cè)者的皮膚上，就可以連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)血糖數(shù)據(jù)。

3.2 藍(lán)牙模塊

本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸中采取藍(lán)牙模塊，工作頻段2.4GHz，傳輸速率2Mp/s～3Mp/s，有效傳輸距離約10米。采用美國(guó)德州儀器（Texas Instruments）公司CC2540藍(lán)牙芯片，具有功耗低、穩(wěn)定可靠和提供各種軟件驅(qū)動(dòng)，方便手機(jī)編程的功能。圖2所示的是加裝了藍(lán)牙模塊后粘貼在被檢測(cè)者手臂上的血糖傳感器。

圖2 血糖傳感器安裝在人體手臂

3.3 手機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要用于血糖的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由于血糖的數(shù)據(jù)量不大，每次檢測(cè)只需要把患者當(dāng)前的血糖值傳輸?shù)街付ǖ哪康牡?，目前的移?dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)足以滿足本系統(tǒng)的需要。本系統(tǒng)的軟件可以在Android平臺(tái)的智能手機(jī)運(yùn)行，今后將逐步擴(kuò)大到Blackberry(黑莓)，蘋(píng)果（iOS），Sybian 和Windows Phone 7 等多種手機(jī)平臺(tái)。手機(jī)軟件啟動(dòng)后，在后臺(tái)運(yùn)行，不影響手機(jī)的正常使用，也可根據(jù)需要移到前臺(tái)，圖3所示為血糖在線監(jiān)測(cè)手機(jī)軟件運(yùn)行界面。

圖3 血糖在線監(jiān)測(cè)手機(jī)軟件界面

手機(jī)血糖監(jiān)測(cè)軟件主要由以下模塊組成：

(1) 藍(lán)牙通信模塊：初始化藍(lán)牙接口，檢測(cè)有效范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備，建立數(shù)據(jù)鏈路連接，收發(fā)藍(lán)牙數(shù)據(jù)；

(2) 數(shù)據(jù)顯示和儲(chǔ)存模塊：在手機(jī)屏幕上顯示接收血糖計(jì)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存到手機(jī)本地?cái)?shù)據(jù)文件，供查詢和上傳用；

(3) 數(shù)據(jù)通信模塊：把接收到的血糖數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)结t(yī)院監(jiān)護(hù)中心系統(tǒng)。上傳數(shù)據(jù)除了患者的實(shí)時(shí)血糖數(shù)據(jù)，還包括患者的編號(hào)和電話號(hào)碼等信息。同時(shí)接收醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心系統(tǒng)發(fā)送的指令，對(duì)手機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置和執(zhí)行血糖監(jiān)測(cè)或數(shù)據(jù)傳輸；

(4) 短信數(shù)據(jù)模塊：對(duì)于沒(méi)有開(kāi)通上網(wǎng)功能的用戶，把血糖數(shù)據(jù)通過(guò)短信息的方式發(fā)送到醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中心；

(5) 設(shè)置模塊：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，設(shè)定血糖采集的時(shí)間間隔，設(shè)定醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心的通信地址和患者個(gè)人信息、血糖報(bào)警閥值、緊急呼叫電話號(hào)碼和緊急短信號(hào)碼；

(6) 報(bào)警模塊：在血糖數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警閥值的時(shí)候，向設(shè)定的電話號(hào)碼發(fā)出緊急呼叫和緊急短信，對(duì)于有GPS功能的手機(jī)，同時(shí)報(bào)告患者的地理位置。

3.4 醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)

醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心接收所有患者的實(shí)時(shí)血糖數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，供醫(yī)生做療效分析。該系統(tǒng)作為醫(yī)院的電子病案系統(tǒng)的一部分，存儲(chǔ)患者的血糖資料，為下一步的治療方案提供依據(jù)。主要包含以下模塊：

(1) 數(shù)據(jù)接收模塊：接收患者手機(jī)發(fā)送的實(shí)時(shí)血糖數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。該模塊和手機(jī)的接口通過(guò)Web Service實(shí)現(xiàn)；

(2) 數(shù)據(jù)顯示模塊：通過(guò)圖表等方式顯示指定患者的血糖情況；

(3) 遠(yuǎn)程配置模塊：通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)患者的手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置和指令手機(jī)軟件進(jìn)行血糖數(shù)據(jù)采集；

(4) 短信接收模塊：接收通過(guò)短信息發(fā)送過(guò)來(lái)的血糖數(shù)據(jù)。

4 討論

本文所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，利用智能手機(jī)和藍(lán)牙技術(shù)，把患者的血糖情況實(shí)時(shí)傳送到醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中心，為患者的治療方案提供有效的依據(jù)。同時(shí)，對(duì)于糖尿病患者突發(fā)的低血糖危險(xiǎn)情況，通過(guò)智能手機(jī)，及時(shí)向指定的號(hào)碼發(fā)送緊急呼叫，報(bào)告患者的當(dāng)前情況和地理位置，為患者的搶救贏得寶貴的時(shí)間。

[1] IDF report, Latest diabetes figures paint grim global picture.http：//www.idf.org/latest-diabetes-figures-paint-grim-global-pi cture, 2009.

[2] UKPDS group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes. The Lancet, 1998(352)：837-853.

[3] 鐘遠(yuǎn),章曉燕,胡廷軍.動(dòng)態(tài)血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在改善老年 2型糖尿病患者血糖控制中的應(yīng)用[J].中國(guó)全科醫(yī)學(xué),2010,13(2B)：465-468.

[4] 李剛,周梅,吳紅杰,等.無(wú)創(chuàng)人體血糖檢測(cè)光學(xué)方法的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].光譜學(xué)與光譜分析,2010,30(10)：2744-2747.

[5] 孫守軍,吳凱,吳效明.基于藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線移動(dòng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[J].中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)療器械雜志,2006 ,20(3)： 349-351.