基于嵌入式技術(shù)的人體局部代謝率檢測(cè)系統(tǒng)研究*

陸為民 陳 剛 陳真誠(chéng)*

基于嵌入式技術(shù)的人體局部代謝率檢測(cè)系統(tǒng)研究*

陸為民①*陳 剛②陳真誠(chéng)②*

目的：建立基于Android(安卓)智能系統(tǒng)的代謝率檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生理參數(shù)從檢測(cè)模塊到智能手機(jī)的無(wú)線傳輸。方法：在生理參數(shù)檢測(cè)端增加藍(lán)牙傳輸模塊，采集目標(biāo)為人體指端，將采集到的生理參數(shù)發(fā)送至Android智能手機(jī)端，通過(guò)開發(fā)智能手機(jī)Apk應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)打開藍(lán)牙、搜索設(shè)備等操作，并通過(guò)Socket連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)手機(jī)端開發(fā)軟件界面，實(shí)現(xiàn)代謝率數(shù)據(jù)的界面顯示。結(jié)果：Android智能手機(jī)端接收藍(lán)牙模塊發(fā)送的代謝率檢測(cè)數(shù)據(jù)，并將結(jié)果顯示在手機(jī)屏幕，該系統(tǒng)利用藍(lán)牙接口實(shí)現(xiàn)了人體生理參數(shù)信息的傳輸過(guò)程。結(jié)論：本研究立足于移動(dòng)醫(yī)療檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了人體多生理參數(shù)在Android系統(tǒng)中的藍(lán)牙接口傳輸控制方法，其應(yīng)用前景廣泛。

安卓系統(tǒng)；藍(lán)牙；代謝率檢測(cè)；遠(yuǎn)程醫(yī)療

[First-author’s address] Chinese Armed Police Force(CAPF) Shanghai Hospital, Shanghai 201103, China.

隨著我國(guó)人口老齡化進(jìn)程加快，各種慢性疾病在中老年人群中衍生。人們的健康意識(shí)漸漸提高，推動(dòng)了醫(yī)療模式轉(zhuǎn)變，由以治療為中心的醫(yī)療模式過(guò)渡到以預(yù)防為主、早期發(fā)現(xiàn)和治療的模式，醫(yī)療儀器從適用于醫(yī)院操作復(fù)雜的大型設(shè)備向既適用于醫(yī)院又適用于家庭的小型穿戴式、便攜式以及配備強(qiáng)大軟件功能的智能移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備過(guò)渡，且同時(shí)具備生理信號(hào)檢測(cè)、信息處理、信號(hào)特征提取、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸以及數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)等多種功能，能夠完成對(duì)患者進(jìn)行的長(zhǎng)時(shí)間無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)、診斷和治療，具有操作簡(jiǎn)單、移動(dòng)靈活、實(shí)時(shí)顯示結(jié)果及自動(dòng)報(bào)警等特點(diǎn)[1-3]。

目前，由于智能手機(jī)功能強(qiáng)大、使用靈活得到廣泛應(yīng)用，并且越來(lái)越多地應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域中。在人體生理參數(shù)檢測(cè)儀器中增加能夠與手機(jī)進(jìn)行通信的模塊，生理參數(shù)等諸多信息則可通過(guò)該檢測(cè)模塊傳輸?shù)绞謾C(jī)，利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以將信息上傳到醫(yī)院的服務(wù)器，因此移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)技術(shù)研究具有很好的應(yīng)用價(jià)值[4-6]。遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)人體生理參數(shù)的適時(shí)監(jiān)護(hù)。智能的移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)因?yàn)槠淙诵曰约耙撞僮鞯忍攸c(diǎn)，將會(huì)在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。本研究通過(guò)在人體局部代謝率檢測(cè)設(shè)備中集成藍(lán)牙模塊，利用智能手機(jī)系統(tǒng)中的藍(lán)牙接口，實(shí)現(xiàn)人體局部代謝率等生理參數(shù)從檢測(cè)模塊到手機(jī)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸(如圖1所示)。

圖1 遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)示意圖

1 Android系統(tǒng)

Android系統(tǒng)是基于Linux內(nèi)核的開源操作系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)分為4層[7]：①底層，以Linux內(nèi)核為基礎(chǔ)，包括內(nèi)存管理、進(jìn)程管理和驅(qū)動(dòng)模型等，藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)在其中實(shí)現(xiàn)；②系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層，包括C/C++庫(kù)以及Android運(yùn)行庫(kù)；③應(yīng)用框架層，主要包括編寫核心應(yīng)用時(shí)所使用的API框架；④應(yīng)用層，由Java語(yǔ)言編寫的程序，代謝率相關(guān)信息傳輸?shù)拈_發(fā)在此層實(shí)現(xiàn)。

Android系統(tǒng)從2.0版本開始支持藍(lán)牙，有關(guān)藍(lán)牙的類和接口都位于android.bluetooth包中，具體功能見表1。

表1 Android系統(tǒng)功能

2 人體局部代謝率檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

2.1 藍(lán)牙基本操作的實(shí)現(xiàn)

本研究采用Android系統(tǒng)4.2版本和Eclipse4.3.2工具進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)工作。在Android系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙傳輸?shù)墓δ埽譃橐韵虏襟E實(shí)現(xiàn)：①進(jìn)行權(quán)限聲明，具體操作在AndroidManifest.xml文件中實(shí)現(xiàn)[8-11]；②獲取藍(lán)牙適配器，可通過(guò)getDefaultAdapter()獲得本地藍(lán)牙適配器，遠(yuǎn)程藍(lán)牙適配器需要使用BluetoothDevice類；③在取得藍(lán)牙適配器之后，可請(qǐng)求開啟藍(lán)牙，之后系統(tǒng)開始搜索周圍藍(lán)牙設(shè)備。為了使手機(jī)能夠被其他藍(lán)牙設(shè)備(本模塊為代謝率檢測(cè)模塊)搜索到，需要進(jìn)入藍(lán)牙設(shè)置選中“可檢測(cè)性”復(fù)選框。

在搜索遠(yuǎn)程藍(lán)牙設(shè)備時(shí)可先使用BluetoothAdapter. getRemoteDevice()得到指定地址的BluetoothDevice。該類的功能是類似提供一個(gè)藍(lán)牙硬件地址簿，遠(yuǎn)程藍(lán)牙硬件地址使用BluetoothAdaphter來(lái)創(chuàng)建一個(gè)BluetoothDevice對(duì)象來(lái)完成操作[12]。當(dāng)手機(jī)和檢測(cè)模塊綁定成功，可以使用BluetoothAdapter. getBondedDevices方法獲得代謝率檢測(cè)設(shè)備列表。搜索到的藍(lán)牙設(shè)備通過(guò)廣播返回，所以，需要注冊(cè)廣播接收器來(lái)獲得已搜索到的藍(lán)牙設(shè)備。在程序開始時(shí)注冊(cè)廣播接收器，包括搜索已完成(ACTION_ DISCOVERY_FINISHED)和已搜索到設(shè)備(ACTION_ FOUND)兩個(gè)廣播接收器BroadcastReceiver，然后通過(guò)線程來(lái)控制藍(lán)牙設(shè)備的搜索(startDiscovery)，當(dāng)搜索中有觸發(fā)上面兩個(gè)接收器事件，就直接傳遞給接收器進(jìn)行保存，程序流程如圖2所示。

圖2 搜索設(shè)備流程圖

2.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)圖

藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)的方式和Socket類似，在網(wǎng)絡(luò)中使用Socket和ServerSocket控制客戶端和服務(wù)端的數(shù)據(jù)讀寫。藍(lán)牙通信同樣也是由藍(lán)牙客戶端和藍(lán)牙服務(wù)端Socket來(lái)完成，藍(lán)牙之間的數(shù)據(jù)傳輸采用基于RFCOMM協(xié)議的Socket連接實(shí)現(xiàn)[13]。在Android的藍(lán)牙API中BluetoothServerSocket和BluetoothSocket類可實(shí)現(xiàn)Socket通信，這兩個(gè)類都在android.bluetooth包中。BluetoothServerSocket是藍(lán)牙服務(wù)端Socket，BluetoothSocket是藍(lán)牙客戶端Socket。

手機(jī)服務(wù)器一般可通過(guò)線程使用listenUsingRfco mmWithServiceRecord()方法來(lái)注冊(cè)一個(gè)具有名稱和唯一識(shí)別的UUID號(hào)，然后利用BluetoothServerSocket. accept()方法一直監(jiān)聽代謝率生理參數(shù)檢測(cè)模塊的請(qǐng)求，得到請(qǐng)求后利用InputStream.read(byte[])方法接收代謝率檢測(cè)模塊的參數(shù)信息，并對(duì)數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的處理，最終調(diào)用BluetoothServer Socket.close()關(guān)閉藍(lán)牙服務(wù)器，程序流程如圖3所示。

圖3 服務(wù)器流程圖

藍(lán)牙協(xié)議分為核心協(xié)議、電纜替代協(xié)議、電話傳送控制協(xié)議和選用協(xié)議4層，其中最重要的是核心協(xié)議，藍(lán)牙的核心協(xié)議又是由基帶、鏈路管理、邏輯鏈路控制和適應(yīng)協(xié)議4部分組成。業(yè)務(wù)搜尋協(xié)議(SDP)是所使用模式的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)查詢?cè)O(shè)備信息、業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)特征，并在查詢之后建立兩個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間的連接。鏈路管理(LMP)負(fù)責(zé)建立藍(lán)牙組件間的連接。邏輯鏈路控制和適應(yīng)協(xié)議位于基帶協(xié)議層上，屬于數(shù)據(jù)鏈路層，是一個(gè)為高層傳輸和應(yīng)用層協(xié)議屏蔽基帶協(xié)議的適配協(xié)議。在本研究中，用戶模式運(yùn)用文件傳輸模式，文件傳輸模式提供兩終端間的數(shù)據(jù)通信功能[14-18]。

3 人體局部代謝率檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)之前所述的實(shí)現(xiàn)思路，本研究利用人體局部代謝率檢測(cè)來(lái)進(jìn)行藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)對(duì)象為人體的指端。在代謝率檢測(cè)儀器中增加藍(lán)牙傳輸模塊，調(diào)試成功之后與手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行配對(duì)連接、數(shù)據(jù)傳輸。其中，手機(jī)藍(lán)牙操作界面包括開啟藍(lán)牙、可被搜索設(shè)置以及搜索設(shè)備服務(wù)3部分。待搜索到藍(lán)牙設(shè)備，便將顯示在下方的list列表中。點(diǎn)擊列表中的藍(lán)牙設(shè)備，即開始數(shù)據(jù)傳輸，然后進(jìn)行其他相關(guān)的操作(如圖4所示)。

圖4 代謝率檢測(cè)端實(shí)物圖

本研究已經(jīng)在數(shù)據(jù)采集端對(duì)代謝率相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，在檢測(cè)端可以同時(shí)將指端溫度、指端濕度、輻射值、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度以及計(jì)算后的代謝率值發(fā)送到手機(jī)端。手機(jī)接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示，然后根據(jù)需要上傳到服務(wù)器。

4 結(jié)語(yǔ)

人體局部代謝率檢測(cè)系統(tǒng)立足于智能化的移動(dòng)醫(yī)療檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了將Android系統(tǒng)中的藍(lán)牙接口傳輸技術(shù)應(yīng)用于人體局部代謝率多生理參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)研究。本研究?jī)?nèi)容對(duì)構(gòu)建成熟的移動(dòng)醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)也起到積極作用，將多個(gè)生理參數(shù)從檢測(cè)端傳輸?shù)绞謾C(jī)端，然后通過(guò)3G、4G等移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)结t(yī)院服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了智能、實(shí)時(shí)的醫(yī)療檢測(cè)與監(jiān)護(hù)。智能Android手機(jī)系統(tǒng)中的藍(lán)牙技術(shù)，在生理數(shù)據(jù)傳輸方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Study on the detection system of human local metabolic rate based on embedded technology

LU Wei-min, CHEN Gang, CHEN Zhen-cheng// China Medical Equipment,2015,12(1):17-19.

Objective: To introduce the local human body metabolic rate measurement system based on the Smartphone with the Android operating system and realizes the transmission of physiological data from the detecting module to Smartphone. Methods: Embedding Bluetooth module in the module of detecting physiological parameters, the measurement target is fingers, so the detected physiological data can be sent to Smartphone with Android system. By develop apk application program, the Smartphone can realize the operation of opening the Bluetooth devices and searching the around Bluetooth devices, to realize the data transmission by the Socket connection, we develop the software which realizes showing data. Results: The Smartphone received the metabolic rate parameters from Bluetooth, and show the result on the surface. A study of the technology of transmitting physiological parameters information through the interface of Bluetooth in Android Smartphone is made in this paper. Conclusion: The paper is based on the Mobile Medicine Measuring System, realizes the technology of physiological parameters transmission through Bluetooth in Android system, which has a great broad application.

Android; Bluetooth; Metabolic rate measurement; Telemedicine

陸為民,男,(1964- ),大專，主管技師。武警上海市總隊(duì)醫(yī)院放射科，從事醫(yī)療設(shè)備的維修、管理和研發(fā)工作。

1672-8270(2015)01-0017-03

R197.324

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.01.005

2014-06-05

國(guó)家自然科學(xué)基金(61271119)“基于代謝能量守恒法的無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)機(jī)理研究”；國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2013BAI03B01)“無(wú)創(chuàng)檢測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等新型醫(yī)療器械產(chǎn)品研發(fā)”；廣西自然科學(xué)基金(2011GXNSFA18183)“能量代謝整合法無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究”

①武警上海市總隊(duì)醫(yī)院放射科 上海 201103

②桂林電子科技大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 廣西 桂林 541004

*通訊作者：lwm1964@126.com；chenzhcheng@163.com