檢測病人身體狀況的智能手環(huán)設(shè)計(jì)

許萍萍，劉紅梅，姜琰，王寧

（安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院， 安徽合肥，230601）

0 引言

那個(gè)只求溫飽的年代早已不在，隨著生活水平的不斷提高，健康才是硬道理。人們追求高質(zhì)量生活的同時(shí)，也不忘強(qiáng)調(diào)健康生活。健康的確十分重要。因此檢測人身體健康的智能手環(huán)便由此誕生，智能手環(huán)可適用于絕大多數(shù)群體，尤其是病患。它不僅是一款智能設(shè)備，更是健康管家。我們都知道，辦公室工作者每天面對著各類文件，工作壓力大，缺乏鍛煉，長久下去，身體素質(zhì)自然是會變差的，戴上這款智能手環(huán)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測到自己的健康狀況，同時(shí)智能手環(huán)和自己的手機(jī)設(shè)備連接[1]，可供佩戴者查看。

1 智能手環(huán)的研究現(xiàn)狀及前景

研究此課題是想讓我國在醫(yī)學(xué)方面可以得到更大的提升[2]。智能手環(huán)應(yīng)用在醫(yī)療方面，不僅可以節(jié)省人力物力還可為醫(yī)學(xué)者節(jié)省了大量時(shí)間。病患戴上手環(huán)可通過手環(huán)檢測身體狀況，免去了醫(yī)生每天查房的繁瑣[3]。同時(shí)，一般病患可不用住院，回家也可以保障身體安全。離開醫(yī)院壓抑的環(huán)境，不僅利于病人病情的恢復(fù)還為家人減輕經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

智能手環(huán)行業(yè)對中國人的生活產(chǎn)生了較為深刻的影響，從市場情況、行業(yè)服務(wù)、服務(wù)情況、市場規(guī)模切入到了生活的方方面面[4]，將智能手環(huán)加入到醫(yī)學(xué)應(yīng)用市場不僅可以大大節(jié)約人力物力還可以開拓更廣的醫(yī)學(xué)市場[5]。

縱觀目前智能手環(huán)的市場，作為一個(gè)較新興的產(chǎn)品，智能手環(huán)在可穿戴領(lǐng)域的關(guān)注度非常高，并且銷量也在逐步上漲，但由于該類產(chǎn)品還處于起步時(shí)期且并不是生活必需品，其不可能像智能手機(jī)一樣改變我們的生活習(xí)慣，不過隨著整個(gè)行業(yè)的高速發(fā)展，智能手環(huán)終將會出現(xiàn)革命性產(chǎn)品來改變整個(gè)行業(yè)[6-7]，尤其是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

2 檢測病人身體狀況的智能手環(huán)的設(shè)計(jì)框架

2.1 檢測病人身體狀況智能手環(huán)的硬件設(shè)計(jì)框架

如圖1所示，檢測病人身體狀況的智能手環(huán)不同于市面上普通的智能手環(huán)[8]。這款智能手環(huán)可以實(shí)時(shí)檢測病人的各項(xiàng)身體指標(biāo)[9]，一旦指標(biāo)超出正常指標(biāo)范圍，便可通過揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)[10],提醒佩戴者查閱相應(yīng)指標(biāo)數(shù)值，并根據(jù)相應(yīng)警告信息采取對應(yīng)的措施[11-12]。此手環(huán)由單片機(jī)STM32F103C8T6主控芯片[13]、傳感器（Pulse sensor脈搏心率傳感器采集心率變化）[14]、振動器、藍(lán)牙、LED1062顯示屏、蜂鳴器、電源等組成[15]。手環(huán)佩戴在手腕上會有一個(gè)金屬傳感器與皮膚直接接觸，通過傳感器與皮膚的接觸將人的各項(xiàng)指標(biāo)傳到主控芯片[16]，主控芯片傳輸給顯示屏顯示，同時(shí)主控芯片還會進(jìn)行判斷，一旦超過正常范圍就會出發(fā)蜂鳴器發(fā)出警告，及時(shí)提醒用戶自己的身體狀況，方便與用戶及時(shí)采取相應(yīng)措施，避免危險(xiǎn)發(fā)生。手環(huán)也可通過藍(lán)牙連接到手機(jī)。又或病人在醫(yī)院直連主治醫(yī)師的電腦，方便醫(yī)生實(shí)時(shí)了解病人身體狀況。

圖1 檢測病人身體狀況的智能手環(huán)的硬件設(shè)計(jì)框架

2.2 檢測病人身體狀況智能手環(huán)的工作原理

非住院病人佩戴時(shí)，手環(huán)中的傳感器會每隔十分鐘檢測一次心率、血壓、血糖等一旦測量值超出正常值范圍就會立即發(fā)出警報(bào)。如果警報(bào)沒有被佩戴者關(guān)閉，就說明佩戴者可能處于危險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)智能手環(huán)就會通過藍(lán)牙上傳至云平臺聯(lián)系到之前設(shè)置的緊急聯(lián)系人。若系統(tǒng)監(jiān)測穿戴者處于運(yùn)動狀態(tài)，因運(yùn)動導(dǎo)致檢測值偏高，同樣會發(fā)出警報(bào)提醒，穿戴者只需在五分鐘內(nèi)關(guān)閉即可，此種狀態(tài)不會觸發(fā)聯(lián)系緊急聯(lián)系人模式[17]。若穿戴者超過五分鐘沒有動作，主控芯片會立即發(fā)出指令，傳感器接收后進(jìn)行感應(yīng)測量，一旦檢測到身體指標(biāo)偏高或者偏低，系統(tǒng)會判斷穿戴者是否處于昏迷狀態(tài)，隨即發(fā)出警報(bào)，若五分鐘內(nèi)警報(bào)被穿戴者關(guān)閉那么指令就自動解除，否則就會被認(rèn)為處于昏迷狀態(tài)，持續(xù)發(fā)出昏迷警報(bào)。由于睡眠狀態(tài)下血壓、心率等會比清醒狀態(tài)下的指標(biāo)偏低，系統(tǒng)會根據(jù)時(shí)間判斷是否處于睡眠狀態(tài)。同時(shí)穿戴者可在睡覺前將手環(huán)調(diào)成睡眠模式，排除因睡眠引起的錯(cuò)誤警報(bào)。

住院病人在住院期間，醫(yī)生可根據(jù)病人的不同體征設(shè)置各項(xiàng)指標(biāo)，一旦檢測指標(biāo)與所設(shè)指標(biāo)有差別時(shí)，主控芯片會第一時(shí)間將數(shù)據(jù)傳輸給主治醫(yī)師，并發(fā)出警報(bào)來提醒醫(yī)生，方便醫(yī)生接收到數(shù)據(jù)后了解病人病情。醫(yī)生可直接在電腦上查看手環(huán)檢測到的數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)正常，醫(yī)生可關(guān)閉警報(bào)，病人處于正常狀態(tài)；若數(shù)據(jù)不在正常范圍內(nèi)，醫(yī)生需立即到病房對病人進(jìn)行全面檢查。

2.3 檢測病人身體狀況智能手環(huán)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

目前我國在創(chuàng)新和醫(yī)療設(shè)備的核心技術(shù)上與發(fā)達(dá)國家有一定的距離，只有不斷的創(chuàng)新去彌補(bǔ)不足，在醫(yī)療設(shè)備上實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械的核心技術(shù)逐步成熟。檢測病人身體狀況的智能手環(huán)在設(shè)計(jì)上同樣是具有一定難度的，比如如何將單片機(jī)STM32F103C8T6主控芯片與傳感器（Pulse sensor脈搏心率傳感器采集心率變化）連接才能最高效的將數(shù)據(jù)整合并傳輸至云平臺[18]。內(nèi)部電路圖結(jié)構(gòu)以及單片機(jī)各端口的連接方式是需要通過查閱大量資料和實(shí)驗(yàn)才能確定的。

3 檢測病人智能手環(huán)的創(chuàng)新之處

3.1 人性化報(bào)警提示安全性

佩戴上智能手環(huán)之后，一旦傳感器與皮膚接觸便可檢測到使用者的各項(xiàng)身體指標(biāo)，如心率、血壓、血糖、血脂、血尿酸等，一旦有異常，便會立即發(fā)出警報(bào)提示用戶，引起用戶注意。

3.2 節(jié)能與環(huán)保性

此手環(huán)摒棄傳統(tǒng)，不用鋰電池，不用數(shù)據(jù)線，采用無線充電模式，只需將表面放在充電臺上，20分鐘即可充滿，充滿一次可使用半年。無線充電避免了數(shù)據(jù)線纏繞的繁瑣也防止了鋰電池對環(huán)境造成不可逆的污染。這對目前的環(huán)境來說是十分友好的，不僅沒有污染環(huán)境還有助于人們更好的了解自己的身體狀況，更好的管理自己身體的各個(gè)方面。

3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測性

市面上普通手環(huán)只有計(jì)時(shí)和檢測心跳的功能，但此款手環(huán)一旦戴上就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測佩戴者的身體各項(xiàng)指標(biāo)，這對佩戴者來說是十分人性化的，只要戴上手環(huán)，就不用為身體健康過多的擔(dān)憂，想要了解自身身體狀況時(shí)只需要通過藍(lán)牙連接到手機(jī)進(jìn)行查看，極其方便。

4 總結(jié)

檢測病人身體狀況的智能手環(huán)醫(yī)學(xué)市場價(jià)值將會更大，各個(gè)醫(yī)院都會采購智能手環(huán)將其作為一種醫(yī)療機(jī)械來使用，這不僅大大節(jié)約了人力，還為醫(yī)務(wù)人員減輕了工作量，同時(shí)也為醫(yī)院空出床鋪，為更急切需要床位的病人也提供了幫助。智能手環(huán)還可聽音樂，減緩因身體不適而帶來的負(fù)面情緒，有助于恢復(fù)身體健康。