基于MSP430和GSM移動通信的血糖監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計
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對應(yīng)于2.2- 27.8mmol/L的血糖濃度，酶電極的響應(yīng)電流約為3—50μA。血糖儀就是通過這一對應(yīng)關(guān)系來計算顯示血樣葡萄糖濃度值的。根據(jù)曲線可知酶電極上的反應(yīng)電流在11s左右出現(xiàn)峰值，因此系統(tǒng)設(shè)定前11s為酶電極的反應(yīng)時間，后5.3s為酶電極的采集時間。對5.3s的電流面積積分，得到電量Q，再根據(jù)已知的血糖的濃度C0可以由公式求出標準系數(shù)K：
Q =∫I(t)dt = K C0
K = Q/ C0
從而求出所測試的血糖濃度：
Cx = Q/K
溫度是影響酶的活性及酶催化反應(yīng)速度的重要因素之一[2]。因此要保證測量的精度，必須進行溫度補償。經(jīng)系統(tǒng)測試及相關(guān)的結(jié)果分析得到溫度補償公式如下：
Kt = 0.0133t + 0.067
考慮到溫度補償，因此，血糖濃度計算公式如下：
Cx = Q/（K ×Kt）
2.3 通信軟件設(shè)計
Java手機操作系統(tǒng)都支持標準的J2ME MIDP1.0 Java標準。J2ME是SUN公司推出的針對嵌入式消費類電子產(chǎn)品的開發(fā)平臺。Motorola公司生產(chǎn)的Motorola388，A388C等手機不僅支持標準的J2ME MIDP1.0 Java標準，還推出了Motorola SDK for J2ME，實現(xiàn)了一些CLDC/MIDP提供的接口功能[3]。
手機與血糖儀通過串口連接，所以使用手機正確、實時地接收血糖儀發(fā)送的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。經(jīng)過多次實驗，采用多線程的開發(fā)模式可以準確、快速地讀取血糖儀發(fā)送至手機的數(shù)據(jù)。
在編寫串行通信程序時，要用到j(luò)avax.microedition.io包中的Connector類和StreamConnection、InputStream和OutputStream 接口。在J2ME中所有的連接都是使用Connector類的open(String connect)方法建立的，不同的連接可以通過傳遞不同的參數(shù)connect實現(xiàn)[4,5,6,7,8]。
2.4在MotorolaA388上運行
基本按以下5個步驟：
(1)打包：編譯通過后，使用JBuilder Wizard菜單中的Archive Builder項，選擇Archive type為MIDlet，隨提示即可完成打包。
(2)在PC機上運行：運行MIDlet，更新打包文件：.jar與.jad文件。
(3)下載：用手機提供的數(shù)據(jù)線把手機和PC機串口相連，選擇手機上“通過數(shù)據(jù)線下載”菜單選項，再通過摩托羅拉388免費提供的一個名為pcjal.exe的下載工具，可很容易地將MIDlet下載到手機上。
(4)安裝：一般手機下載完一個J2ME程序后，就會自動進行安裝。將程序存儲在手機的指定位置里。
(5)在MotorolaA388C上運行：程序安裝完后，手機就會在程序菜單中顯示該應(yīng)用程序，用戶選擇該菜單項后就可以運行程序。界面如圖4所示。
圖4 運行界面
3 糖尿病監(jiān)護中心設(shè)計
糖尿病監(jiān)護中心的硬件部分主要由一臺服務(wù)器連接一個GSM模塊組成。選用的是SIEMENS公司的無線模塊MC35[9]。硬件電路主要分為四個部分:電源電路，用于提供6V-12V的電源；串口電路，用于與計算機串口進行連接；SIM卡電路，用于SIM卡與模塊的連接；MC35模塊驅(qū)動電路，用于對MC35無線通信模塊進行點火驅(qū)動。
軟件系統(tǒng)如圖5所示。其中，人機接口模塊，還增加了由用戶手動輸入數(shù)據(jù)的功能；糖尿病病理數(shù)據(jù)庫包括知識庫和規(guī)則庫，知識庫中存放和管理有關(guān)糖尿病診斷的專家經(jīng)驗和知識，規(guī)則庫用于存放糖尿病診斷與鑒別診斷的規(guī)則；患者信息庫用來保存患者的血糖測量值及一些背景信息。系統(tǒng)與GSM模塊的通信采用串行通信協(xié)議，短信管理使用AT指令[10]。
圖5 系統(tǒng)功能框圖
4 結(jié)果與討論
手機血糖儀操作簡單, 測試時，用戶進入血糖測試界面（如圖4所示），點擊運行鍵，屏幕會提示插入血樣試紙，隨后會出現(xiàn)15S倒計時狀態(tài),當?shù)褂嫊r為“0”時顯示血糖濃度測試結(jié)果，測試結(jié)果可以直接點擊發(fā)送短信鍵，通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至MA35I，再由遠程糖尿病診斷系統(tǒng)接收存儲并給出診斷結(jié)論后反饋給患者。
目前，最為準確地測量方式還是醫(yī)院的靜脈采血測試，但需要患者抽取大量的靜脈血，所以比對本系統(tǒng)的血糖儀選擇了相對測量較準確的強生血糖儀，表1中給出了絕對誤差值與最大相對誤差值。
表1 測量結(jié)果與誤差值
從測試結(jié)果可以看出，基于手機的血糖儀重復(fù)性誤差最大值為1.01﹪，濃度最大相對誤差為5.98﹪，在醫(yī)療器械規(guī)則的誤差范圍內(nèi)，因此認為自行研制的基于手機的血糖測試儀符合標準。
經(jīng)過收發(fā)短信的測試，系統(tǒng)運行正常；測量的數(shù)據(jù)與知識庫中的相比對，按照簡單的規(guī)則，可自動給出診斷結(jié)論，也可由醫(yī)生修改或加入建議。
后期要繼續(xù)完善本系統(tǒng)，并在并系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進行人體其他生理參數(shù)的監(jiān)測研究，如血壓、脈搏、心電等，利用無線和有線連接，將數(shù)據(jù)存儲至遠程醫(yī)療中心服務(wù)器，并使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)進行個體發(fā)病預(yù)測及疾病分類。
在移動設(shè)備與現(xiàn)代醫(yī)學高速發(fā)展的天，操作簡單，方便，便攜的移動監(jiān)測設(shè)備與遠程醫(yī)療中心的配合是醫(yī)療儀器的發(fā)展趨勢。本文基于Java手機實現(xiàn)了與血糖儀在多線程模式下的串行通信，利用手機顯示存儲測量的結(jié)果，并且以短信的形式發(fā)送至遠程服務(wù)器，從而得到專家的建議與治療方案。今后隨著嵌入式技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的繼續(xù)快速發(fā)展，移動式的醫(yī)療儀器會擁有更廣闊的應(yīng)用和市場前景。
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