基于蓝牙4.0的家用远程胎儿监护系统设计

发布时间：2019-08-05 20:44

【摘要】：胎儿监护是保障围产期孕妇和胎儿安全、实现优生优育的重要手段。据统计,我国至少10%的严重智力迟钝和30%的大脑麻痹患者是由于胎儿在子宫生长过程中处于缺氧的窘迫状态下导致的。因此,对围产期孕妇进行产前胎儿监护,及早发现胎儿异常情况,保证胎儿健康是十分有意义的。随着近来我国二胎政策的放开和推出,未来几年,新生儿的数量将大大的增加,母婴健康监护变得至关重要。目前,胎儿在生长发育过程中的临床监护参数主要包括：胎心率、心动、心电、宫缩压、血氧等。其中,胎心率、宫缩和胎动是临床上常见的监护参数。胎心率是指胎儿心脏跳动的频率。在临床上,医生对胎心率曲线进行分析,从胎心率曲线中分析和计算出胎心率基线、加速、减速、长变异等参数,并利用Krebs、Fischer、NST或者CST评分工具对参数进行自动评分,分数可以为判断胎儿健康状况提供参考,预测胎儿在宫内的状态。这样可以减少因胎儿缺氧、宫内窘迫造成的胎儿残疾或者死亡的概率,达到优生优育的目的。在临床上,通过电子监护系统实时的对胎儿进行监护,较早地发现胎儿在生长发育过程中的异常情况,并及时采取相应的医疗措施,进行产前治疗,可以降低胎儿残疾和胎儿的死亡率。60年代基于超声多普勒原理的胎儿监护仪被应用于产科临床。随着电子技术和信息技术的发展以及大量临床资料和仪器的使用和交流,基于超声多普勒原理的胎儿电子监护已成为国际上最流行的胎儿监护方法。胎儿电子监护仪一般包括胎儿信号的采集、信号的处理和信号的显示、记录、保存。信号的采集部分一般是由各种探头组成,如胎心探头、宫缩压探头和胎动探头等。信号处理和显示部分一般由数字信号处理芯片(DSP)或者单片机(MCU)实现。目前,互联网技术在电商、医疗等领域的成功应用,使得互联网技术飞速发展,将互联网技术应用到胎儿监护中是目前胎儿电子监护仪的研究热点。例如,通过局域网对各个科室的胎儿监护仪进行组网,将各个监护仪的监护结果传输到中央监护仪器上,实现产科多床位的集中监护。再比如,孕妇在家中利用胎儿监护终端采集监护数据,通过电话线或者GSM等网络将监护数据传输至医院的监护服务器上,专家通过胎儿评估工具对数据进行分析、诊断,实现远程胎儿监护。但是,上述的胎儿监护仪产品存在很多不足之处,比如：孕产妇身上捆绑多个传感器,有太多电缆缠绕,无法离开床位,很不方便：基层医院因为技术门槛高而无法开展胎儿电子监护；基于GSM网络的传输速度慢,干扰较大等。为了解决上述问题,通过查阅相关资料和文献,将互联网和短距离无线通信技术应用到胎儿监护中,无线探头去除传感器的捆绑以及电缆的缠绕,互联网技术将胎儿监护仪与医院联网,可实现家用远程胎儿监护的目的。本文结合医疗信息化“智慧医疗”和“移动医疗”的发展趋势,基于互联网和短距离无线通讯技术,设计和研发了一套家用远程胎儿监护系统。系统主要包括无线蓝牙探头模块、智能监护端APP模块、服务器模块。用户通过无线蓝牙探头采集胎心率数据,并利用蓝牙无线通讯技术将数据传输给智能监护端APP,智能监护端APP接收监护数据,并对数据进行显示和保存。然后智能监护端通过网络将监护数据传输至医院服务器,专家医生下载服务器的监护数据,利用评分工具对数据进行评分和诊断,并将诊断结果上传到服务器中,用户可通过智能监护端下载自己的诊断结果,实现远程监护的目的。本系统摆脱了传统监护探头太多电缆线缠绕和孕妇无法正常移动的束缚。孕妇可随时在家对胎儿进行实时的健康监护,这样既减轻了医院排队挂号的负担又方便了孕妇。目前,短距离无线通讯技术的实现主要有IrDA、蓝牙技术、Wi-Fi技术、Zigbee、RF等。本文从通信距离、功耗、开发难易程度等方面对以上技术进行比较,最终,选择蓝牙4.0技术作为本系统无线通信技术的解决方案。蓝牙4.0相比其他的无线通讯技术具有低功耗、连接速度快、开发容易等特点,并且还可以与智能手机相连接,应用非常广泛。其标称的室外空旷通信距离可以达到30米,标称的传输速率可达到250Kbps,满足系统的要求。本系统选择TI公司生产的CC2540蓝牙芯片作为无线传输端的核心芯片。CC2540芯片其内置的是一个增强型的51单片机,其工作频率是32MHz,集成了2.4GHZ的射频收发器,8通道分辨率可编程的ADC(模数转换)。一个CC2540主节点最多可以与八个CC2540从节点连接。CC2540基于蓝牙4.0协议栈实现数据的无线传输。本文利用IAR开发平台,基于蓝牙4.0协议栈和C语言实现各个程序模块的开发和设计。程序设计模块主要包括串口程序模块、Flash存储模块、无线蓝牙发送接收、TFT屏驱动程序设计等。本文基于Android操作系统平台实现智能监护端APP的设计。Android的手机操作平台具有开放性和开源性,减少了软件开发的工作,使得软件的开发具有更好的弹性和拓展性。智能手机一般都集成了蓝牙4.0技术,通过智能监护端APP对监护数据进行接收和处理,不需要研发专门的监护主机设备,大大缩减了系统研发的开支。智能手机应用广泛、易携带,使得胎儿监护更加快捷、便携、智能。本系统设计的智能监护端APP主要功能包括：实时监护、病历报告、监护数据存储以及医患交流等。智能监护端以数字和曲线的形式显示胎心率数据,并对数据进行本地存储,其存储的文件为二进制文件。本系统的服务器开发部分主要是在Windows系统上进行,开发平台采用J2EE平台,服务器是基于Apache的Tomcat服务器进行搭建。采用HTTP协议和Servlet技术实现服务器的访问和响应,基于MySQL数据库实现数据的保存,主要实现一个基于B/S模式的数据管理系统。服务器的程序开发主要是采用MVC三层架构模式,即模式、视图和控制器。这样不仅提高开发的效率和速度,而且易于调试。MySQL数据库是一种关系型数据库,由表、查询、窗体、报表等模块组成,具有体积小、成本低、速度快等特点。通过JDBC (Java Data Base Connectivity)技术实现与MySQL数据库进行连接。JDBC是Java中连接各类数据库提供的接口技术,支持基本的SQL语言,并提供一个通用的底层应用程序编程接口。本文首先介绍了国内外母婴监护系统的发展现状,并对胎儿监护仪器的发展史进行一个阐述和对比,分析了不同胎儿监护设备的特点和不足。然后对本系统的整体架构进行一个具体的分析和概述,并对胎心率的采集原理、临床意义和算法实现进行分析、讨论。最后本文对设计的系统进行了误码率、传输距离和整机的测试。测试结果表明,测试效果良好,系统基本可以实现家用胎儿监护系统的各个功能。在围产医学领域中远程家用无线胎儿电子监护已成为家庭监护及社区监护的一项重要内容,有着非常广泛的应用意义和发展前景。随着本项目的进一步优化和研究,在后续的工作中会将云计算技术应用到本系统中,从而可以在第一时间进行资源调度,以最高的效率处理采集到的各种监护信息并进行跟踪。本系统的设计为国内外智能化、远程化产科监护的发展提供了参考,具有很高的应用价值。
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789

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