【正文】 有較大的危害性、突發(fā)性，而且病癥具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，要求搶救的時(shí)效性非常高；同時(shí)，由于我國(guó)人口數(shù)量大、密度高，而且老齡化嚴(yán)重，如何保障人們得到適當(dāng)?shù)尼t(yī)療將是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展使我們看到了移動(dòng)醫(yī)療的曙光，正如移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展一樣，遠(yuǎn)程移動(dòng)醫(yī)療及其相關(guān)技術(shù) 的發(fā)展也必將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，技術(shù)也將日漸成熟完善。 雖然有線傳輸在遠(yuǎn)距離傳送時(shí)不必增加功率，成本較低，可方便地利用現(xiàn)有的電話通訊線路傳送信號(hào)及指導(dǎo)測(cè)量，但是如果遠(yuǎn)程醫(yī)療采用有線傳輸技術(shù)會(huì)限制被測(cè)對(duì)象活動(dòng)，給用戶帶來(lái)極大的不便。而且，隨著現(xiàn)在生活節(jié)奏的加快以及生活方式的改變，采用有線傳輸技術(shù)的方案已不能滿足人們的需要。利用現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，正好可以解決這一難題。它可以隨時(shí)隨地把被監(jiān)測(cè)對(duì)象的各項(xiàng)信息發(fā)送給監(jiān)護(hù)中心，監(jiān)護(hù)中心可以根據(jù)信息山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 2 作出相應(yīng)的處理。基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程移動(dòng)醫(yī)療將會(huì)成為未來(lái)遠(yuǎn)程醫(yī)療的主要形式?；?GPRS 的遠(yuǎn)程移動(dòng)醫(yī)療，可以 對(duì)戶外 檢測(cè)對(duì)象 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，并把 實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)護(hù)中心 ， 同時(shí) 醫(yī)療信息平臺(tái)還可以提供各種醫(yī)療服務(wù)。 因此，具有無(wú)線 移動(dòng)通信 功能的監(jiān)護(hù)和急救系統(tǒng)在臨床 醫(yī)療 中 將會(huì) 發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用 。 遠(yuǎn)程移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)是利用傳感技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)用戶的各項(xiàng)生理參數(shù)，并且可以讓采集到的參數(shù)發(fā)送到監(jiān)護(hù)中心。系統(tǒng)縮短了醫(yī)生與病人之間的 距離，醫(yī)生還可以參考傳回的數(shù)據(jù)為患者提供及時(shí)的醫(yī)療服務(wù)。監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可以監(jiān)護(hù)的范圍不止局限在醫(yī)院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)，它可監(jiān)護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的任何地方。特別是隨著社會(huì)老齡化的加劇，遠(yuǎn)程移動(dòng)醫(yī)療正可解決這一難題。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)老年人的各項(xiàng)生理參數(shù)并發(fā)回?cái)?shù)據(jù)，監(jiān)護(hù)中心的醫(yī)護(hù)人員根據(jù)數(shù)據(jù)判斷老年人的身體狀況，并且在緊急情況下提供急救服務(wù)。遠(yuǎn)程移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)是順應(yīng)社會(huì)發(fā)展及人民對(duì)醫(yī)療的需求而發(fā)展起來(lái)的。隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)也將會(huì)有突破性的發(fā)展。 國(guó)內(nèi)外遠(yuǎn)程移動(dòng)醫(yī)療的發(fā)展?fàn)顩r 移動(dòng)醫(yī)療是近幾年來(lái)遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi) 一個(gè)研究熱點(diǎn)，但在遠(yuǎn)程醫(yī)療中又是一個(gè)相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，它提供了一種通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)地移動(dòng)對(duì)象生理參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)來(lái)研究其生理功能的方法 [2]。 國(guó)內(nèi)有關(guān)遠(yuǎn)程醫(yī)療方面的研究大多是利用電話線傳輸醫(yī)學(xué)圖像或利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診。例如：“心臟 BP 機(jī)”也是利用固定電話實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸； 中衛(wèi)萊康科技發(fā)展（北京）有限公司的技術(shù)部負(fù)責(zé)人介紹說(shuō)，遠(yuǎn)程心臟監(jiān)護(hù)技術(shù)主要由信息采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理等幾部分構(gòu)成。信息采集技術(shù)是在傳統(tǒng)醫(yī)療器械的基礎(chǔ)上根據(jù)移動(dòng)特性修改的，已相當(dāng)成熟。而此前一些人比較擔(dān)心目前的網(wǎng)絡(luò)能否準(zhǔn)確傳輸遠(yuǎn)程心臟監(jiān)護(hù)中需要的大山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 3 量、復(fù)雜數(shù)據(jù)，其實(shí)這在目前 的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下也不再是技術(shù)難題。放眼3G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，數(shù)據(jù)傳輸速率將更加快速，用戶使用會(huì)更加方便，而且預(yù)期的使用費(fèi)也會(huì)更加便宜，可以實(shí)現(xiàn)瞬間完成心電數(shù)據(jù)等內(nèi)容的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù) ；福州大學(xué)已研制成的“ CTTM1000 遠(yuǎn)程心電中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)”，用戶端的心電監(jiān)測(cè)發(fā)送裝置由無(wú)線發(fā)送和座機(jī)兩部分組成，可工作于基本聲禍合和無(wú)線發(fā)射轉(zhuǎn)發(fā)工作方式，最后通過(guò)電話線傳送數(shù)據(jù)，可對(duì)患者心電進(jìn)行監(jiān)護(hù)和動(dòng)態(tài)分析，存儲(chǔ)異常心電并報(bào)警，患者可隨時(shí)將已存儲(chǔ)的或?qū)崟r(shí)的心電信號(hào)通過(guò)公用電話網(wǎng)以 數(shù)字調(diào)制方式傳送到醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心 [5]。此外還有 解放軍總后勤部衛(wèi)生部提出了軍隊(duì)衛(wèi)生系統(tǒng)信息化建設(shè) “ 三大工程 ” ，并分別被列為國(guó)家 “ 金衛(wèi)工程 ” 軍字 3 號(hào)工程，其中軍字 2 號(hào)工程即為建設(shè)全軍醫(yī)藥衛(wèi)生信息網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診系統(tǒng)； 1995 年上海教育科研網(wǎng)、上海醫(yī)大遠(yuǎn)程會(huì)診項(xiàng)目啟動(dòng)，并成立了遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診研究室。 上海醫(yī)科大學(xué)建立并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)第一家較為完善的基于 INTERNET 網(wǎng)的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)模型，該系統(tǒng)模型主要采用客戶 /服務(wù)器框架結(jié)構(gòu)，以支持分布式并發(fā)和多媒體處理的 SYBASE 數(shù)據(jù)庫(kù)作為主要的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，利用 目前應(yīng)用廣泛的桌面視頻會(huì)議系統(tǒng)作為遠(yuǎn)程專家會(huì)診的技術(shù)主干，在實(shí)驗(yàn)和推廣過(guò)程中取得了比較成功的經(jīng)驗(yàn)。 2020 年 1 月12 日在人民大會(huì)堂舉行了“中國(guó)遠(yuǎn)程心電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系”的啟動(dòng)儀式，解決中國(guó)心血管疾病，降低發(fā)病率、復(fù)發(fā)率、致殘率和致死率，提高全民保健意識(shí) [6]。 國(guó)外在 60 年代開始進(jìn)行移動(dòng)醫(yī)療方面的研究。 美國(guó)聯(lián)航正投入試驗(yàn)運(yùn)行的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)，提供了全方位的生命信號(hào)檢測(cè)，包括心臟、血壓、呼吸等。在飛行過(guò)程中，可通過(guò)移動(dòng)通訊系統(tǒng)及時(shí)得到全球各地的醫(yī)療支持 ；希臘還有一種安裝于救護(hù)車的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，通過(guò) GSM 網(wǎng)與醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中 心取得聯(lián)系，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)患者生理參數(shù)，及時(shí)獲得醫(yī)生指導(dǎo)，爭(zhēng)取搶救時(shí)間，這一系統(tǒng)已在希臘、瑞典、意大利、塞浦路斯投入使用；日本北海道大學(xué)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 4 的一個(gè)遠(yuǎn)程醫(yī)療小組研究了多種移動(dòng)通信方式的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，可用于飛機(jī)、輪船、救護(hù)車等移動(dòng)條件下的病人監(jiān)護(hù)； 喬治亞州教育醫(yī)學(xué)系統(tǒng)（ CSAMS）是目前世界上規(guī)模最大、覆蓋面最廣的遠(yuǎn)程教育和遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)，可進(jìn)行有線、無(wú)線和衛(wèi)星通信活動(dòng)，遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)是其中的一部分。 目前，面向家庭、個(gè)人的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)成為醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，隨著數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展和完善，基于 GPRS 的移動(dòng)醫(yī)療 必將成為遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，在人們的日常生活中起者舉足輕重的作用。 本論文研究的內(nèi)容 本論文主要研究了移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集終端部分，該終端由五部分組成：心電采集、體溫采集、主控電路、液晶顯示和串行通信。該終端由用戶隨身攜帶，隨時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的生理信號(hào)，并可通過(guò)液晶實(shí)時(shí)顯示。本文詳細(xì)論述了信號(hào)采集的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程，利用數(shù)據(jù)處理軟件處理生理信號(hào)的方法過(guò)程以及主控電路及外圍電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。此外，本終端還設(shè)置有 RS232 口、 USB 口和藍(lán)牙通信模塊，能方便直接和監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行可靠數(shù)據(jù)通信。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)特性分析 5 2 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)特性分析 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn) 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號(hào)，它是由復(fù)雜的生命體發(fā)出的不穩(wěn)定的自然信號(hào)，從信號(hào)本身特征、檢測(cè)方式到處理技術(shù)，都不同于一般的信號(hào) [7]。 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)由于受到人體諸多因素的影響，因而有著一般信號(hào)所沒(méi)有的特點(diǎn)。①信號(hào)弱，例如從母體腹部取到的胎兒心電信號(hào) 10~50uV。腦干聽(tīng)覺(jué)誘發(fā)響應(yīng)信號(hào)小于 1uV。②噪聲強(qiáng)，由于人體自身信號(hào)弱，加之人體又是一個(gè)復(fù)雜的整體，因此信號(hào)易受噪聲的干擾。如胎兒心電混有很強(qiáng)噪聲，它一方面來(lái)自肌電、工頻等干擾，另一方面， 在胎兒心電中不可避免地含有母親心電，母親心電相對(duì)我們要提取的胎兒心電則變成了噪聲。③頻率范圍一般較低，除心音信號(hào)頻譜成份稍高外，其他電生理信號(hào)頻譜一般較低。④隨機(jī)性強(qiáng)，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)不但是隨機(jī)的，而且是非平穩(wěn)的。正是因?yàn)樯镝t(yī)學(xué)信號(hào)的這些特點(diǎn)，使得生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理成為當(dāng)代信號(hào)處理技術(shù)最可發(fā)揮其威力的一個(gè)重要領(lǐng)域 [7]。 生物信號(hào)如從電的性質(zhì)來(lái)講，可以分成電信號(hào)和非電信號(hào)，如心、 肌電、腦電等屬于電信號(hào)；其它如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于非電信號(hào) [7]。 心電信號(hào)屬生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，具有如下特點(diǎn)：信 號(hào)具有近場(chǎng)檢測(cè)的特點(diǎn)，離開人體表微小的距離，就基本上檢測(cè)不到信號(hào)；心電信號(hào)通常比較微弱，幅值范圍 一般 為 ～ 5mV；屬低頻信號(hào)， 主要頻率范圍為 ～ 100Hz；干擾特別強(qiáng) ， 干擾既來(lái)自生物體內(nèi)，如肌電干擾、呼吸干擾等；也來(lái)自生山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)特性分析 6 物體外，如工頻干擾、信號(hào)拾取時(shí)因不良接地等引入的其他外來(lái)串?dāng)_等；干擾信號(hào)與心電信號(hào)本身頻帶重疊 (如工頻干擾等 )。 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的心電信號(hào)是由幾個(gè)重要的心電波形組成的，如 QRS 波群、 P波、 T 波等，如圖 所示。正常情況下，在每個(gè)心搏中基本上都存在這些波形，一段時(shí)間的心電信號(hào)具有一個(gè)準(zhǔn)周 期的特點(diǎn)，信號(hào)之間存在很大的冗余度，這個(gè)也是心電數(shù)據(jù)壓縮的理論根基。 PQSTUQ T 間 期P R 間 期 Q R S 間 期 S T 間 期S T 段P R 段 圖 標(biāo)準(zhǔn)心電信號(hào)的波形組成 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)方法 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)是對(duì)生物體中包含生命現(xiàn)象、狀態(tài)、性質(zhì)、變量和成份等信息的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和量化的技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的研究，是根據(jù)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)所采集到的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行分析、解釋、分類、顯示、存儲(chǔ)和傳輸，其研究目的一是對(duì)生物體系結(jié)構(gòu)與功能的研究，二是協(xié)助對(duì)疾病進(jìn)行診斷和治療 [7]。 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)是生 物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科研究中的一個(gè)先導(dǎo)技術(shù)，由于研究者所站的立場(chǎng)、目的以及采用的檢測(cè)方法不同，使生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)的分類呈現(xiàn)多樣化，具體介紹如下：①無(wú)創(chuàng)檢測(cè)、微創(chuàng)檢測(cè)、山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)特性分析 7 有創(chuàng)檢測(cè)；②在體檢測(cè)、離體檢測(cè)；③直接檢測(cè)、間接檢測(cè)；④非接觸檢測(cè)、體表檢測(cè)、體內(nèi)檢測(cè)；⑤生物電檢測(cè)、生物非電量檢測(cè)；⑥形態(tài)檢測(cè)、功能檢測(cè)；⑦處于拘束狀態(tài)下的生物體檢測(cè)、處于自然狀態(tài)下的生物體檢測(cè)；⑧透射法檢測(cè)、反射法檢測(cè)；⑨一維信號(hào)檢測(cè)、多維信號(hào)檢測(cè)；⑩遙感法檢測(cè)、多維信號(hào)檢測(cè)；⑩一次量檢測(cè)、二次量分析檢測(cè)；⑩分子級(jí)檢測(cè)、細(xì)胞級(jí)檢測(cè)、系統(tǒng)級(jí)檢測(cè) [7]。 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的數(shù)據(jù)處理 在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的提取、處理過(guò)程中，廣泛應(yīng)用了各種電子學(xué)處理方法，模擬濾波器在各種預(yù)處理電路中幾乎是必不可少的，已成為生物醫(yī)學(xué)儀器中的基本單元電路。有源濾波器實(shí)質(zhì)上是有源選頻電路，它的功能是允許指定頻段的信號(hào)通過(guò)，而將其余頻段的信號(hào)加以抑制或使其急劇衰減。各種生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的低噪聲放大，都是首先嚴(yán)格限定在信號(hào)所包含的頻譜范圍之內(nèi)。例如心電信號(hào)的頻率范圍在 ~100Hz，所以可以用低通、高通濾波器將采集的信號(hào)的頻段限制在這個(gè)范圍內(nèi)。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量中的50Hz 工頻干 擾可以使用陷波電路進(jìn)行濾除，一般經(jīng)常采用的陷波電路是利用雙 T 網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放構(gòu)成的有源雙 T帶阻濾波器 [7]。 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的另一個(gè)方面是數(shù)字信號(hào)處理。它是將模擬信號(hào)數(shù)字化后，由數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理，得到的數(shù)字信號(hào)輸出，它可直接記錄，也可再轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)記錄。在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量中，測(cè)得的信號(hào)大多是模擬的連續(xù)信號(hào)，所以在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理前必須先將模擬信號(hào)經(jīng) A /D 轉(zhuǎn)換 ,將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) ,然后送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。圖 是數(shù)字信號(hào)處理的框圖。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)特性分析 8 A / D 轉(zhuǎn) 換數(shù) 字 信 號(hào) 處理D / A 轉(zhuǎn) 換X a （ t ）X ( n ) Y ( n )Y a （ t ） 圖 數(shù) 字信號(hào)處理框圖 模擬信號(hào) Xa(t)先通過(guò)采樣保持器和 A/D 變換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào) X(n)，數(shù)字信號(hào)處理器將數(shù)字信號(hào)序列按要求進(jìn)行處理和加工，使之變?yōu)榱硪粩?shù)字信號(hào)序列 Y(n)，如果需要輸出數(shù)字時(shí)，則整個(gè)處理過(guò)程便告結(jié)束，如果需要輸出模擬量，則需要用 D/A 變換器將 Y(n)變換成模擬輸出信號(hào) Ya(t)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 移動(dòng)醫(yī)療相關(guān)理論與技術(shù) 9 3 移動(dòng)醫(yī)療相關(guān)理論與技術(shù) 單片機(jī) MSP430C1351 MSP430 單片機(jī)特點(diǎn) MSP430 系列 單片機(jī) 是 美國(guó)德州儀器（ TI）推出 的一種 16位超低功耗的混合信號(hào)處理器 (Mixed Signal Processor)。主要是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供 “ 單片 ” 解決方案。 MSP430 系列單片機(jī)的迅速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，主要取決于以下 幾個(gè) 特點(diǎn) ：強(qiáng)大 的處理能力 、 運(yùn)算速度 快、使用 靈活方便 和 超低功耗 等。 1）超低功耗。在超低功耗方面，其處理器功耗（ ~， ， 250uA/MIPS）和口線輸入漏電流（最大 50nA）遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他系列單片機(jī)； 2）運(yùn)算性能強(qiáng)大。在運(yùn)算性能上，其 16位 RISC結(jié)構(gòu)，使 MSP430單片機(jī)在 16MHz 晶振工作頻率時(shí)，指令速度可達(dá) 16 MIPS；同時(shí)， MSP430單片機(jī)中還采用了 16 位多功能硬件乘法器、硬件乘一加 ( 積之和 )功能、 DMA等一系列先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了它的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能 力，可以有效地實(shí)現(xiàn)一些數(shù)字信號(hào)處理的算法。 3）系統(tǒng)整合豐富實(shí)用。 MSP430 系列單片機(jī)集成了多種功能模塊，包括定時(shí)器、模擬比較器、多功能串行接口、 I/O 端口、 DMA控制