CN101011241A - 基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统 - Google Patents

基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于短信服务(Short Message Service，SMS)的多生理参数长期无线无创监测系统。它包括传感器端设备和服务器端设备。传感器端设备为受测者携带的便携式多生理参数测量装置；服务器端设备为远端服务器、医务人员持有的移动通信设备及手持设备和桌面设备。所述的便携式多生理参数测量装置对受测者测取多生理参数，并通过移动通信网络与远端服务器实现信号传输，手持设备和桌面设备通过局域网接入计算机网络与远端服务器连接；医务人员用移动通信设备通过移动通信网络与便携式多生理参数测量装置和远端服务器实现信号传输。本发明建立了一种由便携式生命体征检测装置与移动通信网络短信服务构成的平台，实现全自动监测，使得受测者(尤其是老年人和慢性病患者)在日常生活和工作环境中受到长期、无线和无创的生理检测。

Description

基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统
技术领域
本发明涉及一种医疗监测系统，特别是一种基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统。
背景技术
血压是血液在血管内流动时对血管壁的侧压力，分为动脉压和静脉血压，其中动脉压尤为重要。动脉压又分收缩压和舒张压。当心脏收缩向动脉射血时，血压升高，其最高值称作收缩压(最高压)；心室舒张时，血压降低，心肌舒张末期血压最低，称为舒张压(最低压)。收缩压主要取决于心肌收缩力的大小和心脏搏出量的多少；舒张压主要取决于外周血管阻力及动脉壁的弹性。
血压是生命的重要体征，血压过低或过高都是疾病的征象，血压过低可引起组织血液灌注不足，导致细胞缺氧，血压过高可引起心力衰竭或微血管破裂。因此血压是一个需要监测的生命体征。血压测量的方法分为有创(直接)测量方法和无创(间接)测量方法。在无创血压测量方法中，诞生于100多年前的示波法和柯氏音法至今仍被大多数标准化组织视为无创血压测量的标准，在临床诊断、生理监护及家庭保健中得到广泛应用，而且常用来评估其它无创测量方法。
血压具有自发性变化大的特点，并且经常受测量方法和环境的影响，常常给人以假象影响其诊断和治疗。因此，医学专家(例如胡大一教授)建议患者需要每天有规律地测量和记录血压，最好是“在家测量”。以高血压为例，每天有规律地在家测量和记录血压，可鉴别一时性的血压波动和“白大衣”高血压；可随时评估抗高血压药物的疗效；可改变病人对治疗的依从性；可能降低医疗费用；可减少漏诊，因为部分高血压发生在5-6点或19-20点；可获得治疗中血压变化，为诊疗提供更完全的信息。
欧姆龙(OMRON)公司销售的电子血压计(美国专利US2006/0224069A1)以及类似产品，具有便携和自动测量等特点，为实现在家自助测量血压提供了条件。目前，利用电子血压计每天进行有规律地测量和记录血压的以下做法受到推荐：即高血压患者在每天选定的时间停止正在进行的活动，按照电子血压计的操作要求摆好体位，测量血压，并在专用表格中记录测量时间、血压(包括舒张压和收缩压)和心率读数；每隔一定天数，患者还需要携带血压纪录去医院门诊咨询医生。
显而易见，上述解决方案繁琐，而且耗费时间和精力，难于长期坚持，特别是高血压患者中的工作繁忙专业人士和任务重大管理人员很难做到，健忘的老年患者也很难坚持。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，实现监测全自动化，使得受测者(尤其是老年人和慢性病患者)在日常生活和工作环境中接受长期、无线和无创的生理监测。
为达到上述目的，本发明的构思是：通过建立一种由便携式生命体征检测装置和移动通信网络短信服务构成的平台，实现上述的长期、无线和无创生理监测。根据上述的发明构思，本发明采用下述的技术方案：
一种基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，包括传感器端设备和服务器端设备，其特征在于所述的传感器端设备为受测者携带的便携式多生理参数测量装置；所述的服务器端设备为远端服务器、医务人员持有的移动通信设备及手持设备和桌面设备；所述的便携式多生理参数测量装置对受测者测取多生理参数，并通过移动通信网络与远端服务器实现信号传输，手持设备和桌面设备通过局域网接入计算机网络与远端服务器连接；医务人员用移动通信设备通过移动通信网络与便携式多生理参数测量装置和远端服务器实现信号传输。系统的工作模式是：(1)便携式设备按预定时间间隔控制传感器测量血压、心率和体位等生理参数，并编码成短信通过短信服务发送到服务器；(2)服务器端的短信服务程序管理接收和解码短信，通过数据库中的个人信息验证短信真伪，并提取信息存入数据库；(3)服务器端的智能分析程序定时分析存储在数据库中的生理参数，若发现参数变化量超出预先设置的范围时将自动生成报警短信通知有关人员；(4)服务器端的数据库管理程序则通过表格和图形等界面提供授权用户进行输入、修改、查询和趋势分析。
上述的便携式多生理参数测量装置为低能耗、紧凑和可穿戴的血压、心率和加速度传感器，测取受测者的血压、心率和体位。
上述的便携式多生理参数测量装置的结构是一个袖带和压力传感器的输出信号，经一个放大和模数转换器后，连接至一个微处理器，在传送至一个存储器存储，微处理器还将该信号处理后送至一个调制解调器发送短信；一个袖带控制电路分别连接所述的袖带和压力传感器和微处理器，一个可充电电池为各单元提供工作电源。
上述的袖带和压力传感器选用摩托罗拉公司的固态硅压敏电阻MPX50，其压力测量范围0~50kPa，灵敏度1.2mV/kPa，线性度±0.1％，输出阻抗475欧姆；所述的信号放大和模数转换器中的放大器选用模拟设备公司(Analog Devices，AD)的AD8627；而其中的模数转换器选用AD公司的AD7453。所述的微处理器采用AD公司的ADVC7019；所述的GSM调制解调器模块采用西门子公司的MC55，其尺寸紧凑(35×32.5×2.95mm)，重量轻仅5.5克，支持900和1800MHz双频工作模式，具有语音和数据传输功能。
上述的远端服务器是一个内置或外置调制解调器的计算机，构成由一个调制解调器、一个短信服务器、一个数据库服务器和一个网页服务器组成综合服务器。
上述的移动通信网络为GSM网络，或GPRS网络，或CDMA网络，或第三代移动通信网络。
上述的局域网为有线局域网或无线局域网。
上述的调制解调器应与应用的移动通信网络相对应，为GSM调制解调器、CDMA调制解调器、GPRS调制解调器或第三代移动通信网络调制解调器。
上述的计算机网络为因特网或万维网。
一种多生理参数长期无线无创监测方法，采用上述的基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统进行监测，其特征在于监测的步骤如下：(1)可佩戴在受监测者手腕或腰带上的便携式设备，按预定的时间间隔测量血压和心率；(2)对测量参数进行编码，并要约成短信通过移动通信网络发送到服务器端；(3)服务器端的短信服务程序管理接收和解码短信，并通过数据库中的个人信息验证短信真伪；(4)提取信息存入数据库；(5)若有SQL查询语句，则运行数据库管理服务程序，按照查询要求生成数据表格和长期趋势曲线，通过表格和图形等界面提供授权用户进行输入、修改、查询和趋势分析；(6)若到达预定的分析时间，则自动运行智能分析程序，对存储在数据库中的生理参数进行智能分析；(7)当发现受测者的生理参数变化量超出定制的范围时，将生成字符串，通过短信立即通知受测者本人及其监护人或个人医生。
上述的步骤(3)中的短信服务程序的具体步骤是：(1)从收短信表取出短信，并按照图6所示方法解码，分别提取发送该短信的移动电话号码、发送时间和短信文本；(2)通过与个人信息数据库中的移动电话号码比对，验证此短信是否为合法；(3)如果是合法短信，则将提取的信息分别存入数据库相应数据表中。
上述的步骤(5)中的数据库管理服务程序的步骤如下：(1)用户登陆；(2)判断是否授权用户；(3)若是授权用户，则根据用户查询语句，将相关用户的数据转换成表格并显示；(4)根据用户是否需要编辑，进行编辑；(5)根据用户是否需要趋势分析，生成趋势曲线；(6)询问是否需要保存。
上述的步骤(6)中的智能分析服务程序的步骤如下：(1)从数据库读取数据；(2)根据测量体位和状态修正数据；(3)按日、周、月和年分别计算平均值和方差，生成变化趋势曲线；(4)与预制的阈值比较，判断是否需要报警；(5)若变化超出阈值，则利用短信模板生成短信文本；(6)发送短信。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明，通过建立一种由便携式生命体征检测装置和移动通信网络短信服务构成的平台，实现上述解决方案的完全自动化，使得受测者在自然环境中接受长期、无线和无创的生理监测。
本发明，可以使医生及时监测高血压患者和老年人的血压、心率等生命体征，完整地了解病史，有针对性地展开个性化的保健和治疗，并能让受监测者在正常的生活工作自然环境中就能得到优质的医疗服务，同时也节约了开支。目前我国高血压患病率明显上升，以高发的35岁至74岁年龄段的患病率，及2000年我国人口和人口构成推算，高血压病患者已达1.3亿。我国人口老龄化形势严峻，老龄化速度直逼世界之最。据2005的统计，我国60岁以上的老龄人口约占总人口的11％。而上海的老龄化又位居全国之首，约为19.6％。由此可见，本发明的推广应用具有极其重大的社会效益和经济价值。本发明的用途可以扩展到血氧饱和、体温、心电、脑电、呼吸率、血糖等生理、生化参数的长期、实时、无线监测。
附图说明
图1是一种基于GSM短信服务的多生理参数的长期无创监测系统的原理图。
图2是便携式多生理参数传感装置的组成框图。
图3显示短信息字符串格式及编码方法。
图4是数据库服务器端数据库结构。
图5是整个平台的工作原理及其服务流程。
图6是短信编码和解码示意图。
图7是短信服务器端短信服务驱动程序流程图。
图8是数据库服务器端数据库管理程序处理流程。
图9是数据库服务器端智能分析程序处理流程。
图10是数据库服务器端数据库管理程序，根据授权用户SQL查询生成的血压时间变化曲线。
图11是数据库服务器端数据库管理程序，根据授权用户SQL查询生成的心率时间变化曲线。
图12是授权用户通过Internet/WWW浏览器获取的心率时间变化曲线并在PDA上显示的画面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的一个优选实施例详细说明如下：
参见图1，本基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，主要由受测者10携带的便携式多生理参数测量装置1、GSM网络2、远端服务器端、持有移动通讯设备12的医疗服务人员11、Internet/WWW网络7以及支持Internet/WWW网络的手持设备或桌面设备8组成。其中远端服务器端主要由配置GSM调制解调器3的短信服务器4、数据库服务器5、网页服务器6组成。服务器4、5、6可以是独立的服务器，也可以公用一台服务器。GSM调制解调器3采用佰亿(Baiyi)公司的双SIM卡工业级GSM无线调制解调器，其配置360度可旋转可折高灵敏度天线和服务驱动程序，支持AT命令，支持TCP/IP，UDP以及PPP协议，115Kbps全双工传输率，最高速率，升级最高速率和半速率，双音多频功能(DTMF)，短信息服务功能，适用于语音通讯、短信息收发，无线收发电子邮件、GPRS无线高速上网，无线数据传输、移动办公及管理。
参见图2，上述的受监测者10携带的多生理参数传感装置1，主要由袖带和压力传感器20、袖带控制电路21、信号放大和模数转换电路22、微处理器23、存储器24、GSM调制解调器25和可充电电源26组成。微处理器23通过袖带控制电路21按照固定时间间隔控制袖带和压力传感器20进行加压和测量，测量信号经信号放大器和模数转换器22和微处理器23存入存储器24，经微处理器23编码处理后通过GSM调制解调器25发送GSM短信。袖带和压力传感器20可选用摩托罗拉公司的固态硅压敏电阻MPX50，其压力测量范围0~50kPa，灵敏度1.2mV/kPa，线性度±0.1％，输出阻抗475欧姆。信号放大和模数转换器22中的信号放大器可选用模拟设备公司(Analog Devices，AD)的AD8627，而模数转换器可选用AD公司的AD7453。微处理器23采用AD公司的ADVC7019。GSM调制解调器25采用西门子公司的MC55，其尺寸紧凑(35×32.5×2.95mm)，重量轻仅5.5克，支持900和1800MHz双频工作模式，具有语音和数据传输功能。
参见图3，本系统采用的短信息字符串格式，共由32位ASCII符号组成。其中按顺序10位标记“年月日时”，例如“2006年10月15日下午4时”标记为“2006101516”；11位标记移动电话号码；7位表示“收缩压/舒张压”，例如收缩压120和舒张压80记为“120/080”；3位表示心率，最后1位作为预留。
参见图4，上述的数据库服务器5中的数据结构：其数据库包含短信列表(发短信表、收短信表、发送失败短信表、已发送短信表)，个人信息表(受测者姓名、地址和移动电话号码等)，生理信息表(测量时间、收缩压、舒张压、心率和状态等)，个性化服务信息表(监护者姓名及其移动电话号码、用药情况、预警阈值、短信模板)。数据库5由Microsoft SQL 2000实现。
参见图5，本系统整个平台的工作原理及其服务流程是便携式多生理参数测量装置和服务器分别独立执行程序，通过短信实现两者之间的协调和同步，具体过程为：
可佩戴在受监测者手腕或腰带上的便携式多生理参数测量装置1，当电源处于开机状态时，循环以下处理步骤。按预定的时间间隔启动测量血压和心率程序51，然后对测量参数进行编码52，并要约成短信通过GSM网络发送到服务器端。
同时在服务器端，当服务器处于开机状态时，将循环以下处理步骤。短信服务程序53管理接收和解码短信，通过数据库中的个人信息验证短信真伪，并提取信息存入数据库5。若有SQL查询语句，则运行数据库管理服务程序54，按照查询要求生成数据表格和长期趋势曲线，通过表格和图形等界面提供授权用户进行输入、修改、查询和趋势分析；若到达预定的分析时间，则自动运行智能分析程序54，当发现受测者的生理信息超出定制的范围时，将生成字符串，通过GSM短信立即通知受测者的个人医生、监护责任人及其本人等相关人员。
测量血压和心率程序51测量收缩压和舒张压的方法，基于血管卸载原理的示波法，详细说明清参考OMRON电子血压计所采用的算法(美国专利US2006/0224069A1)。
参见图6，上述的编码与发送短信模块52，处理过程是在发送端对短信字符串的二进制码进行与或编码运算，目的是为隐藏短信中的信息。
图7示出短信服务程序53的流程，具体步骤是：(1)从收短信表取出短信，并按照图6所示方法解码，分别提取发送该短信的移动电话号码、发送时间和短信文本；
(2)通过与个人信息数据库中的移动电话号码比对，验证此短信是否为合法；(3)如果是合法短信，则将提取的信息分别存入数据库相应数据表中。
图8示出数据库管理服务程序54的流程，具体步骤是：(1)用户登陆；(2)判断是否授权用户；(3)若是授权用户，则根据用户查询语句，将相关用户的数据转换成表格并显示；(4)根据用户是否需要编辑，进行编辑；(5)根据用户是否需要趋势分析，生成趋势曲线；(6)询问是否需要保存。
图9示出智能分析服务程序55的流程，具体步骤为：(1)从数据库读取数据；(2)根据测量体位和状态修正数据；(3)按日、周和月分别计算平均值和方差，生成变化趋势曲线；(4)与预制的阈值比较，判断是否需要报警；(5)若变化超出阈值，则利用短信模板生成短信文本；(6)发送短信。
图10和图11分别显示根据授权用户SQL查询生成的血压时间变化曲线和心率时间变化曲线。
通过计算机网络8，授权用户11可以访问服务器7，并在手持设备9(HP HX4700，Windows CE)上浏览心率时间变化曲线，如图12所示。

Claims (12)

1.一种基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，包括传感器端设备和服务器端设备，其特征在于所述的传感器端设备为受测者(10)携带的便携式多生理参数测量装置(1)；所述的服务器端设备为远端服务器、医务人员(11)持有的移动通信设备(12)及手持设备和桌面设备(8)；所述的便携式多生理参数测量装置(1)对受测者(10)测取多生理参数，并通过移动通信网络与远端服务器实现信号传输，手持设备和桌面设备(8)通过局域网接入计算机网络与远端服务器连接；医务人员(11)用移动通信设备(12)通过移动通信网络与便携式多生理参数测量装置(1)和远端服务器实现信号传输。
2.根据权利要求1所述的基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，其特征在于所述的便携式多生理参数测量装置(1)为低能耗、紧凑和可穿戴的血压、心率和加速度传感器，测取受测者的血压、心率和体位。
3.根据权利要求1或2所述的基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，其特征在于所述的便携式多生理参数测量装置(1)的结构是一个袖带和压力传感器(20)的输出信号经一个放大和模数转换器(22)后连接至一个微处理器(23)再转送至一个存储器(24)存储，微处理器(23)还将该信号处理后送至一个调制解调器(25)发送短信；一个袖带控制电路(21)分别连接所述的袖带和压力传感器(20)和微处理器(23)，一个可充电电池(26)为各单元提供工作电源。
4.根据权利要求1所述的基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，其特征在于所述的远端服务器是一个内置或外置调制解调器的计算机，构成由一个调制解调器(3)、一个短信服务器(4)、一个数据库服务器(5)和一个网页服务器(6)组成综合服务器。
5.根据权利要求1所述的基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，其特征在于所述的移动通信网络为全球移动通信系统(Global System for Mobilecommunication，GSM)网络，或通用分组无线业务(General Packet RadioService，GPRS)协议网络，或码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)协议网络，或第三代移动通信网络。
6.根据权利要求1所述的基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，其特征在于所述的局域网为有线局域网和无线局域网。
7.根据权利要求3或5所述的基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，其特征在于所述的调制解调器(25、3)应与应用的移动通信网络相对应为GSM调制解调器、CDMA调制解调器、GPRS调制解调器或第三代移动通信网络调制解调器。
8.根据权利要求1所述的基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统，其特征在于所述的计算机网络为因特网(Internet)或万维网(World Wide Web，WWW)。
9.一种多生理参数长期无线无创监测方法，采用权利要求1所述的基于短信服务的多生理参数长期无线无创监测系统进行监测，其特征在于监测的步骤如下：(1)可佩戴在受监测者手腕或腰带上的便携式设备，按预定的时间间隔测量血压和心率；(2)对测量参数进行编码，并要约成短信通过移动通信网络发送到服务器端；(3)服务器端的短信服务程序管理接收和解码短信，并通过数据库中的个人信息验证短信真伪；(4)提取信息存入数据库；(5)若有SQL查询语句，则运行数据库管理服务程序，按照查询要求生成数据表格和长期趋势曲线，通过表格和图形等界面提供授权用户进行输入、修改、查询和趋势分析；(6)若到达预定的分析时间，则自动运行智能分析程序，对存储在数据库中的生理参数进行智能分析；(7)当发现受测者的生理参数变化量超出定制的范围时，将生成字符串，通过短信立即通知受测者本人及其监护人或个人医生。
10.根据权利要求9所述的多生理参数长期无线无创监测方法，其特征在于所述的步骤(3)中的短信服务程序的具体步骤是：(1)从收短信表取出短信，并按照图6所示方法解码，分别提取发送该短信的移动电话号码、发送时间和短信文本；(2)通过与个人信息数据库中的移动电话号码比对，验证此短信是否为合法；(3)如果是合法短信，则将提取的信息分别存入数据库相应数据表中。
11.根据权利要求9所述的多生理参数长期无线无创监测方法，其特征在于所述的步骤(5)中的数据库管理服务程序的步骤如下：(1)用户登陆；(2)判断是否授权用户；(3)若是授权用户，则根据用户查询语句，将相关用户的数据转换成表格并显示；(4)根据用户是否需要编辑，进行编辑；(5)根据用户是否需要趋势分析，生成趋势曲线；(6)询问是否需要保存。
12.根据权利要求9所述的多生理参数长期无线无创监测方法，其特征在于所述的步骤(6)中的智能分析服务程序的步骤如下：(1)从数据库读取数据；(2)根据测量体位和状态修正数据；(3)按日、周、月和年分别计算平均值和方差，生成变化趋势曲线；(4)与预制的阈值比较，判断是否需要报警；(5)若变化超出阈值，则利用短信模板生成短信文本；(6)发送短信。
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