CN101596104A - 慢性病社区防治的无线反馈控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

慢性病社区防治的无线反馈控制系统包括个人数据器和社区中央服务器两部分。个人数据器由嵌入式微处理器、血压传感器、血糖传感器、血脂传感器、心电电极、呼吸传感器、通讯单元等组成，社区中央服务器由服务器和通讯单元组成，服务器内嵌入了一个危险因素控制策略器。个人数据器与社区中央服务器以无线通讯的方式相互传递信息。该系统的控制方法是通过数据采集、数据通讯一、数据分析、数据通讯二、控制执行等步骤实现。本发明提供的系统可在任何时间任何地点采集个体人的数据和对个体人危险因素控制指导，实现以个体人生理状态为基础的个性化危险因素控制。

Description

慢性病社区防治的无线反馈控制系统与方法

技术领域

本发明属于公共卫生领域，涉及一种控制系统与方法，具体地说，涉及一种针对慢性病社区防治的无线反馈控制系统与方法。

背景技术

慢性非传染性疾病(简称慢性病)主要是心脑血管疾病、肿瘤疾病、代谢性疾病、精神疾病和口腔疾病，如高血压、糖尿病、冠心病、脑卒中、慢性阻塞性肺病(COPD)等等。这些疾病严重威胁着人类健康，阻碍社会经济发展。世界卫生组织(WHO)总结了慢性病呈以下几个特点：(1)慢性病几乎在所有国家都市成年人的主要死因。2005年有5800万人因各种病因而死亡，其中慢性病造成的死亡人数达3500万，这比所有传染病(包括艾滋病、结核病和疟疾)，加上孕产和围产期疾患以及营养不良所导致的死亡人数总和还要多一倍多。(2)最贫穷国家受威胁最大。80％的慢性病死亡发生在世界上绝大多数人口生活在低收入和中收入的国家。(3)对家庭、社区和社会产生巨大负面、被低估的经济影响。按购买力平价计算，中国在2005-2015的十年中由于心脏病、中风和糖尿病导致过早死亡而损失的国民收入数额将达到5580亿美元。(4)危险因素广泛存在。世界每年480万人死于吸烟，280万人死于超重和肥胖，710万人死于高血压。全球有10亿人超重。(5)威胁日益显著。据预测，在2005-2015的十年中传染病、孕产和围产疾患、营养缺乏所导致的死亡总数将下降3％，而同期慢性病死亡总数将上升17％。这就是说，在2015年因各种病因死亡的6400万人中，有4100万人死于慢性病。(6)全球应对力度不够。虽然在慢性病方面有一些全球性成就，但是总体来说，在国际卫生和发展领域中慢性病方面的工作是被忽略的。在中国，慢性病除上述特点之外，还具有以下特点：(1)是“看病难”的重要根源之一。(2)发病和死亡具高不下：2007年，卫生部公布的数据中表明我国的恶性肿瘤、脑血管病、心脏病、糖尿病、呼吸系统疾病、损伤与中毒等主要慢性病患者约2亿人，死亡人数占全国居民因病死亡人数的80％以上。(3)医疗负担不堪重负：我国在慢性病上医疗负担已经占总医疗费用的70-80％。(4)危险因素水平持续上升：人口老龄化、生活方式、环境、遗传等是目前已知慢性病重要的危险因素。(5)生活质量下降：慢性疾病患者长期生活在疾病缠身状态之下，生活质量明显下降。

目前，慢性病防治的主要策略是以社区为基础，三级预防相结合，运用健康促进开展综合干预的策略。WHO报告说综合干预措施是降低慢性病发病的最有效措施，澳大利亚、加拿大、英国、美国在过去三十年通过实施了针对全民和个人全面的综合干预措施，重点是预防导致多种慢性病发生的共同危险因素，使心脏病死亡率下降30％，最成功的国家下降70％，如波兰。美国经过十年的高血压综合防治，使高血压的治疗率从31％提高到54％，控制率从10％提高到34％。我国有些社区经过综合防治，高血压舒张压平均下降2.4-7.1mmHg，脑卒中危险下降32％，冠心病危险下降19％。中国卫生部于2007年实施的慢性病综合干预项目主要内容包括：

(1)社会动员和项目宣传：包括对政府相关部门及社区居民开展宣传；

(2)识别高危人群和慢性病患者，进行人群分类：对项目的社区居民(重点35岁及以上)，采用高危人群和慢性病患者筛查表收集一般情况、慢病病史和主要慢性病相关信息、吸烟、身高、体重、腰围、血压、空腹血糖、血总胆固醇、甘油三脂等信息，将筛查表信息录入项目计算机信息管理系统。计算机信息管理系统自动将居民分类为一般人群、慢性病高危人群或慢性病患者；

(3)高危人群慢性病患病风险评估及高血压患者危险分层：对筛查出来的慢性病高危人群和慢性病患者再次收集相关信息，包括一般信息、目前健康状况及慢性病家族史、膳食、身体活动、吸烟、心理、医疗费用等，利用慢性病风险评估技术，进行高危人群患主要慢性病患病危险性评价。对高血压患者按《中国高血压防治指南》低危、中危、高危、很高危四个等级的进行危险分层。对所有进入管理的社区居民提供体重、血压、身体活动、膳食等评估报告，对高危人群提供冠心病、中风和糖尿病患病风险评估报告，对高血压患者提供血压管理报告。将评估报告反馈给参加管理的社区居民，并就报告中的关键信息向社区居民进行解释和指导；

(4)个性化的生活行为方式干预和疾病管理：与高危人群和高血压患者共同制订个性化的行为危险因素及生活方式干预和疾病管理计划。生活方式干预采用身体活动和膳食指导相结合，以“周”为单位的总量控制原则，即“周”“推荐的平衡膳食能量摄入目标”及“多增加的身体活动目标”，在该目标下遵循总量控制原则，指导被管理者逐步形成健康的膳食和身体活动习惯。疾病管理对高血压有明确的管理办法，其他慢性病正在制订中。高血压管理包括以高血压患者双向转诊和对口指导的技术支撑，以已入选计算机信息管理系统和机会性筛查等各种途径入选的高血压患者入选，以国家技术指导单位和各地技术指导医院共同举办的高血压规范化管理与控制培训班的规范培训，以接受过规范培训的基层医生(或管理专员)负责实施高血压患者长期规范化随访与有效控制的规范管理。

(5)效果评估：对进入高危人群和高血压患者干预管理半年后，进行信息统计分析，跟踪和评价人群健康状况、危险因素变化情况及干预措施的效果，调整干预和管理方案，形成一个动态循环的干预和管理过程。评估指标及类别包括膳食指标、身体活动指标、吸烟量、体重管理率、体重动态知晓率、高血压管理率、高血压随访率等。

在个性化生活行为方式干预和疾病管理中，有两个关键技术问题需要改进：(1)任何时间任何地点采集高危人群或慢性病患者个人生理参数信息。根据个性化生活行为方式干预和疾病管理方法，被管理者需要经常性地向医生提供生理参数和接受医生的指导性医嘱，如以“周”为单位，这种信息的交流需要被管理者与医生面对面地实现。对于劳动力人群频繁地去医院与医师面对面地信息交流很难得到长期坚持。(2)目前个性化干预的指导性医嘱是以卫生统计为基础的医学干预，存在较大的不确定性，针对性较弱，长此以往会降低被管理者对干预的接受度。

发明内容

本发明的目的是提供一种慢性病社区防治的无线反馈控制系统，包括个人数据器和社区中央服务器两部分，个人数据器由嵌入式微处理器、血压传感器、血糖传感器、血脂传感器、心电电极、呼吸传感器、液晶屏及其驱动电路、触摸屏、键盘、RAM、ROM、SD卡、通讯单元等组成，并且血压传感器、血糖传感器、血脂传感器、心电电极、呼吸传感器、触摸屏与嵌入式微处理器的数模转换接口连接，嵌入式微处理器的LCD控制器输出接口与驱动电路输入连接，驱动电路与液晶屏输入连接，键盘、RAM、ROM、SD卡、通讯单元等分别与嵌入式微处理器的I/O接口、RAM接口、ROM接口、SD接口、串行通讯接口连接。社区中央服务器由服务器和通讯单元组成，服务器的通信接口与通讯单元连接，服务器内嵌入了一个危险因素控制策略器。

个人数据器中的通讯单元与社区中央服务器中的通讯单元以无线通讯的方式相互传递信息，以实现个人数据器中的数据能够传递到社区中央服务器，社区中央服务器中的数据能够传递到个人数据器。

一台社区中央服务器可以与多台个人数据器进行通讯连接。

本发明的另一个目的是提供一种慢性病社区防治的无线反馈控制系统的控制方法，该方法通过以下步骤实现：

(1)数据采集：个人数据器的使用者(个体人)用个人数据器自动采集除身高、体重、腰围外的生理参数数据，或通过个人数据器上的触摸屏或键盘手工采集输入生理参数数据和危险因素状态数据。数据采集周期Ts可通过个人数据器中的触摸屏或键盘在0-8760小时(1年)内选择、设置；

(2)数据通讯一：个人数据器把所采集的生理参数数据和危险因素状态数据通过通讯单元以无线通讯的方式向通讯单元发送数据，通讯单元把接受到的数据传递给社区中央服务器。从而实现在任何时候任何地点检测和采集个体人的生理参数数据和危险因素状态数据，并通过无线通讯的方式将这些数据发送到社区中央服务器2；

(3)数据分析：社区中央服务器使用者使用危险因素控制策略器，根据来自于个人数据器的生理参数数据和危险因素状态数据，以及慢性病防治指南的标准，进行个体人生理状态的分析，制订个性化危险因素控制策略；

(4)数据通讯二：社区中央服务器把危险因素控制策略器的结果(危险因素控制量数据)再次通过通讯单元以无线通讯的方式向通讯单元发送数据，通讯单元把接受到的数据传递给个人数据器，使个人数据器的使用者(个体人)在任何时候任何地点都可以接受医师的慢性病综合干预指导；

(5)控制执行：个人数据器的使用者(个体人)通过个人数据器中液晶屏显示出来的来自于社区中央服务器中危险因素控制策略器输出的危险因素控制量数据执行综合干预，实现控制的目的。

生理参数数据包括血压(收缩压和舒张压)、血糖(空腹血糖)、血脂(总胆固醇、甘油三脂、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白)、心率、呼吸(呼吸流量、呼吸率)、身高、体重、腰围。

危险因素状态数据包括运动(高强度、中强度、低强度)、吸烟、饮酒(低度和中高度)、饮食(盐、主食、蔬菜、水果、水、肉、蛋、水产、奶、蛋糕饼干、饮料、坚果、植物油、动物油)等的状态量。

危险因素控制量数据包括运动(高强度、中强度、低强度)、吸烟、饮酒(低度和中高度)、饮食(盐、主食、蔬菜、水果、水、肉、蛋、水产、奶、蛋糕饼干、饮料、坚果、植物油、动物油)等的需要量或限定量。

本发明的有益之处是：

(1)可以在任何时间任何地点实现采集社区个体人的生理参数和危险因素状态信息，在任何时间任何地点实现个体人接受社区医师危险因素控制的指导。

(2)实现以个体人生理状态为基础的个性化危险因素控制。

附图说明

图1是慢性病社区防治的无线反馈控制系统结构示意图。

图2是个人数据器示意图。

图3是社区中央服务器示意图。

图4是液晶屏9及其驱动电路10。

图5是DC-DC变换器102。

图6是公共电源发生器103。

图7是背光驱动电路104。

图8是触摸屏接口电路。

图9是键盘电路。

图10是通讯单元16。

图11是一服务器多数据器示意图。

图12是慢性病社区防治的无线反馈控制系统的控制方法示意图。

图13是控制策略分析流程图。

图14是生理状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明加以详细说明。

实施例1：

参见图1，一种慢性病社区防治的无线反馈控制系统，包括个人数据器1和社区中央服务器2两部分。参见图2，个人数据器1由嵌入式微处理器3、血压传感器4、血糖传感器5、血脂传感器6、心电电极7、呼吸传感器8、液晶屏9及其驱动电路10、触摸屏11、键盘12、RAM13、ROM14、SD卡15、通讯单元16等组成，并且血压传感器4、血糖传感器5、血脂传感器6、心电电极7、呼吸传感器8、触摸屏11与嵌入式微处理器3的数模转换接口连接，嵌入式微处理器3的LCD控制器输出接口与驱动电路10输入连接，驱动电路10与液晶屏9输入连接，键盘12、RAM13、ROM14、SD卡15、通讯单元16等分别与嵌入式微处理器3的I/O接口、RAM接口、ROM接口、SD接口、串行通讯接口连接。参见图3，社区中央服务器2由服务器17和通讯单元18组成，服务器17的通信接口与通讯单元18连接，服务器17内嵌入了一个危险因素控制策略器19。

个人数据器1中的通讯单元16与社区中央服务器2中的通讯单元18以无线通讯的方式相互传递信息，以实现个人数据器1中的数据能够传递到社区中央服务器2，社区中央服务器2中的数据能够传递到个人数据器1。

生理参数数据包括血压(收缩压和舒张压)、血糖(空腹血糖)、血脂(总胆固醇、甘油三脂、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白)、心率、呼吸(呼吸流量、呼吸率)、身高、体重、腰围。

危险因素状态数据包括运动(高强度、中强度、低强度)、吸烟、饮酒(低度和中高度)、饮食(盐、主食、蔬菜、水果、水、肉、蛋、水产、奶、蛋糕饼干、饮料、坚果、植物油、动物油)等的状态量。

危险因素控制量数据包括运动(高强度、中强度、低强度)、吸烟、饮酒(低度和中高度)、饮食(盐、主食、蔬菜、水果、水、肉、蛋、水产、奶、蛋糕饼干、饮料、坚果、植物油、动物油)等的需要量或限定量。

实施例2：

参见图2，个人数据器1的功能是用于检测和采集人体的生理参数数据和危险因素状态数据，并发送给社区中央服务器2，以及接受来自于社区中央服务器2的危险因素控制量数据。它是由嵌入式微处理器3、血压传感器4、血糖传感器5、血脂传感器6、心电电极7、呼吸传感器8、液晶屏9及其驱动电路10、触摸屏11、键盘12、RAM13、ROM14、SD卡15、通讯单元16等组成。下面具体描述该组成：

1.嵌入式微处理器3

个人数据器1的嵌入式微处理器3采用三星公司(Samsung)推出的基于ARM920T内核的32位RISC微处理器S3C2410X。

2.一次测量信号输入接口

一次测量是指利用传感器或电极直接检测的生理参数，如血压、血糖、血脂、心电、呼吸流量等。血压传感器4、血糖传感器5、血脂传感器6、心电电极7、呼吸传感器8通过各自的信号处理将检测的血压、血糖、血脂、心电、呼吸流量信号统一转换为0-3V的电压信号输入到嵌入式微处理器3(S3C2410X)模数转换器(ADC)接口，该输入接口分配见表1。

表1传感器输入接口分配

3.二次测量数据处理

二次测量是通过一次测量所获得的数据进行计算获得，包括心率和呼吸率。在嵌入式微处理器3(S3C2410X)内计算心率为：

$\mathrm{HR}=\frac{60}{T_{R-R}}$

其中：HR为心率，次/分钟；T_R-R为利用心电电极10测量心电图中R-R间期，秒。计算呼吸率为：

$\mathrm{RR}=\frac{60}{T_{P-P}}$

其中：RR为呼吸率，次/分钟；T_P-P为呼吸流量峰峰值的时间间期，秒。

4.人机接口

人机接口包括液晶屏9、触摸屏11和键盘12等。个体人可以通过触摸屏11或键盘12手工输入生理参数数据和危险因素状态数据；通过液晶屏9显示来自于社区中央服务器2的危险因素控制量数据。

液晶屏9选用三星公司(Samsung)TFT-LCD型的LTS350Q1-PE1液晶屏，并设计了与之配套的驱动电路10，将嵌入式微处理器3(S3C2410X)的LCD控制器、TFT-LCD驱动电路10和LTS350Q1-PE1液晶屏9结合起来构成嵌入式液晶显示系统，参见图4。驱动电路10包括时序控制器101、DC-DC变换器102、公共电源发生器103和背光驱动电路104等。

LTS350Q1-PE1液晶屏9内集成有数字电路和模拟电路，需要外部提供数字电压和模拟电压。DC-DC变换器102和公共电源发生器103为LTS350Q1-PE1液晶屏9提供多路电压，其具体电源分配参见表2。

表2LTS350Q1-PE1电源

LTS350Q1-PE1液晶屏需要用外部时序控制器101(即伴侣芯片)进行数字时序匹配，其专用芯片为LCC3600。LCC3600的输入和输出与微处理器S3C2410X的LCD控制器输出和LTS350Q1-PE1的输入连接参见表3。

表3LCC3600的输入和输出信号连接

DC-DC变换器102选用MAXIM公司出品的TFT-LCD型液晶屏电源MAX1779，其具体电路选用MAX1779手册所推荐的电路，参见图5，其输入电源DV_dd、输出电源AV_dd、V_on、V_off分别与表3所示LTS350Q1-PE1的数字电源DV_DD、模拟电源AV_DD、栅极开电源V_ON、栅极闭电源V_OFF连接。公共电源发生器103选用LTS350Q1-PE1手册所推荐的电路，参见图6，该电路电源VDD和AVDD分别来自于DC-DC变换器102的电源DV_dd和AV_dd，输入信号REV和REVB来自于时序控制器101LCC3600的输出信号。该电路输出电源V_COM与表3所示LTS350Q1-PE1的公共电源V_COM连接。

液晶屏9必须提供背光驱动电路104，以使液晶屏上的画面更清晰。LTS350Q1-PE1内部采用了LED背光方式，并配置专用LED驱动芯片MP1521，其背光驱动电路104见图7。将MP1521的3个反馈回路FB1、FB2、FB3短接，可提供更大的驱动电流来驱动LED背光灯，电路设计有过流保护功能。在该电路中，R206为反馈电阻，用于采样输出电流。液晶屏亮度可通过MP1521亮度控制信号BRT上的电压来调节，为了提高应用的灵活性，本设计将该引脚用R204和R205设为固定电平。为了节省功耗，背光驱动电路104接受来自于微处理器S3C2410X LCD控制器电源使能控制信号LCD_PWREN。当LCD_PWREN高电平时，背光驱动电路104被点亮工作；为低电平时电路关断，以便节省功耗。

LTS350Q1-PE1液晶屏可以兼用触摸屏，个人数据器1的触摸屏11即为LTS350Q1-PE1液晶屏，其电路选用S3C2410手册所推荐的电路，参见图8。这是一种4线电阻式触摸屏，它由横向电阻丝X和纵向电阻丝Y组成，其标号参见表4。

表4触摸屏标号

S3C2410X有8个模拟输入通道，其中通道7为触摸屏接口的X坐标输入，通道5为触摸屏接口的Y坐标输入，见表1。S3C2410X有nYPON、YMON、nXPON、XMON四个控制信号控制图8中4个MOS管(S1、S2、S3、S4)的通断。S3C2410X检测触摸屏触摸位置原理如下：

(1)在触摸屏没有被按下时，触摸屏的横向电阻丝X和纵向电阻丝Y不会接触在一起，S1、S2、S4断开，S3闭合。横向电阻丝X的整个轴上XP-XM的电压均为0V(GND)，纵向电阻丝YP悬空，S3C2410X的AIN5呈现高电平，使S3C2410X在“Pen Down Detect”状态。

(2)当触摸屏被按下时，横向电阻丝X和纵向电阻丝Y接触导通后，YP电压因连通到XM接地而变为低电平，AIN5呈现低电平，作为中断触发信号通知S3C2410X发生“PenDown”事件。

(3)S3C2410X检测到“Pen Down”事件后，S3C2410X立刻进入X轴坐标测量状态：S3、S4闭合，S1、S2断开(即YP、YM两端悬空)。由于X轴和Y轴已在触摸点按下而连通，因此YP端作为XP-XM的分压点被输入到S3C2410X的AIN5端，AIN5端电位测量即作为触摸点在X轴的坐标。

(4)测量完X轴坐标后，S1、S2闭合，S3、S4断开，用同样的方式测量触摸点的Y轴坐标。

S3C2410X触摸屏控制器有X/Y位置分别转换和X/Y位置自动转换两种模式，本发明采用X/Y位置自动转换模式。

键盘12采用3×7矩阵式键盘扫描方式连接，参见图9，包括数字键0～9，*，#，BACK，SELECT，OK，四向，Power和接通等21个键等，Power键和挂机键复用，用长按和短按方法区分实现，其余20个键利用键盘矩阵扫描方式实现。矩阵式键盘的3跟纵向线分配于S3C2410X普通输入输出接口GPn[2:0]，7跟横向线与S3C2410X普通输入输出接口GPn[9:3]。键盘单独定制为键盘FPCB(柔性印制电路板)，与主板连接，采用20板对板连接器，软件去抖，背光灯和限流电阻均采用薄膜封装。键盘背光信号采用PWM(脉宽调制)，4个背光灯共用一组背光信号，由于每个背光灯额定电流5mA，限流电阻值68Ω。每组背光信号驱动电流为30mA，4个背光灯需20mA。

5.数据采集

个人数据器1自动采集除身高、体重、腰围外的生理参数数据，或通过个人数据器1上的触摸屏11或键盘12手工采集输入生理参数数据和危险因素状态数据。数据采集周期Ts可通过个人数据器1中的触摸屏13或键盘14在0-8760小时(1年)内选择、设置。

6.数据存储系统

个人数据器1的数据存储系统包括一个128M的随机存储器RAM13、一个128M的只读存储器ROM14和一个SD存储卡17。选择的存储器芯片为Hynix公司产品，在S3C2410X的地址空间分配参见表5。SD卡15与S3C2410X的SD卡接口连接，参见图2。

表5存储器地址空间分配

7.数据通讯

个人数据器1的通讯单元16采用SIEMENS公司支持GSM/GPRS的MC35i手机引擎(Cellular Engine)，其与嵌入式微处理器3(S3C2410X)的连接采用MC35i手册所推荐的连接(参见图10)。嵌入式微处理器3通过异步串行通信接口(UART)与MC35i中ZIF连接器的R232实现数据通讯，同时MC35i中ZIF连接器的SIM信号与SIM卡连接，确认个人数据器1的身份。嵌入式微处理器3通过MC35i的专用AT命令对该引擎进行控制和数据传输，并通过通讯单元16向社区中央服务器2发送所采集的生理参数数据和危险因素状态数据，或接收危险因素控制量数据等。通讯单元16发送和接收的参数参见表6。

表6通讯单元16发送和接收参数

在发送数据时，嵌入式微处理器3先将采集到的生理参数数据、危险因素状态数据提交给TCP/IP协议栈，TCP/IP协议栈根据目的地址和端口将该这些数据封装成完整的IP数据包提交到PPP层，该IP数据包经PPP层封装之后，通过串口逐字节地提交至MC35i并向社区中央服务器2发送。在接收数据时，MC35i首先将来自于社区中央服务器2的接收数据逐字节地提交至PPP层，经PPP层将分散的各字节重组成一帧完整的IP数据包之后，再提交至TCP/IP层进行详细的处理。

实施例3：

参见图3，社区中央服务器2的功能是根据个体人的生理参数数据分析危险因素控制量，它是由服务器17和通讯单元18组成。服务器17可以采用IBM X3650，通过通讯接口(如USB、串行口、并行口、RS232等等)与通讯单元18连接，通讯单元18采用SIEMENS公司支持GSM/GPRS的MC35i手机引擎(Cellular Engine)，其接口为ZIF连接器，从设置的通讯接口与服务器17实现数据通讯。服务器17通过MC35i的专用AT命令对该引擎进行控制和数据传输，并通过通讯单元18从个人数据器1接收生理参数数据和危险因素状态数据，向个人数据器1发送危险因素控制量数据。

在发送数据时，服务器17先将危险因素控制策略器19的输出数据提交给TCP/IP协议栈，TCP/IP协议栈根据目的地址和端口将该这些数据封装成完整的IP数据包提交到PPP层，该IP数据包经PPP层封装之后，通过串口逐字节地提交至MC35i并向个人数据器1发送。在个人数据器1接收数据时，MC35i首先将个人数据器1的接收数据逐字节地提交至PPP层，经PPP层将分散的各字节重组成一帧完整的IP数据包之后，再提交至TCP/IP层进行详细的处理。

实施例4：

参见图11，社区中央服务器2中的通讯单元18可以与多台个人数据器1的通讯单元16进行通讯。各个个人数据器1在TCP/IP协议栈中均设置有自己的目的地址，社区中央服务器2根据个人数据器1的目的地址来识别各个个人数据器1，实现与多台个人数据器1的通讯。

实施例5

参见图12，慢性病社区防治的无线反馈控制系统的控制方法是通过以下步骤实现：

(1)数据采集：个人数据器1的使用者(个体人)用个人数据器1自动采集除身高、体重、腰围外的生理参数数据，或通过个人数据器1上的触摸屏11或键盘12手工采集输入生理参数数据和危险因素状态数据。数据采集周期Ts可通过个人数据器1中的触摸屏13或键盘14在0-8760小时(1年)内选择、设置。

(2)数据通讯一：个人数据器1所采集的生理参数数据和危险因素状态数据通过通讯单元16以无线通讯的方式向通讯单元18发送数据，通讯单元18把接受到的数据传递给社区中央服务器2。从而实现在任何时候任何地点检测和采集个体人的生理参数数据和危险因素状态数据，并通过无线通讯的方式将这些数据发送到社区中央服务器2。

(3)数据分析：医师用社区中央服务器2中的危险因素控制策略器19，根据来自于个人数据器1的生理参数数据和危险因素状态数据，以及慢性病防治指南的标准，进行个体人生理状态的分析，制订个性化危险因素控制策略。

(4)数据通讯二：社区中央服务器2把危险因素控制策略器19的结果(危险因素控制量数据)再次通过通讯单元18以无线通讯的方式向通讯单元16发送数据，通讯单元16把接受到的数据传递给个人数据器1，使个人数据器1的使用者(个体人)在任何时候任何地点都可以接受医师的慢性病综合干预指导。

(5)控制执行：个人数据器1的使用者(个体人)通过个人数据器1中液晶屏9显示出来的来自于社区中央服务器2中危险因素控制策略器19输出的危险因素控制量数据执行综合干预，实现控制的目的。

实施例6

参见图13，社区中央服务器2中的服务器17内嵌了一个危险因素控制策略器19，它是一个以软件形式存在的控制策略分析流程，该流程的输入是来自于个人数据器1的生理参数数据和危险因素状态数据，输出是经过控制策略分析的危险因素控制量数据。具体流程如下：

它是一个以软件形式存在的控制策略分析流程，该流程的输入是来自于个人数据器1的生理参数数据和危险因素状态数据，输出是经过控制策略分析的危险因素控制量数据。

1.确定状态变量和控制变量

根据表6参数表和体重、身高、呼吸流量等数据，按下式计算体重指数和呼气容积肺活量比：

体重指数： $\mathrm{BMI}=\frac{\mathrm{WE}\left(\mathrm{kg}\right)}{\mathrm{HE}\left(m^2\right)}---\left(1\right)$

呼气容积： $\mathrm{FEV}1={\∫}_0^{T1}\mathrm{RESdt}---\left(2\right)$

肺活量： $\mathrm{FVC}={\∫}_0^{T\∞}\mathrm{RESdt}---\left(3\right)$

呼气容积肺活量比： $\mathrm{FEV}1/\mathrm{FVC}=\frac{\mathrm{FEV}1}{\mathrm{FVC}}---\left(4\right)$

其中：WE为体重，kg；HE为身高，m²。FEV1为1秒钟用力呼气容积，ml；FVC为肺活量，ml；RES为呼吸流量，ml/s；T₁为呼出气体所用的1秒时间；T_∞为呼出气体所用的所有时间，秒。

将血压、血糖、血脂、心率、体重指数、呼吸率、呼气容积肺活量比作为生理参数状态变量，输入的危险因素状态数据作为危险因素状态变量，输出的危险因素控制量数据作为危险因素控制量，建立新的状态变量和控制量表，参见表7。

表7状态变量和控制量

2.建立状态向量和控制向量

根据表7状态变量，将生理参数状态变量建立12×1阶的生理参数状态向量：

X＝[x₁ x₂ x₃ x₄ x₅ x₆ x₇ x₈ x₉ x₁₀ x₁₁ x₁₂]^-1        (5)

将输入的危险因素状态变量建立20×1阶的危险因素状态向量：

Z＝[z₁ z₂ z₃ z₄ z₅ z₆ z₇ z₈ z₉ z₁₀ z₁₁ z₁₂ z₁₃ z₁₄ z₁₅ z₁₆ z₁₇ z₁₈ z₁₉ z₂₀ ]^-1  (6)

将输出的危险因素控制量建立20×1阶的危险因素控制向量：

Y＝[y₁ y₂ y₃ y₄ y₅ y₆ y₇ y₈ y₉ y₁₀ y₁₁ y₁₂ y₁₃ y₁₄ y₁₅ y₁₆ y₁₇ y₁₈ y₁₉ y₂₀]^-1  (7)

3.建立状态向量集

当采样时间t＝0时，生理参数状态向量X和危险因素状态向量Z表示为：

X(0)，Z(0)

当在采样时间t＝Ts时，生理参数状态向量X和危险因素状态向量Z表示为：

X(Ts)，Z(Ts)

当在采样时间t＝2Ts时，生理参数状态向量X和危险因素状态向量Z表示为：

X(2Ts)，Z(2Ts)

由此类推，当在采样时间t＝nTs时，生理参数状态向量X和危险因素状态向量Z有：

X(nTs)，Z(nTs)

这样，可以得到生理参数状态向量集：

X(0)，X(Ts)，X(2Ts)，……，X(nTs)

和危险因素状态向量集：

Z(0)，Z(Ts)，Z(2Ts)，……，Z(nTs)

简写为：

X(0)，X(1)，X(2)，……，X(n)            (8)

Z(0)，Z(1)，Z(2)，……，Z(n)            (9)

4.建立状态图

根据式(8)，在各数据采样时间t＝0，Ts，2Ts，……，nTs(或称为采样点0，1，2，……，n)，生理参数状态向量X的变化量为：

$\stackrel{.}{X}\left(1\right)=\frac{X\left(1\right)-X\left(0\right)}{\mathrm{Ts}},$ $\stackrel{.}{X}\left(2\right)=\frac{X\left(2\right)-X\left(1\right)}{\mathrm{Ts}},......,$ $\stackrel{.}{X}\left(n\right)=\frac{X\left(n\right)-X(n-1)}{\mathrm{Ts}}---\left(10\right)$

由此，得到生理参数状态向量变化量集：

$\stackrel{.}{X}\left(1\right),\stackrel{.}{X}\left(2\right),......,\stackrel{.}{X}\left(n\right)---\left(11\right)$

根据式(8)和式(11)可以在以生理参数状态向量X为横坐标，生理参数状态向量变化量

为纵坐标，绘制生理参数状态图线20，参见图14，这个图线的起点从

点开始，终点到

点结束。

5.确定正常生理状态区域

根据慢性病防治指南所确定的诊断标准值，在图14中设定一个正常生理状态区域，如斜线区域D，该区域的横坐标X界限从X_min到X_max，纵坐标

界限从

到

本发明根据中国卫生部心血管病防治研究中心和中国高血压联盟编写的《中国高血压防治指南》、中华医学会糖尿病学会编写的《中国糖尿病防治指南》、中华医学会呼吸病学会编写的《慢性阻塞性肺疾病诊治指南》、中国卫生部疾病预防控制局和中华医学会神经病学会编写的《中国脑血管病防治指南》等，确定正常生理参数状态区域参见表8。

表8正常生理参数状态区域

6.确定个体人生理状态与正常生理状态差值

确定在各数据采集点0，1，2，……，n检测的生理参数状态向量X(n)与正常生理状态X_max(或X_min)之间的差值：

$X^{\&prime;}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}X\left(n\right)-X_{\max }& X\left(n\right)\&GreaterEqual;X_{\max }\\ 0& X_{\min }<X\left(n\right)<X_{\min }\\ X_{\min }-X\left(n\right)& X\left(n\right)\&le;X_{\min }\end{array}\right.---\left(12\right)$

其中：X_max和X_min均为12×1阶向量

7.建立危险因素控制策略

构建危险因素控制向量Y的PID控制策略(比例-积分-微分控制策略)：

$Y(n+1)=P{X}^{\&prime;}\left(n\right)+I\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}^{\&prime;}\left(i\right)+D\stackrel{\&CenterDot;}{X}\left(n\right)---\left(13\right)$

其中式(13)右边第一项为比例项，P为20×12阶的比例系数矩阵，矩阵的每一个元素数值在0-10000之间连续可选。第二项为积分项，I为20×12阶的积分系数矩阵，矩阵的每一个元素数值在0-50000之间连续可选。第三项为微分项，D为20×12阶的微分系数矩阵，矩阵的每一个元素数值在0-100000之间连续可选。

从式(13)可见，Y(n+1)是未来时刻t＝(n+1)Ts的危险因素控制量数据，表示未来时刻t＝(n+1)Ts运动、吸烟、饮酒、饮食的需要量或限定量。服务器17将危险因素控制策略器19的输出数据Y(n+1)通过通讯单元18反馈发送给个人数据器1，以指导个体人按这个危险因素控制量实现干预。

Claims (8)

1.一种慢性病社区防治的无线反馈控制系统，其特征在于：包括个人数据器(1)和社区中央服务器(2)，个人数据器(1)由嵌入式微处理器(3)、血压传感器(4)、血糖传感器(5)、血脂传感器(6)、心电电极(7)、呼吸传感器(8)、液晶屏(9)及其驱动电路(10)、触摸屏(11)、键盘(12)、RAM(13)、ROM(14)、SD卡(15)、通讯单元(16)组成，并且血压传感器(4)、血糖传感器(5)、血脂传感器(6)、心电电极(7)、呼吸传感器(8)、触摸屏(11)与嵌入式微处理器(3)的数模转换接口连接，嵌入式微处理器(3)的LCD控制器输出接口与驱动电路(10)输入连接，驱动电路(10)与液晶屏(9)输入连接，键盘(12)、RAM(13)、ROM(14)、SD卡(15)、通讯单元(16)分别与嵌入式微处理器(3)的I/O接口、RAM接口、ROM接口、SD接口、串行通讯接口连接，社区中央服务器(2)由服务器(17)和通讯单元(18)组成，服务器(17)的通信接口与通讯单元(18)连接，服务器(17)内嵌入一个危险因素控制策略器(19)。

2.根据权利要求1所述的一种慢性病社区防治的无线反馈控制系统，其特征在于：个人数据器(1)中的通讯单元(16)与社区中央服务器(2)中的通讯单元(18)以无线通讯的方式相互传递信息。

3.根据权利要求1所述的一种慢性病社区防治的无线反馈控制系统，其特征在于：一台社区中央服务器(2)与多台个人数据器(1)进行通讯连接。

4.根据权利要求1所述的慢性病社区防治的无线反馈控制系统的控制方法，其特征在于，通过以下步骤实现：

(1)数据采集：个人数据器(1)使用者用个人数据器(1)自动采集除身高、体重、腰围外的生理参数数据，或通过个人数据器(1)上的触摸屏(11)或键盘(12)手工采集输入生理参数数据和危险因素状态数据；

(2)数据通讯一：个人数据器(1)把所采集的生理参数数据和危险因素状态数据通过通讯单元(16)以无线通讯的方式向通讯单元(18)发送数据，通讯单元(18)把接受到的数据传递给社区中央服务器(2)；

(3)数据分析：社区中央服务器(2)使用者使用危险因素控制策略器(19)，根据来自于个人数据器(1)的生理参数数据和危险因素状态数据，以及慢性病防治指南的标准，进行个体人生理状态的分析，制订个性化危险因素控制策略；

(4)数据通讯二：社区中央服务器(2)把危险因素控制量数据通过通讯单元(18)以无线通讯的方式向通讯单元(16)发送数据，通讯单元(16)把接受到的数据传递给个人数据器(1)；

(5)控制执行：个人数据器(1)的使用者通过个人数据器(1)中液晶屏(9)显示出来的由危险因素控制策略器(19)输出的危险因素控制量数据执行综合干预，实现控制。

5.根据权利要求4所述的慢性病社区防治的无线反馈控制系统的控制方法，其特征在于：步骤(1)所述生理参数数据包括血压、血糖、血脂、心率、呼吸、身高、体重和腰围。

6.根据权利要求4所述的慢性病社区防治的无线反馈控制系统的控制方法，其特征在于：步骤(1)所述危险因素状态数据包括运动、吸烟、饮酒、饮食的状态量。

7.根据权利要求4所述的慢性病社区防治的无线反馈控制系统的控制方法，其特征在于：步骤(1)所述危险因素控制量数据包括运动、吸烟、饮酒、饮食的需要量或限定量。

8.根据权利要求4所述的慢性病社区防治的无线反馈控制系统的控制方法，其特征在于：步骤(1)的数据采集周期Ts通过个人数据器(1)中的触摸屏(13)或键盘(14)在0-8760小时内选择、设置。

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