CN103284709B

CN103284709B - 一种用于亚健康防控的生理数据采集器

Info

Publication number: CN103284709B
Application number: CN201310222129.2A
Authority: CN
Inventors: 朱朝阳; 包家立
Original assignee: HANGZHOU SOFTMACRO TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Changpan Technology Co ltd
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: CN103284709A

Abstract

本发明提供一种用于亚健康防控的生理数据采集器，由miniUSB接口、外壳、触摸屏、开关、数选器B、A/D模块、放大器、数选器A、血糖试纸插口、血压机接口、血脂线接口、嵌入式微处理器、通讯单元组成。本发明可以在任何时间任何地点集中采集血压、心率、血糖和血脂等生理参数，实现危险因素的录入，建立个人健康档案，体积小，携带方便，便于个人和家庭使用，同时可以在多种无线网络环境中自动选择通讯方式进行数据传送。本发明智能化的选择环境中的无线网络环境，实现数据的无线远程传输，实现在任何时间任何地点采集人体生理数据，并发送，便于个人和家庭使用。

Description

一种用于亚健康防控的生理数据采集器

技术领域

本发明属于公共卫生领域，涉及一种数据采集与发送的设备，具体地说，涉及一种亚健康人群生理参数的采集以及数据无线远程发送的设备。

背景技术

亚健康状态是指人的各项生理参数指标虽然没有达到疾病状态的，但其值已经不在正常值(高于或低于正常值)，处于高危状态。亚健康状态虽然不是疾病状态，无需药物治疗，但是如果不加预防，其患病的可能性大大增加。

慢性病的发病原发于亚健康状态，从低危逐渐向高危转变，最终患病。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。慢性病的发病都会经过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2.4-7.1 mmHg，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) 能经常持续的检测常用生理参数，如血压、血糖、血脂、心率等；(2) 能实时的将检测数据提供给医生，接受医生的指导性医嘱。上述两个问题对于劳动力人群非常难以坚持。比如要频繁的去医院与医师面对面地信息交流，既没有足够的时间与自由，也很难得到长期坚持。这就需要有专门针对个体的生理数据采集设备，并能通过无线的传输方式随时随地的将数据提供给医生。本发明就是针对上述问题设计了一个用于亚健康防控的生理数据采集器，能在手持终端上集中采集所需的生理参数，包括血压、心率、血糖、血脂，并能通过手持终端录入其他高危因素(饮酒、吸烟、运动、用盐等)及个人健康档案，同时对环境中的无线网络环境进行智能化的选择，将数据发送给社区医生。应用软件能建立个人的健康档案，使用者能及时的了解自己是否处于亚健康状态，从而加强预防，减少患病的概率。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于亚健康防控的生理数据采集器，是一种针对亚健康人群生理参数的采集以及数据的无线远程发送的设备，其外型类似一个智能手机的手持终端，由miniUSB接口(1)、外壳(2)、触摸屏(3)、开关(4)、数选器B(5)、A/D模块(6)、放大器(7)、数选器A(8)、血糖试纸插口(9)、血压机接口(10)、血脂线接口(11)、嵌入式微处理器(12)、通讯单元(13)组成，血糖试纸插口(9)、血压机接口(10)、血脂线接口(11)与数选器A(8)的输入端连接，数选器A(8)的输出端与放大器(7)的输入端连接，放大器(7)的输出端与A/D模块(6)的输入端连接，A/D模块(6)的输出端与嵌入式微处理器(12)的IO接口连接，微处理器(12)的IO接口与数选器A(8)的地址端连接，这种连接方式可实现血压、心率、血脂和血糖数据的一体化采集。

通讯单元(13)内置wifi、CDMA、GSM和蓝牙通讯模块，可判断环境中的无线环境状态（即判断是否可用，是否连接），通讯单元(13)的输出与数选器B(5)的输入连接，数选器B(5)的输出与嵌入式微处理器(12)的IO接口连接。这种连接方式可实时自动检测所处环境的无线网络状态(检测是否可用、是否连接)，实现智能化的数据无线发送。

本发明的另一个目的是提供所述采集器在生理数据采集中应用。

本发明的有益之处是：

(1) 可以在任何时间任何地点集中采集血压、血糖、心率、血脂等生理参数，实现危险因素的录入，建立个人健康档案，体积小，携带方便，便于个人和家庭使用。(2) 智能化的选择环境中的无线网络环境，实现数据的无线远程传输。

附图说明

图1是生理数据采集器正面示意图。

图2是生理数据采集器内部结构示意图。

图3是生理数据采集器实现方法。

图4是液晶屏14及其驱动电路15。

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。

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、图2，一种用于亚健康防控的生理数据采集器，其外型类似一个智能手机的手持终端，由miniUSB接口(1)、外壳(2)、触摸屏(3)、开关(4)、数选器B(5)、A/D模块(6)、放大器(7)、数选器A(8)、血糖试纸插口(9)、血压机接口(10)、血脂线接口(11)、嵌入式微处理器(12)、通讯单元(13)组成。图1是该采集器的正面图，图2是该采集器的内部结构图。

血糖试纸插口(9)、血压机接口(10)、血脂线接口(11)与数选器A(8)的输入端连接，数选器A(8)的输出端与放大器(7)的输入端连接，放大器(7)的输出端与A/D模块(6)的输入端连接，A/D模块(6)的输出端与嵌入式微处理器(12)的IO接口连接，微处理器(12)的IO接口与数选器A(8)的地址端连接，这种连接方式可实现血压、心率、血脂和血糖数据的一体化采集。

通讯单元(13)内置wifi、CDMA、GSM和蓝牙通讯模块，可判断环境中的无线环境状态（是否可用，是否连接），通讯单元(13)的输出与数选器B(5)的输入连接，数选器B(5)的输出与嵌入式微处理器(12)的IO接口连接。这种连接方式可实时自动检测所处环境的无线网络状态(是否可用、是否连接)，实现智能化的数据无线发送。

实施例2：

参见图3，是该发明实现生理数据集中采集及无线网络自动识别和数据传输的实现方法。下面分别说明各功能实现的方式：

1. 生理参数的集中采集

生理参数集中采集的实现通过嵌入式微处理器(12)、A/D模块(6)、放大器(7)、数选器A(8)的相互连接工作后完成。

嵌入式微处理器(12)可以采用三星公司(Samsung)推出的基于ARM920T内核的32位RISC微处理器S3C2410X。该处理器内置Linux操作系统，可用于植入自行开发的应用软件，实现应用控制。该处理器自带ROM、RAM及SD接口，其中ROM可用于存放应用程序，RAM可提供应用程序运行所需的内存，SD接口可以插入SD卡，可用于存放应用数据。该芯片有117个多功能I/O接口，可实现多个数据的输入及控制信号的输出。该芯片的LCD控制器用于实现液晶屏的显示，数模转换接口用于实现触摸屏的输入。

数选器A(8)就是在一块集成芯片上有4个输入端和1个输出端，并通过2个地址端选择输入信号，管脚说明如下：

1G为使能端，1B、1A为地址输入端，1C0～1C3是4个数据输入端，Y为输出端。

①当使能端1G＝1时，多路开关被禁止，无输出，1Y＝0。

② 当使能端1G＝0时，多路开关正常工作，根据地址码1B、1A的状态，将相应的数据1C0～1C3送到输出端1Y。例如1B 1A＝00，则选择1C0数据到输出端，即1Y＝1C0。 1B 1A＝01，则选择1C1数据到输出端，即1Y＝1C1，其余类推。真值表设计如下表所示：

本发明中，血压数据、心率数据、血糖数据、血脂数据分别通过数选器A(8)的输入端口1C0~1C3输入数据，数选器A(8)的输出端1Y与放大器(7)的输入端相连接，放大器(7)的输出端与A/D模块(6)的输入端相连接，A/D模块(6)的输出端与嵌入式微处理器(12)的IO接口IO1相连接(选择输入功能)，微处理器(12)的IO接口IO2(选择输出功能)与数选器A(8)的地址端1A相连接，微处理器(12)的IO接口IO3(选择输出功能)与数选器A(8)的地址端1B相连接，微处理器(12)的IO接口IO4(选择输出功能)与数选器A(8)的使能端1G相连接。这样的连接方式，应用程序可通过设置使能信号、地址信号的值选择生理信号的输入，并经过信号放大（通过放大器(7)）与AD转换（通过A/D模块(6)）后，输入微处理器(12)，从而实现生理参数的集中采集。

2. 无线网络的智能选择

无线网络智能选择的实现通过通讯单元(13)、嵌入式微处理器(12)和数选器B(5)的相互连接工作后完成。

数选器B(5)就是在一块集成芯片上有4个输入端和1个输出端，并通过2个地址端选择输入信号，管脚说明如下：

2G为使能端；2B、2A为地址输入端；2C0～2C3是4个数据输入端；2Y为输出端。

① 当使能端2G＝1时，多路开关被禁止，无输出，2Y＝0。

② 当使能端2G＝0时，多路开关正常工作，根据地址码2B、2A的状态，将相应的数据2C0～2C3送到输出端2Y。例如2B 2A＝00，则选择2C0数据到输出端，即2Y＝2C0。2B 2A＝01，则选择2C1数据到输出端，即2Y＝2C1，其余类推。真值表设计如下表所示：

本发明中，从通讯单元(13)输出的CDMA信号、GSM信号、wifi信号和蓝牙信号分别通过数选器B(5)的输入端2C0~2C3输入数选器B(5)，数选器B(5)的输出端2Y与嵌入式微处理器(12)的IO接口IO5相连接(选择输入功能)，微处理器(12)的IO接口IO6(选择输出功能)与数选器B(5)的地址端2A相连接，微处理器(12)的IO接口IO7(选择输出功能)与数选器B(5)的地址端2B相连接，微处理器(12)的IO接口IO8(选择输出功能)与数选器B(5)的使能端2G相连接，通讯单元(13)的输出端E1~E4分别输出CDMA信号、GSM信号、wifi信号和蓝牙信号。这样的连接方式，当通讯单元检测环境中的无线网络状态(是否可用、是否连接)后，将状态信号发送到数选器B的4个输入端，微处理器(12)每间隔1ms循环改变地址端的值(00, 01, 10, 11)，从而实现无线网络的智能判断与选择。应用程序控制数据从微处理器(12)的串行通讯口1发送到通讯单元，通讯单元完成数据的无线发送。

实施例3：

参见图4，本发明的人机接口通过触摸屏(3)、液晶屏(15)、驱动电路(14)和嵌入式微处理器(12)的相互连接工作后实现，液晶屏(15)可提供数据的显示，触摸屏(3)可提供应用程序的控制与数据的录入。

液晶屏(15)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(14)，将嵌入式微处理器(12)(S3C2410X)的LCD控制器、TFT-LCD驱动电路(14)和LTS350Q1-PE1液晶屏(15)结合起来构成嵌入式液晶显示系统，参见图4。驱动电路(14)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(15)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(15)提供多路电压，其具体电源分配参见表3。

LTS350Q1-PE1液晶屏(15)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4。

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4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101 LCC3600的输出信号。该电路输出电源V_COM与表4所示LTS350Q1- PE1的公共电源V_COM连接。

液晶屏(15)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，触摸屏(3)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5。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5。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“Pen Down”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，我们采用X/Y位置自动转换模式。

实施例4：

参见图3，本发明的微机接口通过miniUSB线与嵌入式微处理器(12)的相互连接工作而实现。miniUSB 线的一端与微处理器(12)的串行通讯口相连，另一端与微机的USB接口相连。采集器内置的应用程序提供开放的数据接口标准，从而实现采集器与微机的数据通讯。

Claims

1.一种用于亚健康防控的生理数据采集器，其特征在于：其外型类似一个智能手机的手持终端，由miniUSB接口(1)、外壳(2)、触摸屏(3)、开关(4)、数选器B(5)、A/D模块(6)、放大器(7)、数选器A(8)、血糖试纸插口(9)、血压机接口(10)、血脂线接口(11)、嵌入式微处理器(12)、通讯单元(13)组成，血糖试纸插口(9)、血压机接口(10)、血脂线接口(11)与数选器A(8)的输入端连接，数选器A(8)的输出端与放大器(7)的输入端连接，放大器(7)的输出端与A/D模块(6)的输入端连接，A/D模块(6)的输出端与嵌入式微处理器(12)的IO接口连接，微处理器(12)的IO接口与数选器A(8)的地址端连接，通讯单元(13)的输出与数选器B(5)的输入端连接，数选器B(5)的输出端与嵌入式微处理器(12)的IO接口连接；其中通讯单元(13)内置wifi、CDMA、GSM和蓝牙通讯模块，判断环境中的无线环境状态。

2.根据权利要求1所述的一种用于亚健康防控的生理数据采集器在生理数据采集中的应用。