CN201798732U

CN201798732U - Rfid远程无线家庭医疗监护仪

Info

Publication number: CN201798732U
Application number: CN2010201340845U
Authority: CN
Inventors: 秦建德
Original assignee: WUXI LINGXUN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI LINGXUN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2020-03-11

Abstract

本实用新型提供了一种RFID远程无线家庭医疗监护仪，包括封装在壳体内的监护仪控制模块，所述监护仪控制模块分别连接RFID身份识别模块、医疗监测模块、蓝牙通讯模块以及GPRS手机通讯模块；所述RFID身份识别模块和医疗监测模块通过串口与外界通讯；所述RFID身份识别模块用于对RFID标签进行读写；所述医疗监测模块用于监测人体的生理参数；所述蓝牙通讯模块用于和被监护人所在场所的计算机之间的通讯。其优点是：可同时无线远程监测多个人体参数；可同屏显示5导心电波形和脉搏、呼吸波形；用户可将监测的医疗数据通过手机短信或计算机电子邮件方式发送到社区医院或医疗机构；为医生远程诊断提供生理数据。

Description

RFID远程无线家庭医疗监护仪

技术领域

本实用新型涉及一种家庭医疗监护仪，尤其是一种RFID远程无线家庭医疗监护仪。

背景技术

进入新世纪，人口老年化是我国人口结构面临的六大问题之一，我国从成年型社会向老年型社会转变只用了20年左右，“未富先老”现象在上海、大连等都市尤为突出，将给我国发展和社会保障带来严峻挑战。最大的挑战是老年人医疗保健方面，所以建设适合我国社区的医疗监护保健系统的意义重大。当前社区医疗保健系统还不够完善，主要表现在以下几个方面：(1)健康档案的采集效率低而且不太可靠，目前大多数数据收集工作主要采取手工方式。(2)信息不利于共享，采集的资料存在一台计算机里，社区中心和居民之间不能建立起随时访问和被访问的关系，社区与社区之间也不相关。社区居民一旦发生流动，有关的社区得重新对其进行健康档案记录，从而导致重复劳动。(3)用于社区医疗保健系统的设备和器材还很缺乏。由于社区医疗保健系统刚启动没多久，许多设备和器材还无法到位，居民还不能充分享受社区医疗保健系统提供的福利。(4)目前还远远没有达到利用计算机网络实施完整的社区医疗保健系统的目标，系统软件和应用软件都比较短缺。

目前市场已有的心电和血压监护设备(Holter)，虽能便携地记录患者日常活动时的心电和血压数据，但是没有实时监护功能。当今社会，心脏疾病已严重影响了人们的生命安全，许多突发患者因得不到及时救治而使生命受到威胁。传统的心电和血压监护设备限制了患者的自由，动态心电和血压记录仪(Holter)虽能便携地记录患者日常活动时的心电和血压数据，但是没有实时监护功能，对于危及生命的突发心脏病变帮助不大。中国目前“基于GPRS通讯功能”的心脏移动监护设备或“基于互联网通讯功能”的家庭远程医疗监护设备仅处于研发阶段。特别是将RFID(身份识别)技术引入到家庭远程医疗监护设备中还只是停留在探讨阶段。特别是已在研发的“家庭远程医疗监护设备”的监护功能也不齐全。比如说仅包含动态心电或血压单项参数。

发明内容

本实用新型的目的是解决目前家庭远程医疗监护设备的监护功能不齐全及实用性不强的问题，提供一种带GPRS通讯的RFID远程无线家庭医疗监护仪，将千家万户和医疗机构联系起来，实现医疗进入家庭，在病人家中实施监护、的一种新的远程医疗监护模式。

按照本实用新型提供的技术方案，所述RFID远程无线家庭医疗监护仪包括封装在壳体内的监护仪控制模块，所述监护仪控制模块分别连接RFID身份识别模块、医疗监测模块、蓝牙通讯模块以及GPRS手机通讯模块；所述RFID身份识别模块和医疗监测模块通过串口与外界通讯；所述RFID身份识别模块用于对RFID标签进行读写；所述医疗监测模块用于监测人体的生理参数；所述蓝牙通讯模块用于和被监护人所在场所的计算机之间的通讯。

所述RFID远程无线家庭医疗监护仪还包括与所述监护仪控制模块连接的显示屏和控制按钮。

所述医疗监测模块包括一个ARM芯片，通过感应人体生理参数的探头将采集的各种人体数据分别送到相应的模块处理电路中，各模块处理电路处理完的数据输出到所述ARM芯片处理。

所述被监护人所在场所的计算机用于数据采集过程实时观察或对接收到和保存的数据进行分析。

在RFID身份识别后，所述被监护人所在场所的计算机将采集的RFID号和人体的生理参数数据通过电子邮件打包后送往医疗机构终端；所述GPRS手机通讯模块与指定用户手机通讯，用户手机通过手机短信将测量数据实时发送到医疗机构终端。所述医疗机构终端的功能有：将被监护人RFID号和生理参数数据从数据库中提取出来；对已有数据进行分析；提供分析结果并发送至被监护人所在场所的计算机。

当不进行RFID身份识别时，只将监测到的人体生理参数通过所述显示屏显示。

所述RFID身份识别模块采用Texas Instruments公司的TRF7960芯片，芯片上的固件控制RFID身份识别模块独立进行RFID身份识别，不受计算机控制。

本实用新型的优点是：可同时无线远程监测多个人体参数；可同屏显示5导心电波形和脉搏、呼吸波形；用户可将监测的医疗数据通过手机短信(实时)或计算机电子邮件方式发送到社区医院或医疗机构；为医生远程诊断提供生理数据。

附图说明

图1是本实用新型电路框图

图2是本实用新型的系统通讯模式示意图

图3是3元素(C_P，R_P，C_S)匹配电网电路结构图

图4是RFID身份识别模块硬件原理图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。本实用新型使用远程通讯和网络技术提供医学信息和医疗服务。它是将采集到被监护者的生理参数通过GPRS/CMDA或Internet网络通讯实时传送到监护中心。主要应用在会诊、检查、诊断、监护、指导方面。

如图1所示：本实用新型的电路部分包括监护仪控制模块，监护仪控制模块分别连接RFID身份识别模块、医疗监测模块、蓝牙通讯模块以及GPRS手机通讯模块；所述RFID身份识别模块和医疗监测模块通过串口与外界通讯。

监护仪控制模块其功能主要是用于测量模式的控制。

多参数医疗监测模块其功能主要是用于监测六个参数：5导联心电、呼吸、无创血压、血氧饱和度、脉搏、体温。采用是上海贝瑞电子有限公司的监护仪多参数模块。

蓝牙通讯模块其功能主要是用于监护仪和计算机之间的通讯(监测参数的传输)。采用的是南京国春电气有限公司的GC-06蓝牙模块。

GRPS手机通讯模块其功能主要是用于监护仪和医疗机构之间的通讯(监测参数的传输通过GPRS网络)。采用深圳倚天科技开发有限公司的ETPRO-221Ai模块。

RFID身份识别模块其功能主要是用于对RFID卡进行读写。本实用新型自主研发的RFID身份识别模块采用Texas Instruments公司的TRF7960芯片技术，5V低电压供电，其天线设计采用先进的电磁场理论，在阻抗匹配电网的设计中采用3元素(C_P，R_P，C_S)匹配电网。如图3所示，所述3元素(C_P，R_P，C_S)匹配电网包括：天线两端的引出线之间分别连接电容C_P和电阻R_P，再在其中一根引出线上串联电容C_S。

本实用新型RFID读写模块天线设计有以下特点：

一、将先进的电磁场理论与实际应用有机独特地结合起来，因此大大减少了天线面积从而实现了使RFID身份识别模块(是一种嵌入式超小型RFID读写器模块)成为中国市场上尺寸最小的读写器模块目标。由于模块体积小，功耗低，功能强，特别适用于嵌入式RFID应用。

二、为了保证高频(13.56MHz)RFID读写模块具有尽可小的尺寸，其天线设计是最为关键。本实用新型采用先进的电磁场理论，在阻抗匹配电网的设计中首次采用了3元素(串联电容CP，，并联电阻RP，并联电容CS)匹配电网算法。这样可大大减少金属圈数，从而使天线的分布值LA达到最佳值。本实用新型对3元素(CP，RP，CS)的选择采用了理论计算及设计了一个专门测量电路来进行验证从而到达调整计算的目的。

本RFID读写模块支持市场上所有高频电子标签协议。例如ISO 14443A、14443B、15693和TI Tag-it。合适的RFID应用场合有电子护照、安保和门禁管理、电子支付、票务、顾客管理、档案跟踪、产品识别、医疗应用如病人管理和药品跟踪。

对每个模块的详细硬件描述如下：

1、监护仪控制模块包括：

A.电源部分采用医疗设备专用电源，输入电压100-240AC，50/60HZ，电流0.5A输出12V，2A和5V，2A。自带有过压和过流保护电路。

B.总电源接口，主要供电给多参数医疗监测模块、GPRS手机通讯模块、RFID身份识别模块、其他芯片电路。

C.DC-DC转换芯片，将主电源的5V电源转为3.3V作为蓝牙模块的电源。

D.max232芯片，作用是将多参数医疗监测模块的232电平数据转为TTL电平，同时将多参数医疗监测模块的TTL电平数据和RFID身份识别模块的TTL数据转为GPRS手机通讯模块需要的232电平数据。

E.AT89C51单片机。P0.0，P0.1，P0.2，P0.3作为普通的I/O口，匹配上拉电阻作为控制信号来控制驱动管8550驱动继电器。P1.3，P1.4，P1.5为准双向口，驱动普通的LED作为设备模式选择指示灯。P3.0，P3.1，P3.2，P3.3分别作为普通II\O口，作为模式选择和血压启动按钮。

F.继电器，作用是切换RFID数据和多参数监护监测模块与蓝牙模块和GPRS手机通讯模块传输方式。

2、RFID身份识别模块包括，如图4所示：

A.MSP430单片机。它的主要作用是控制U3状态，工作方式，缓存U3中的数据，提供下载firmware的接口。MSP430系列单片机，是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。其主要的特点有：强大的处理能力，超低功耗，ESD保护，抗干扰力强，低电压供电，系统工作稳定。这些鲜明的特点非常符合，RF电路的设计原则和需求。极大提高RF电路的稳定性。

B.专用的高频射频芯片TRF7960。其内置高频ISO协议，可通过天线直接与电子标签通讯。TRF7960X系列芯片，是TI的HF读头芯片，同时涵盖了ISO15693和ISO14443A/B这两种协议，TRF7960X内置LDO时钟输出功能，不但可以省去外部LDO和MCU工作警惕的成本，同时由于内置LDO的优秀的PSRR性能，可极大的抑止其他电路对RF电路的影响，提升RF性能，增强读写TAG的距离。利用TRF7960X的低功耗性能以及微控制器MSP430系列的超低功耗特性，则可以实现微功耗UF读头的设计。

C.CP2102芯片。其作用为将U2通过RXD，TXD端口输出的TTL协议数据转为USB协议以便与计算机通讯。

3、医疗监测模块包括：

A.通过血氧，心电，体温，血压等探头，将采集的各种人体数据分别送到相应的模块处理电路中。

B.各模块处理完的数据，通过UART，ISP等形式送到ARM9处理。同时心电部分供电采用隔离电源供电方式，保证用户安全。

C.ARM9将各种数据做打包处理，通过UART，ISP等形式输出。本设备主要采用的是URAT方式输出。

4、蓝牙通讯模块包括：

A.模块中内置有Bluetooth 2.0协议。可直接通过2.4G radio与范围内的同协议蓝牙产品通讯。

B.模块通讯设置有密码匹配，保证通讯安全。

C.模块提供多种I/O接口与外部硬件连接，本设备采用的是UART方式。

5、GPRS手机通讯模块包括：

A.主模块GTM900A将RS232接口送来的数据通过TCP\IP协议芯片进行处理。协议芯片处理后的数据，符合TCP\IP协议。

B.通过天线发送到指定网络的IP端口。

本实用新型计算机固件设计有以下特点：

一、对国际标准RFID协议的全面支持-ISO15693，ISO14443A/B和Tag-It。

二、对Mifare协议(Crypto-1)的支持，包括NXP安全加密和认证。

三、支持基于远程数据库和本地Flash存储的RFID卡号数据库认证，使家庭和公司使用者做到一人一卡一密方便数据存储、加密和读取。

四、支持RFID卡自动扫描读取和与计算机联机读取两种工作方式，使RFID适用于更广泛的应用领域。

计算机固件的独特设计能综合有效地保证系统加速信号的采集，信号的放大、滤波等的处理，控制器对射频发送的软件控制。使用串口，并按照一定的采样频率将加速度信号送入微控制器MSP430，在MSP430内部进行信号放大和A/D转换；并且按照传输模块定义的格式将数据进行编码，再通过GPIO口传送给TRP7960射频模块。主程序主要实现各个器件的初始化和任务的调用。

主程序中的主函数首先对操作系统进行初始化，初始化完成后，创建启动任务，设置任务的优先级，并开始进行多任务操作。启动任务主要完成各个模块的初始化，包括开发板的初始化射频芯片的初始化，控制器AD转换的初始化，USB接口芯片的初始化等，并将射频无线接受设置为发送模式。最后调用主执行函数进行任务处理。

本实用新型将GPRS和互联网(Internet)通讯技术同时引进到无线远程监测中。用户可将监测的医疗数据通过监护仪配置的手机模块用短信(实时)或蓝牙模块联接计算机通过电子邮件方式发送到社区医院或医疗机构；实现了配置3种测量模式以实现医疗数据的2种无线传输。

一、本监护仪配置的测量模式具体有以下3种：

无RFID身份识别测量适用于病人自我监测；

RFID身份识别后采用蓝牙通讯进行测量并通过电子邮件将数据传送到医疗机构；

RFID身份识别后采用手机短信通讯进行测量并将数据实时传送到医疗机构。

1、无RFID身份识别测量

A.无需RFID卡

B.设备通过按钮开机后，即可进行医疗数据采集(心电，心律，血氧，体温)

C.设备本身的LCD可用来显示数据或曲线

D.其医疗数据采集需按医学要求采集(另附要求)

E.血压测量(气泵启动)需另设按钮

2、连接病人计算机进行测量

A.病人必需持有RFID卡首先通过身份识别

B.身份识别成功后，计算机首先显示病人的UID

C.然后系统即进入医疗数据采集(心电，心律，血氧，体温)

C.数据通过蓝牙模块和病人的计算机无线连接

D.可将采集的RFID号和数据，通过软件打包后用E-MAIL送往医疗中心

E.其医疗数据采集需按医学要求采集(另附要求)

F.血压测量(气泵启动)需另设按钮

G.设备本身的LCD也可同时用来显示医疗数据或曲线

3、采用GPRS手机通讯进行测量

A.病人必需持有RFID卡首先通过身份识别

B.身份识别成功后，手机短信开始启动，首先发出RFID号

C.然后系统即进入医疗数据采集(心电，心律，血氧，体温)

D.测量的医疗数据被手机短信连续发出

E.若干分钟后，再按同一个按钮一次，手机短信停止发送

F.其医疗数据采集需按医学要求采集(另附要求)

G.血压测量(气泵启动)需另设按钮

如图2所示本实用新型和外界的通讯模式：

1.病人RFID身份识别和病医疗数据采集，

2.医疗数据无线传送到移动通讯网络，

3.移动通讯网络将数据传到医疗中心，

4.医生进行医疗数据分析或会诊，

5.医生和病人可根据需要通过移动通讯网络交流，

6.监护仪通过蓝牙与计算机无线连接。

二、监护仪硬件设备配置

·RFID身份识别模块为高频电子标签读写模块，用于用户身份识别

·医疗数据采集(心电，心律，血压，血氧，体温)采用现成测量模块

·GPRS通讯模块采用现成DTU模块

·6.4英寸LCD显示

·10-30米蓝牙通讯模块

·系统电源：5V和12V医用稳压电源

·设备外壳材料：ABS工程塑料

·控制按钮：开-关机钮，设备测量模式钮(2-3个)，血压测量钮

三、监护仪PCB配置

·RFID读写模块-独立PCB

·医疗数据采集模块-独立PCB

·LCD高压电路-独立PCB

·GPRS通讯模块-独立PCB

·其它电路控制-独立PCB

1.根据设备测量模式设计相应的控制电路及电路过载保护

2.其中LCD/DTU/其它电路控制可设计成一块PCB(留孔组合安装在一起)。

四、系统软件设计

(1)GUI界面(LinxunWare)用户定义

A.病人本人或家属

1.数据采集过程实时观察或对已有数据通过计算机进行分析

2.也可将采集的RFID号和医疗采集数据，通过E-MAIL打包后送往医疗中心

B.医疗中心

1.将病人RFID号和的数据从计算机网络服务器的数据库中提取出来

2.对已有数据通过计算机进行分析

3.将分析结果告知病人

(2)软件运行的基本要求

A.一开始先显示用户姓名(根据RFID卡号)

B.然后程序进入医疗数据显示屏幕

C.采用高效数据缓冲处理以解决数据由无线通讯传送所造成的信号延迟或失真

D.病人的医疗数据存放在数据库中(病人本人的计算机或医疗中心服务器的数据库)

E.通过RFID号观察病人的医疗数据或图像显示

F.LingxunWare的标记配置及美观的界面设计

G.RFID卡号输入界面

五、系统固件(Firmware)

A.在固件编译时，提供用户界面以便可输入RFID卡号建立数据库

B.建立可输入10个RFID卡号的数据库

C.固件以执行文件形式下载到RFID模块

D.RFID身份识别不受计算机控制(独立进行)

E.避免RFID循环扫描过程中的任何死机情况发生

F.系统固件和控制电路间的通讯原理

1.对“连接病人计算机进行测量”和“采用GPRS手机通讯进行测量”这两种测量模式，需使用RFID模块。控制电路向RFID模块输出一个高电平

2.RFID模块的串口一开始是连接到本设备的串口(default setting)

3.在探测到高电平后，固件立即进行RFID持卡身份识别(循环扫描)

4.读到RFID卡号后，固件先向外发送RFID号(2-3次)

5.然后固件停止RFID循环扫描，向RFID读写模块输出一个高电平(需保持一小段时间)

6.控制电路探测到高电平后，先切断RFID模块的串口然后将医疗模块的串口连接到本设备的串口以向外发送医疗测量数据。

六、监护仪测量参数主要技术指标

1、心电

导联配置标准：三导或五导电缆

三导联：RA、LA、LL，导联方式：I，II，III

五导联：RA、LA、LL、RL、V，导联方式：I，II，III，aVR，aVL，aVF，V

增益×250，×500，×1000，×2000

2、心率

心率范围

心率：15～250bpm(搏/分)

精度：±1％或±1bpm，取大者

分辨率：1bpm

灵敏度＞200uV(峰峰值)

基线回复时间除颤后＜3秒钟

信号范围±8mV(峰峰值)

校准信号1mV(峰峰值)，准确度±5％

St段检测测量

测量范围：-1.0mV～+1.0mV

测量精度：-0.8mV～+0.8mV范围内测量误差为±0.02mV或±10％取大者。其它范围不定义。

3、呼吸

呼吸率

范围：成人：2～100BrPM儿童和新生儿：2～100BrPM

分辨率：1BrPM

精度：±2BrPM

4、无创血压

测量方式脉搏波振荡法

工作模式：手动/自动/连续

自动测量模式的测量间隔时间

1，2，3，4，5，10，15，30，60，90，120，180，240，480分钟

连续测量模式的侧来那个时间N/A，由用户手动解除，或遇到测量错误后自动解除

测量范围和精度

范围：成人收缩压40～255mmHg 舒张压20～215mmHg 平均压30～235mmHg

儿童收缩压40～200mmHg 舒张压20～150mmHg 平均压30～165mmHg

静态压力范围0～300mmHg

静态压力精度±3mmHg

血压精度：最大平均误差±5mmHg；最大标准偏差±8mmHg

5、血氧饱和度

测量范围0～100％

分辨率1％

精度70～100％或±2或0％～69％或不予定义

脉率：测量范围20～300分辨率1bpm精度±3bpm

6、温度

适用温度传感器YSI系列

通道数2通道

测量：范围0～50℃分辨率0.1℃精度±0.1℃(不包含传感器误差)

7、无线通讯模块

支持GPRS、CDMA通讯协议。模块内嵌TCP/IP协议栈，解决了用户在使用普通模块时无TCP/IP协议栈而需在客户机系统嵌入TCP/IP的局限性，利用可靠的GPRS/CDMA网络实现数据信息的透明传输。

本实用新型的主要特点在于：

1、可同时无线远程监测多个参数：全导联心电、呼吸、无创血压、血氧饱和度、脉搏、体温。

2、采用“超小型高频电子标签读写模块”，大小只有57×27×3(单位mm)，在中国市场上首创将RFID(身份识别)技术引入无线远程监测中。使用RFID技术主要是确保病人的身份唯一性以防止监测参数在远程诊断的使用中造成医生错诊和误诊。

3、将GPRS和互联网通讯技术同时引进到无线远程监测中。用户可将监测的医疗数据通过监护仪配置的手机模块用短信(实时)或蓝牙模块联接计算机通过电子邮件方式发送到社区医院或医疗机构。

本监护仪可将千家万户和医疗机构联系起来，实现医疗进入家庭，在病人家中实施监护、诊断、治疗、康复和保健多位一体的一种新的远程医疗监护模式。远程病人监护已经越来越引起人们的极大关注。其快速发展有很强的社会现实背景。RFID和无线通讯技术的应用，使无线家庭医疗监护仪在克服现有资源紧缺的问题上，扮演着非常重要的角色，此外，该系统还可以改善医疗机构的医护服务。RFID远程无线家庭医疗监护仪是中国市场上首台采用RFID技术并具有在真正意义上能实现“无线家庭远程医疗监护”功能并具有实用价值的远程无线家庭医疗监护仪。

Claims

1.RFID远程无线家庭医疗监护仪，包括封装在壳体内的监护仪控制模块，其特征是：所述监护仪控制模块分别连接RFID身份识别模块、医疗监测模块、蓝牙通讯模块以及GPRS手机通讯模块；所述RFID身份识别模块和医疗监测模块通过串口与外界通讯；所述RFID身份识别模块用于对RFID标签进行读写；所述医疗监测模块用于监测人体的生理参数；所述蓝牙通讯模块用于和被监护人所在场所的计算机之间的通讯。

2.如权利要求1所述的RFID远程无线家庭医疗监护仪，其特征是还包括与所述监护仪控制模块连接的显示屏和控制按钮。

3.如权利要求1所述的RFID远程无线家庭医疗监护仪，其特征是所述医疗监测模块包括一个ARM芯片，通过感应人体生理参数的探头将采集的各种人体数据分别送到相应的模块处理电路中，各模块处理电路处理完的数据输出到所述ARM芯片处理。

4.如权利要求1所述的RFID远程无线家庭医疗监护仪，其特征是所述被监护人所在场所的计算机用于数据采集过程实时观察或对接收到和保存的数据进行分析。

5.如权利要求1所述的RFID远程无线家庭医疗监护仪，其特征是在RFID身份识别后，所述被监护人所在场所的计算机将采集的RFID号和人体的生理参数数据通过电子邮件打包后送往医疗机构终端。

6.如权利要求1所述的RFID远程无线家庭医疗监护仪，其特征是在RFID身份识别后，所述GPRS手机通讯模块与指定用户手机通讯，用户手机通过手机短信将测量数据实时发送到医疗机构终端。

7.如权利要求1所述的RFID远程无线家庭医疗监护仪，其特征是所述RFID身份识别模块采用Texas Instruments公司的TRF7960芯片，芯片上的固件控制RFID身份识别模块独立进行RFID身份识别，不受计算机控制。