张祖进，郭召平

医用智能微型传感器的设计

张祖进，郭召平

目的：设计一款医用智能微型传感器，实现数字化、信息化的健康管理模式，为建立健康管理物联网系统平台打下基础。方法：利用通信网络、智能呼叫、生命体征监测等科技手段，设计智能微型传感器，通过蓝牙（Bluetooth）进行通信，数据内存每10ms采样1次，可对36 h内的数据进行存储。结果：该智能微型传感器可以对人体心率、体温和姿势等进行监测，并通过Android系统对数据进行存储，对异常的数据还可以通过与手机的联系发出警报，实现对老年人的实时监护。结论：该智能微型传感器为健康管理物联网的实现提供了基础支持，使安全、健康和救助一体化，实现了健康信息的数字化。

信号采集；物联网；智能呼叫；生命体征监测；智能传感器

0 引言

日趋严重的人口老龄化问题已成为当今必须面对的事实，人口老龄化的日益加剧，给养老体制带来了巨大的挑战和新的研究课题。目前，基于健康物联网的感知层研究，结合医院、养老院的建设经验和发展趋势，充分利用发展迅速的通信网络、智能呼叫、生命体征监测及互联网等科技手段，本着呵护健康、尊重生命、重视人权以及促进老年人互动交流等核心思想，建立了健康管理物联网系统平台，以便更好地服务于现代化的数字化移动管理，最终实现数字化、医疗信息化的目标[1-3]。

物联网感知层研究是对具有物体、生命智能感知能力的智能传感器的基础技术研究。本研究主要设计开发一种自动感知活动不便的老年人的生病体征数据、健康数据的智能传感器。在老年人不知不觉中自动地、智能地感知其心电、体温以及身体姿态变化规律，并可以通过蓝牙无线通信方式将这些感知数据传输到手持智能数据采集终端中[4-6]。数据采集终端则可以通过互联网传输到医院HIS的数据库中或相关管理部门的健康云服务中心[7]。

智能传感器除针对身体活动异常的人外，其对身体姿态的感知，还能对肢体长时间处于一种状态而造成的肌肉、骨骼的退化以及褥疮侵害起到很好的提醒作用。

1 智能传感器的原理

智能传感器采用数据信息无线基站的方法，通过人体生命特征信息感知层可以有效地收集体温、身体姿态、心电及血压等体征信息[8]。当老年人出现异常状况时，可以通过一键呼叫或智能系统发出信息，通过身份识别与定位，使医护人员或家人能在最短时间内进行护理和救治，其原理如图1所示[9-10]。其主要由微处理系统、电源部件、检测系统、指示部件、无线通信系统和电极部件组成。

智能传感器采用微型化设计，其外观精巧；电源采用单压式开关充电方式，通过LED进行间歇式点亮显示[11]；通过Bluetooth（蓝牙）进行通信，通信距离为5m，速率为1Mbps以上，需在20 s之内建立连接，最多可登录24台终端。本装置为Slave端，如果在30 s之内未建立连接，则进入Sleep（眨眼）模式；具有心电检测、体温检测及姿态检测等功能；数据内存每10ms进行采样；容量支持对所有数据进行36 h的记录，并可回放[12]。传感器结构如图2所示。

图1 智能传感器原理图

图2 传感器实物图

2 智能传感器的功能

（1）体温感知：采用的温度传感器精度高、灵敏度高，其感知温度为-10～+65℃。

（2）心电感知：采用高精度模拟心电传感器。

（3）身体姿态感知：采用3轴加速度传感器。

（4）数据数字化处理：采用具有模数转换、无线通信及数据处理等功能的高集成度系统级芯片。

（5）数据本地存储：采用面积小、容量大的串行闪存芯片。

（6）数据无线传输：采用针对个人网络、对人身体无害的蓝牙国际标准[13]。

（7）系统功能扩展：未来匹配移动采集云终端，实时上传医疗健康数据到云服务中心等的软件接口预留。

其功能如图3所示。

3 无线数据采集终端

无线数据采集终端是计算机或手机，采用Android系统，可实时数据显示，以3G模式进行远程传输，具备数据网关功能[14]。可检索各终端，且与检索到的终端进行数据连接，并可进行聆讯操作。当连接对象发生变化时进行操作，登录新终端时在智能传感器一端同时进行操作[15]。采集终端可从多个智能传感器终端中指定特定的终端，对每个指定的智能传感器终端进行数据显示和保存，在各个智能传感器终端上可进行患者信息等数据输入，并通过Bluetooth进行终端检索。

4 应用效果

医用智能传感器和安卓系统一起使用，可以对使用者的心率、体温以及身体姿态进行实时监测，并可以进行一定时间内的数据存储。针对患者或者年老体弱者还有警报系统，应用软件会通过短信方式将跌倒信息发送给指定的手机号码，并告知被监测对象的位置信息。信息可以通过安卓系统进行传输，接到警报后手机发出声音警报，迅速通知监护人员进行安全监护。实时监测可以很大程度保证患者的安全，同时也可以减少人力，为人们的生活提供安全保障。

5 结语

智能传感器在硬件、软件、结构设计等多个方面都属于国内领先的创新型设计，其功能全面、完整，可同时感知心电、体温以及身体姿态。超小型硬件设计：智能传感器设计尺寸为5 cm×5 cm×0.8 cm的超小型结构。其既能本地存储，又可通过蓝牙无线传输给数据采集手持终端，并且在超小型、高集成的基础上还做到了防水、防潮的结构设计。

智能传感器为健康管理物联网实现随时随地的网络服务提供了基础支持，使安全、健康及救助一体化，实现了健康信息的数字化。健康自动感知和网络传输技术的完备，使物联网系统实现了信息系统的集成和服务。通过本地接入政府健康服务云服务中心可实现资源共享，全方位覆盖的智能健康物联网系统可为民众的健康提供有效的保障。

图3 无线数据采集终端界面

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（收稿：2013-06-06 修回：2013-11-30）

Design of intelligent medicalm icro sensor

ZHANG Zu-jin,GUO Zhao-ping
(Department of Medical Engineering,the 303rd Hospital of the PLA,Nanning 530021,China)

Objective To design an intelligent medical micro sensor in order to realize digital and informatized health managementmode and lay a foundation for health management IOT system.Methods Communication network,intelligent calling,vital signs monitoring and etc were involved in the design of the sensor,Bluetooth technology was used for the communication.Sampling was performed once in 10 ms for data memory,and the data in the past 36 h could be stored. Results The sensor could monitor the heart rate,body temperature and posture,and store the data by Android system. The alarming for abnormal data could be realized by the cell phone,and then the real-timemonitoring of the ole person could be implemented.Conclusion The sensor lays a foundation for health management IOT,integrates the safety,health and aid,and realizes digitalization of health in formation.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（8）：48-50]

signal acquisition;internetof things;intelligent calling;vital signsmonitoring;intelligent sensor

R318.6；TP212.6

A

1003-8868（2014）08-0048-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.08.048

张祖进（1963—），男，主任技师，主要从事医疗装备的维修及管理方面的工作，E-mail：zzj_303@126.com。

530021南宁，解放军303医院医学工程科（张祖进，郭召平）