嵌入式睡眠監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，它能夠在不干擾受監(jiān)測(cè)者正常睡眠的情況下,，獲取和處理睡眠過程中的脈搏信號(hào),。本文以ARM7(LPC2103)為微處理器核心，利用脈搏波特征量K值作為心血管疾病判斷檢查的一項(xiàng)重要生理指標(biāo),，為心血管疾病的預(yù)防和治療爭(zhēng)取寶貴時(shí)間,，降低心血管疾病在夜間突發(fā)帶來的嚴(yán)重危害。
1 工作原理
通過對(duì)模型的理論分析以及不同年齡健康人和心血管疾病患者的臨床檢測(cè)對(duì)比,，證實(shí)由心血管生理病理上的變化將會(huì)引起脈搏波特征量K值有規(guī)律且相當(dāng)敏感的變化,。因此，采用脈搏波特征量K值作為心血管疾病診斷的一項(xiàng)重要生理指標(biāo)[6-7],。
脈搏信號(hào)波形特征量K值的定義為：
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本研究利用脈搏傳感器檢測(cè)人們睡眠狀態(tài)下的脈搏信號(hào),，在嵌入式微處理器的控制下，對(duì)突發(fā)疾病進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警,。
2.1 采集處理模塊
脈搏信號(hào)屬于低頻微弱信號(hào),，頻率范圍在0.2 Hz～45 Hz，幅度范圍在0～20 mV,。在脈搏信號(hào)的采集過程中,，容易受到基線漂移、人體活動(dòng),、工頻干擾等因素的影響,。因此，采集到的脈搏信號(hào)必須經(jīng)過信號(hào)處理,，才能滿足后期工作的要求,。采集處理模塊框圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本研究利用脈搏傳感器檢測(cè)人們睡眠狀態(tài)下的脈搏信號(hào),，在嵌入式微處理器的控制下,，對(duì)突發(fā)疾病進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警。
2.1 采集處理模塊
脈搏信號(hào)屬于低頻微弱信號(hào),，頻率范圍在0.2 Hz～45 Hz,，幅度范圍在0～20 mV。在脈搏信號(hào)的采集過程中,，容易受到基線漂移,、人體活動(dòng)、工頻干擾等因素的影響,。因此,，采集到的脈搏信號(hào)必須經(jīng)過信號(hào)處理，才能滿足后期工作的要求,。采集處理模塊框圖如圖1所示,。(1)信號(hào)采集
脈搏傳感器選擇體積小、功耗低,、靈敏度高,、抗干擾能力強(qiáng)的HKG-07系列，選擇舒適,、穩(wěn)固的外形及佩戴方法,，設(shè)計(jì)成小巧貼身的指套型。
(2)信號(hào)處理
信號(hào)處理電路包括前置放大電路,、基線校正電路,、50 Hz陷波器、帶通濾波器,、主放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路,。
(3)閾值設(shè)置
根據(jù)現(xiàn)有醫(yī)學(xué)研究的結(jié)果或者遵從醫(yī)囑，針對(duì)不同年齡,、性別,、體質(zhì)、疾病的監(jiān)護(hù)對(duì)象,，預(yù)先設(shè)置因人而異的異常閾值和危急閾值,。
(4)病情診斷
根據(jù)實(shí)測(cè)值以及設(shè)定好的閾值，對(duì)身體狀況進(jìn)行自動(dòng)診斷,，這是系統(tǒng)的難點(diǎn),。
(5)無線發(fā)送
無線通信模塊采用JF24C 2.4G，將異常數(shù)據(jù)和警報(bào)信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控報(bào)警模塊,，消除因?qū)Ь€纏繞身體而干擾睡眠的可能,。采用2.4 GHz公共頻段進(jìn)行短距離無線通信時(shí)，無需申請(qǐng)專用頻段,，且開放性好,，可用資源比較豐富。2.2 監(jiān)控報(bào)警模塊
監(jiān)控報(bào)警模塊框圖如圖2所示,。LPC2103芯片采用LQFP48小封裝,，功耗低，32條高速GPIO,，可以滿足對(duì)體積,、速度、功耗和實(shí)時(shí)性等方面有嚴(yán)格要求的設(shè)計(jì),，是系統(tǒng)的控制核心,。TC35i是西門子公司推出的GSM無線模塊，可快速,、安全,、可靠地傳輸數(shù)據(jù),、語音、短消息和傳真,。
(1)發(fā)送短信
將被測(cè)者身體異常情況通過短信發(fā)送給醫(yī)生和家人,。如發(fā)送的短信為“您的親人心臟病發(fā)作”給手機(jī)號(hào)碼為“+8613812345678”。則其AT指令 phone=phone(手機(jī)號(hào)碼處理)+“00800”(協(xié)議,、編碼方案和有效期標(biāo)識(shí))+msg(短信內(nèi)容處理)=11000D91683118325476F8000800123-
E395DE548C24F5C626B61094FD35FEB4C51,。
(2)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)
引入Windows系統(tǒng)硬盤分區(qū)格式中的FAT32文件系統(tǒng)，將異常的脈搏信號(hào)儲(chǔ)存到Micro SD卡中,，數(shù)據(jù)可以在Windows操作系統(tǒng)里直接讀取,。
(3)電話報(bào)警
家庭地址和病人病情事先錄音，自動(dòng)撥號(hào)告知120急救中心,。
(4)自動(dòng)開門
通過無線控制打開房間門,，方便救助者(120急救中心的人員和家人)進(jìn)入室內(nèi)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
嵌入式睡眠監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)主程序的作用是完成各模塊的初始化,，使每個(gè)模塊進(jìn)入正常的工作狀態(tài),，協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間的工作流程以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能報(bào)警的功能。警報(bào)級(jí)別分為輕度異常和危急異常兩級(jí),，既能確保及時(shí)報(bào)警,，又能避免頻繁動(dòng)作，較準(zhǔn)確地判斷監(jiān)護(hù)對(duì)象的身體狀況,，減少誤報(bào)警幾率,。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)開發(fā)使用 Keil公司的IDE和C語言調(diào)試器。主程序流程圖如圖3所示,。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及測(cè)試
脈搏信號(hào)波形特征量K值選取的分析程序框圖如圖4所示,，脈搏信號(hào)特征提取界面如圖5所示。利用分析處理后得到的脈搏信號(hào)波形特征量K值=0.412 436,，計(jì)算心血管疾病相關(guān)的特征參數(shù)(包括每搏心搏出量SV,、每分心輸出量CO、心搏指數(shù)SI,、心臟指數(shù)CI),。根據(jù)K值計(jì)算得到的心血管特征參數(shù)的實(shí)測(cè)值，均符合標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù),。被測(cè)者參數(shù)正常,，身體健康，不需要報(bào)警,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表如表1所示,。
表中，BAS=0.006 1×TALL(cm)+0.012 8×WEIGHT(kg)-0.159 2
嵌入式睡眠監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)是在熟悉舒適的家庭環(huán)境中及睡眠狀態(tài)下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)身體健康狀態(tài)，可減輕病人的精神壓力和體力負(fù)擔(dān),，緩解人們對(duì)健康監(jiān)護(hù)需求的不斷增長與醫(yī)護(hù)人員數(shù)量不足之間的矛盾,，降低心血管疾病在夜間突發(fā)帶來的嚴(yán)重危害。