基于MSP430和GSM移動(dòng)通信的血糖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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對(duì)應(yīng)于2.2- 27.8mmol/L的血糖濃度，酶電極的響應(yīng)電流約為3—50μA。血糖儀就是通過(guò)這一對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)計(jì)算顯示血樣葡萄糖濃度值的。根據(jù)曲線可知酶電極上的反應(yīng)電流在11s左右出現(xiàn)峰值，因此系統(tǒng)設(shè)定前11s為酶電極的反應(yīng)時(shí)間，后5.3s為酶電極的采集時(shí)間。對(duì)5.3s的電流面積積分，得到電量Q，再根據(jù)已知的血糖的濃度C0可以由公式求出標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)K：
Q =∫I(t)dt = K C0
K = Q/ C0
從而求出所測(cè)試的血糖濃度：
Cx = Q/K
溫度是影響酶的活性及酶催化反應(yīng)速度的重要因素之一[2]。因此要保證測(cè)量的精度，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試及相關(guān)的結(jié)果分析得到溫度補(bǔ)償公式如下：
Kt = 0.0133t + 0.067
考慮到溫度補(bǔ)償，因此，血糖濃度計(jì)算公式如下：
Cx = Q/（K ×Kt）
2.3 通信軟件設(shè)計(jì)
Java手機(jī)操作系統(tǒng)都支持標(biāo)準(zhǔn)的J2ME MIDP1.0 Java標(biāo)準(zhǔn)。J2ME是SUN公司推出的針對(duì)嵌入式消費(fèi)類電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。Motorola公司生產(chǎn)的Motorola388，A388C等手機(jī)不僅支持標(biāo)準(zhǔn)的J2ME MIDP1.0 Java標(biāo)準(zhǔn)，還推出了Motorola SDK for J2ME，實(shí)現(xiàn)了一些CLDC/MIDP提供的接口功能[3]。
手機(jī)與血糖儀通過(guò)串口連接，所以使用手機(jī)正確、實(shí)時(shí)地接收血糖儀發(fā)送的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，采用多線程的開(kāi)發(fā)模式可以準(zhǔn)確、快速地讀取血糖儀發(fā)送至手機(jī)的數(shù)據(jù)。
在編寫串行通信程序時(shí)，要用到j(luò)avax.microedition.io包中的Connector類和StreamConnection、InputStream和OutputStream 接口。在J2ME中所有的連接都是使用Connector類的open(String connect)方法建立的，不同的連接可以通過(guò)傳遞不同的參數(shù)connect實(shí)現(xiàn)[4,5,6,7,8]。
2.4在MotorolaA388上運(yùn)行
基本按以下5個(gè)步驟：
(1)打包：編譯通過(guò)后，使用JBuilder Wizard菜單中的Archive Builder項(xiàng)，選擇Archive type為MIDlet，隨提示即可完成打包。
(2)在PC機(jī)上運(yùn)行：運(yùn)行MIDlet，更新打包文件：.jar與.jad文件。
(3)下載：用手機(jī)提供的數(shù)據(jù)線把手機(jī)和PC機(jī)串口相連，選擇手機(jī)上“通過(guò)數(shù)據(jù)線下載”菜單選項(xiàng)，再通過(guò)摩托羅拉388免費(fèi)提供的一個(gè)名為pcjal.exe的下載工具，可很容易地將MIDlet下載到手機(jī)上。
(4)安裝：一般手機(jī)下載完一個(gè)J2ME程序后，就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行安裝。將程序存儲(chǔ)在手機(jī)的指定位置里。
(5)在MotorolaA388C上運(yùn)行：程序安裝完后，手機(jī)就會(huì)在程序菜單中顯示該應(yīng)用程序，用戶選擇該菜單項(xiàng)后就可以運(yùn)行程序。界面如圖4所示。
圖4 運(yùn)行界面
3 糖尿病監(jiān)護(hù)中心設(shè)計(jì)
糖尿病監(jiān)護(hù)中心的硬件部分主要由一臺(tái)服務(wù)器連接一個(gè)GSM模塊組成。選用的是SIEMENS公司的無(wú)線模塊MC35[9]。硬件電路主要分為四個(gè)部分:電源電路，用于提供6V-12V的電源；串口電路，用于與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行連接；SIM卡電路，用于SIM卡與模塊的連接；MC35模塊驅(qū)動(dòng)電路，用于對(duì)MC35無(wú)線通信模塊進(jìn)行點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)。
軟件系統(tǒng)如圖5所示。其中，人機(jī)接口模塊，還增加了由用戶手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)的功能；糖尿病病理數(shù)據(jù)庫(kù)包括知識(shí)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)，知識(shí)庫(kù)中存放和管理有關(guān)糖尿病診斷的專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，規(guī)則庫(kù)用于存放糖尿病診斷與鑒別診斷的規(guī)則；患者信息庫(kù)用來(lái)保存患者的血糖測(cè)量值及一些背景信息。系統(tǒng)與GSM模塊的通信采用串行通信協(xié)議，短信管理使用AT指令[10]。
圖5 系統(tǒng)功能框圖
4 結(jié)果與討論
手機(jī)血糖儀操作簡(jiǎn)單, 測(cè)試時(shí)，用戶進(jìn)入血糖測(cè)試界面（如圖4所示），點(diǎn)擊運(yùn)行鍵，屏幕會(huì)提示插入血樣試紙，隨后會(huì)出現(xiàn)15S倒計(jì)時(shí)狀態(tài),當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為“0”時(shí)顯示血糖濃度測(cè)試結(jié)果，測(cè)試結(jié)果可以直接點(diǎn)擊發(fā)送短信鍵，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至MA35I，再由遠(yuǎn)程糖尿病診斷系統(tǒng)接收存儲(chǔ)并給出診斷結(jié)論后反饋給患者。
目前，最為準(zhǔn)確地測(cè)量方式還是醫(yī)院的靜脈采血測(cè)試，但需要患者抽取大量的靜脈血，所以比對(duì)本系統(tǒng)的血糖儀選擇了相對(duì)測(cè)量較準(zhǔn)確的強(qiáng)生血糖儀，表1中給出了絕對(duì)誤差值與最大相對(duì)誤差值。
表1 測(cè)量結(jié)果與誤差值
從測(cè)試結(jié)果可以看出，基于手機(jī)的血糖儀重復(fù)性誤差最大值為1.01﹪，濃度最大相對(duì)誤差為5.98﹪，在醫(yī)療器械規(guī)則的誤差范圍內(nèi)，因此認(rèn)為自行研制的基于手機(jī)的血糖測(cè)試儀符合標(biāo)準(zhǔn)。
經(jīng)過(guò)收發(fā)短信的測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行正常；測(cè)量的數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)中的相比對(duì)，按照簡(jiǎn)單的規(guī)則，可自動(dòng)給出診斷結(jié)論，也可由醫(yī)生修改或加入建議。
后期要繼續(xù)完善本系統(tǒng)，并在并系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)行人體其他生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)研究，如血壓、脈搏、心電等，利用無(wú)線和有線連接，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至遠(yuǎn)程醫(yī)療中心服務(wù)器，并使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)進(jìn)行個(gè)體發(fā)病預(yù)測(cè)及疾病分類。
在移動(dòng)設(shè)備與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)高速發(fā)展的天，操作簡(jiǎn)單，方便，便攜的移動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備與遠(yuǎn)程醫(yī)療中心的配合是醫(yī)療儀器的發(fā)展趨勢(shì)。本文基于Java手機(jī)實(shí)現(xiàn)了與血糖儀在多線程模式下的串行通信，利用手機(jī)顯示存儲(chǔ)測(cè)量的結(jié)果，并且以短信的形式發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器，從而得到專家的建議與治療方案。今后隨著嵌入式技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的繼續(xù)快速發(fā)展，移動(dòng)式的醫(yī)療儀器會(huì)擁有更廣闊的應(yīng)用和市場(chǎng)前景。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：
1．血糖測(cè)試模塊的體積只有3cm2，所以可以和移動(dòng)設(shè)備，如手機(jī)整合在一起。
關(guān)鍵詞：
MSP430
GSM
移動(dòng)通信
血糖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)
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