基于无线通信技术的便携式血糖实时监测系统设计*

蔡逸仪 曹东

（广州中医药大学信息技术学院）

1 引言

糖尿病是严重影响人类健康的慢性病，也是导致慢性并发症的主要原因。根据国际糖尿病联合会的报告，截至2009年，中国现有糖尿病人4320万，成为全世界糖尿病患者人数第二位的国家[1]。防治糖尿病已经成为医学科技工作者的迫切课题。严格的血糖控制可明显减少和延缓糖尿病并发症的发生和进展[2]。但实际上，糖尿病患者的血糖难以得到良好控制，其中仅有 25.9%的病人血糖得到理想控制[3]。糖尿病慢性并发症的发生和发展，不仅与血糖升高有关，更与血糖波动性增大有密切关系，血糖波动性越大，慢性并发症的发生率越高，预后越差。准确监测糖尿病患者的糖代谢趋势在糖尿病诊治中具有重要的地位。

实际治疗过程中，由于糖尿病人绝大部分是门诊病人，患者离开医院后难以对其进行实时动态的血糖监测。虽然部分患者自购家用血糖计进行自测，但检测的时间和次数存在很大的随意性，对结果也没有做详尽的记录。另外，对于部分I型糖尿病患者特别是儿童，由于他们自身缺乏胰岛素生成细胞，需要依靠注射胰岛素来维持生命。这部分患者如果血糖突然大幅下降导致昏厥，并得不到及时处理，很容易有生命危险。本文尝试将现代智能手机、3G网络技术与传感器技术结合，设计一种实时监测糖尿病患者血糖变化的便携式血糖监测仪器。该仪器除可以随时把结果显示在手机屏幕上之外，还可以保存在手机里和实时发送到医院的监护中心，当血糖低于或高于设定的阀值，手机除了发出音响报警外，还将向预设的一个或多个号码发送紧急呼叫的短信。

2 系统概述

本系统由带蓝牙功能的血糖计，手机软件和医院监护系统三部分组成，如图1所示。

图1 实时血糖监测系统结构

加装了蓝牙模块的植入式血糖传感器实时采集患者的血糖值，将血糖数值通过蓝牙模块向手机发送，手机接收到血糖数值后，根据设定显示在手机屏幕上，同时通过移动电话3G网络，向医院监护中心发送数据，医院监护中心电脑系统接收患者的血糖数据并且储存到监护系统的数据库。医院的监护系统还可以根据需要，主动向指定患者的血糖监测系统发送指令，采集患者的即时血糖数据。

3 系统设计

本系统所需要的设备主要有血糖传感器、蓝牙模块、智能手机和电脑系统。

3.1 血糖传感器

血糖传感器是本系统采集血糖数据的关键部件。目前，市面上的血糖传感器主要有两类：一种是非植入式的血糖传感器，使用时先通过采集患者的少量血液，然后把血液样品滴在血糖纸上，再把血糖纸插入血糖传感器做分析，之后显示血糖值。这类的血糖传感器，在每次检测的时候都需要重新采集血样，如果每天采集的次数较多，患者难以配合；另外一种是植入式的血糖传感器，把血糖传感器的探针植入患者皮下（一般植入腹部或手臂皮下）。植入式血糖传感器的优点是可以随时检测患者的血糖而无需每次都做血液采集，但缺点是需要把传感器植入患者的皮下，对于患者来说有不便之处。因此，最理想的是非植入式无创血糖计。这类血糖计通常采用光电工作原理。李刚、周梅等在这方面做了研究探讨[4]，但血糖检测的结果跟实际数据有较大的误差，没有进入实用阶段。

为保证性能的可靠和准确，本系统选用美国Abbott公司的植入式血糖传感器。该传感器体积小(5cm×2cm)、重量轻和功耗低，自带充电电池。它与植入皮下的探针相连接，然后用医用透明胶布粘在被检测者的皮肤上，就可以连续实时监测血糖数据。

3.2 蓝牙模块

本系统在数据传输中采取蓝牙模块，工作频段2.4GHz，传输速率2Mp/s～3Mp/s，有效传输距离约10米。采用美国德州仪器（Texas Instruments）公司CC2540蓝牙芯片，具有功耗低、稳定可靠和提供各种软件驱动，方便手机编程的功能。图2所示的是加装了蓝牙模块后粘贴在被检测者手臂上的血糖传感器。

图2 血糖传感器安装在人体手臂

3.3 手机软件设计

本系统主要用于血糖的实时监测，由于血糖的数据量不大，每次检测只需要把患者当前的血糖值传输到指定的目的地，目前的移动网络技术足以满足本系统的需要。本系统的软件可以在Android平台的智能手机运行，今后将逐步扩大到Blackberry(黑莓)，苹果（iOS），Sybian 和Windows Phone 7 等多种手机平台。手机软件启动后，在后台运行，不影响手机的正常使用，也可根据需要移到前台，图3所示为血糖在线监测手机软件运行界面。

图3 血糖在线监测手机软件界面

手机血糖监测软件主要由以下模块组成：

(1) 蓝牙通信模块：初始化蓝牙接口，检测有效范围内的蓝牙设备，建立数据链路连接，收发蓝牙数据；

(2) 数据显示和储存模块：在手机屏幕上显示接收血糖计的数据，数据保存到手机本地数据文件，供查询和上传用；

(3) 数据通信模块：把接收到的血糖数据通过移动3G网络传输到医院监护中心系统。上传数据除了患者的实时血糖数据，还包括患者的编号和电话号码等信息。同时接收医院监护中心系统发送的指令，对手机系统进行远程配置和执行血糖监测或数据传输；

(4) 短信数据模块：对于没有开通上网功能的用户，把血糖数据通过短信息的方式发送到医院的监护中心；

(5) 设置模块：对系统进行配置，设定血糖采集的时间间隔，设定医院监护中心的通信地址和患者个人信息、血糖报警阀值、紧急呼叫电话号码和紧急短信号码；

(6) 报警模块：在血糖数据达到报警阀值的时候，向设定的电话号码发出紧急呼叫和紧急短信，对于有GPS功能的手机，同时报告患者的地理位置。

3.4 医院监护中心系统设计

医院监护中心接收所有患者的实时血糖数据，对数据进行显示和存储，供医生做疗效分析。该系统作为医院的电子病案系统的一部分，存储患者的血糖资料，为下一步的治疗方案提供依据。主要包含以下模块：

(1) 数据接收模块：接收患者手机发送的实时血糖数据，并保存到数据库。该模块和手机的接口通过Web Service实现；

(2) 数据显示模块：通过图表等方式显示指定患者的血糖情况；

(3) 远程配置模块：通过移动网络，对患者的手机进行远程配置和指令手机软件进行血糖数据采集；

(4) 短信接收模块：接收通过短信息发送过来的血糖数据。

4 讨论

本文所开发的系统，利用智能手机和蓝牙技术，把患者的血糖情况实时传送到医院的监护中心，为患者的治疗方案提供有效的依据。同时，对于糖尿病患者突发的低血糖危险情况，通过智能手机，及时向指定的号码发送紧急呼叫，报告患者的当前情况和地理位置，为患者的抢救赢得宝贵的时间。

[1] IDF report, Latest diabetes figures paint grim global picture.http：//www.idf.org/latest-diabetes-figures-paint-grim-global-pi cture, 2009.

[2] UKPDS group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes. The Lancet, 1998(352)：837-853.

[3] 钟远,章晓燕,胡廷军.动态血糖监测系统在改善老年 2型糖尿病患者血糖控制中的应用[J].中国全科医学,2010,13(2B)：465-468.

[4] 李刚,周梅,吴红杰,等.无创人体血糖检测光学方法的研究现状与发展[J].光谱学与光谱分析,2010,30(10)：2744-2747.

[5] 孙守军,吴凯,吴效明.基于蓝牙技术的无线移动监护系统[J].中国现代医疗器械杂志,2006 ,20(3)： 349-351.