一种新型远程母婴智能监护系统的研制

【作 者】习海燕，甘广辉，张慧连，陈超敏 南方医科大学生物医学工程学院，广州市，5055 广东新华南方软件外包有限公司，广州市，5055

一种新型远程母婴智能监护系统的研制

【作 者】习海燕1，甘广辉1，张慧连2，陈超敏1
1 南方医科大学生物医学工程学院，广州市，510515
2 广东新华南方软件外包有限公司，广州市，510515

目的 研究设计基于云计算及物联网的母婴智能监护系统，对母婴实现24 h实时监控和护理。方法 通过新型无线胎儿监护探头和手机，利用网络实现医院、医生通讯。手机移动端是在Android系统上二次开发，该模块功能可以接收无线探头的胎心和宫缩数据，进行和后台服务器的信息交换，并实时显示监测数据和医生意见。结果 手机移动端实时动态显示了胎心和宫缩曲线，记录胎儿的成长过程。通过无线通信技术，实现了医生和用户的实时在线交流功能。结论 该系统解除了传统电话监护的电缆对孕妇束缚，孕妇可随时在家中或就近的社区医疗机构进行远程胎儿监护，为母婴（孕妇）提供了有效的健康安全保证。

远程监护；母婴健康；无线传输；智能监护

0 引言

随着计算机网络技术的飞速发展，传统的胎儿电子监护也开始向远程联网监护及专家诊断分析系统发展。胎儿远程心电监护是指孕妇利用监护终端进行胎儿心电监测，然后将监测的结果通过电话线、Internet 网和 GSM 网等通讯网络远距离传输到医院的监护中心，再由专家对所监护的结果进行分析诊断并给出相应的预防措施[1-4]。远程监护系统从方便孕妇的角度出发，使孕妇可以足不出户，坐在家里就可以完成以前需要在医院才能完成的产前检查，并且可以让孕妇随时了解胎儿的健康状况，为确保孕妇的安全提供了可靠保障 。

如今智能手机越来越普及，人们几乎随时携带。如何利用便携的智能手机辅助移动医疗监测，受到国内外学者关注[5-8]。智能手机拥有高速的数据传输能力，可以作为医疗传感器信号的移动接收和中转平台[9-10]。智能手机可以通过蓝牙、WiFi 等方式和外设进行无线连接[11]，基于此，可将便携传感器获得的数据以无线方式发送给智能手机，智能手机把医疗数据通过 WiFi、Internet 等方式与服务器完成通信[12-16]。这有利于扩大数据采集、健康监护的应用范围，使得人们可以在携带一些传感器的情况下，比较灵活地实现远程数据采集、医疗监护。远程母婴监护系统符合胎儿监护的临床发展趋势，特别是社区医疗和家庭胎儿监护必将日趋普及，有利于普遍提高围产儿监护水平，促进优生优育。该系统的应用，符合当前我国“新医改”的需求，有利于健全基层医疗卫生服务体系，加快农村医疗机构建设。

目前胎儿远程心电监护系统存在的主要问题是：基于电话网的心电信号传输速度较慢且干扰较大 ；腹壁外的胎儿心电提取，会受到较多较大干扰，如孕妇放置探头的位置等。应用无线通讯技术和网络技术，以解决上述问题为目标，本文研究设计了一种基于云计算及物联网的母婴智能监护系统，通过新型无线胎儿监护探头和手机，通过网络和医院、医生通讯，对母婴实现24 h实时监控和监护，解除电缆对孕妇的束缚，孕妇可随时在家中或就近的社区医疗机构进行远程胎儿监护。

1 系统结构与设计

系统由参数检测装置、RF无线发送模块、Android移动手机终端和电脑端软件系统组成[17]。通过穿戴在人身上的传感器，得到用户的生理参数信息，包括心电、胎心率、宫缩压、脉搏、呼吸、血氧饱和度、血压、体温。利用RF技术构建无线传感器网络，将生理信息发送到无线接收器，并传输到手机或家用计算机上，手机再将接收到的生理数据发送到服务器。服务器对接收到的生理信息进行存储和管理，同时通过生活习惯、亚健康症状、慢性病控制情况的记录，建立用户的个人健康档案，并据此对其健康进行综合评价，根据评价结果给予相应的医疗保健建议。通过局域网通信技术与社区医疗中心进行信息的双向传输，便于用户个人健康档案的集中管理以及向家庭用户提供更专业的医疗服务。本软件系统以Microsoft Visual Studio 2010为开发平台，通过UI Window窗体进行用户界面的设计。使用MySQL 5.0数据库进行数据管理，结合使用它的客户端软件MySQL-Front 4.0，使数据管理更加简便。也可以将生理参数采集信息发送到手机终端，进行实时显示，手机客户端以Addroid 4.0为开发平台，进行用户界面的设计。手机端主要功能模块如图1所示。

图1 手机端主要功能模块Fig.1 Main function module in mobile phone

2 系统硬件模块

本文设计的无线多参数采集器：包括多普勒探头、压力传感器、单片机和射频芯片，其中多普勒探头和压力传感器接射频芯片输入端，单片机的输出端接射频芯片的输入端，射频芯片的输出端与无线接收器或者手机的输入端无线连接。无线多参数采集器结构图如图2所示。

图2无线多参数采集器结构图Fig.2 The structure diagram of the wireless coHector

射频芯片采用型号为nRF2401的的射频芯片。压力传感器采用型号为FSL05N2C的压力传感器。nRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5 GHz ISM频段，输出功率和通信频道可通过程序进行配置，芯片能耗非常低。 该无线采集器，可以实时监测孕妇和胎儿的宫缩压力、胎动信号、胎心率信号等各种生理参数，并实现远距离的无线传输。数据采集精确，成本低。nRF2401与单片机的连接电路图如图3所示。

图3 无线发送控制模块电路图Fig.3 The circuit diagram of RF control module

3 手机端主要模块的功能实现与结果

3.1 登陆界面

免费注册一个用户账号，再登入。如图4所示。

3.2 个人信息模块

需填写用户个人信息，包括姓名、编号、性别、年龄、住址、联系方式、怀孕和预产时间等。可根据需要随时查看、新增、编辑和打印。如图5所示。

图4 登入界面Fig.4 Login page

图5 个人信息表Fig.5 Personal information table

3.3 实时监护模块

如图6所示，可以从数据库中获取用户心胎心率数据、血氧饱和度、无创血压、呼吸、体温数据等，并且在图表中显示波形。根据这些信息可以查看孕妇的各项指标是否正常。

图6 实时监护功能模块Fig.6 Real-time monitoring function module

4 结论与展望

该手机端监护系统实现对用户的实时、便利地健康监护，全面提高用户和胎儿的健康质量。同时，本系统对促进医疗改革、缓解医院压力也具有一定的推动作用。本系统创新点包括：从用户生理、生活习惯、亚健康、疾病各方面因素出发，对其进行健康状况的评估并给予相应的医疗建议。有助于预防疾病，缓解亚健康症状，并帮助用户形成良好的生活习惯。将进一步完善后台服务器上胎心和宫缩数据的自动分析算法包括基线的准确求取、加速减速的检测、分类分析。减少医生的肉眼观看造成视觉疲惫和主观评断错误，对于没有专业知识的普通孕妇也可以看懂。

[1] 李红波, 方少元. 基于Internet的家庭远程胎儿监护系统的研制[J]. 现代医学仪器与应用, 2005, 17(4): 66-69.

[2] 李文秀, 李金宝. 智能母婴监护系统的设计与实现[J]. 智能计算机与应用, 2011, 1(3): 13-16.

[3] 刘雷红, 黄岳山, 吴效明. 面向社区家庭的远程健康服务系统的研究与设计[J]. 医疗卫生装备, 2012, 33 (11): 7-9.

[4] 孙晶晶, 吴效明. 基于Access数据库的家庭健康监护系统设计[J]. 医疗卫生装备, 2012, 33(3): 21-24.

[5] Hii PC, Chung WY. A comprehensive ubiquitous health care solution on an android TM mobile device[J]. Sensors, 2011, 11 (7): 6799-6815.

[6] Wylie CG, Coulton P. Persuasive mobile health applications[C]. Electronic Healthcare. Berlin: Springer-Verlag, 2009, 90-97.

[7] Lin YH, Lin ZM, Hsu YT, et al. A mobile intelligent blood pressure monitor based on the android smartphone[C]. Security-Enriched Urban Computing and Smart Grid. Berlin: Springer-Verlag, 2011, 178-187.

[8] Fahim M, Fatima I, Lee SY, et al. Daily life activity tracking application for smart homes using android smartphone[C]. Proc Int Conf Advanc Commun Tech, 2012, 241-245.

[9] 于洋, 刘静. 手机无线心电监测技术系统实现及性能测评[J]. 中国医疗器械杂志, 2010, 34( 6): 392-396.

[10] 王洪, 吴效明, 黄岳山. 面向社区的健康监护系统的研究与设计[J]. 医疗卫生装备, 2011, 32(11): 24-27.

[11] 张和君, 张跃, 周炳坤. 远程心电监护软件系统的设计与实现[J].计算机工程与应用, 2006, (15): 219-224.

[12] Dai S, Zhang Y. A Wireless physiological multi-parameter monitoring dystem based on mobile communication networks[C]. Computer Society IEEE, 2006.

[13] 熊伟, 谢存禧, 张铁, 等. 基于 Internet 的远程多生理参数动态监护系统[J]. 计算机工程与应用, 2006, (10): 223-225.

[14] 邹焱飚, 谢存禧. 基于家庭的远程健康监护系统进展[J]. 计算机工程与应用, 2005, (10): 30-34.

[15] 张允刚, 刘常春, 刘晓磊, 等. 社区医疗信息管理系统的设计与实现[J]. 生物医学工程研究, 2005, 24(2): 102-105.

[16] 李洲, 白尚旺, 李俊吉. 社区医疗信息系统的设计与实现[J]. 研究与探讨, 2007, (4): 40-42.

[17] 徐泽林, 张慧莲, 习海燕. 基于社区家庭的母婴健康监护系统设计[J]. 中国医学杂志装备, 2014, (8):13-15.

Design of Smart Care Tele-Monitoring System for Mother and Fetus

【Writers】XI Haiyan1, GAN Guanghui1, ZHANG Huilian2, CHEN Chaomin1
1 School of Biomedical engineering, Southern Medical University, Guangzhou, 510515
2 Guangdong Sunwah Tech Consulting Group, Guangzhou, 510515

Objective To study and design a maternal and fetal monitoring system based on the cloud computing and internet of things, which can monitor and take smart care of the mother and fetus in 24 h. Methods Using a new kind of wireless fetal monitoring detector and a mobile phone, thus the doctor can keep touch with hospital through internet. The mobile terminal was developed on the Android system, which accepted the data of fetal heart rate and uterine contraction transmitted from the wireless detector, exchange information with the server and display the monitoring data and the doctor’s advice in real-time. Results The mobile phone displayed the fetal heart rate line and uterine contraction line in real-time, recorded the fetus’ grow process. It implemented the real-time communication between the doctor and the user, through wireless communication technology. Conclusions The system removes the constraint of traditional telephone cable for users, while the users can get remote monitoring from the medical institutions at home or in the nearest community at any time, providing health and safety guarantee for mother and fetus.

tele-monitoring, maternal and fetus health, wireless transmission, smart care

R197.324

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.02.007

1671-7104(2015)02-0102-03

2014-09-12

广东省重大科技专项 (2012A080104010)

习海燕，E-mail: xihaiyan1026@163.com

陈超敏，E-mail: gzccm@fimmu.com