基于智能手机平台的医疗保健系统

陈仲河 吴馨敉

摘 要：基于智能手机平臺的医疗保健系统由智能医疗保健终端和移动无线网络系统两部分构成，具体包括智能手机平台、显示终端、医疗保健传感器、终端应用软件以及无线移动网络收发模块、服务器端数据存储及运算模块。该系统不但可以实时完成人体健康相关的心电图ECG、心率测量、身体压力指数分析、血氧饱和度测量、血糖测量、体温测量。同时利用移动无线网络与服务器联网，提供康复模块、健康饮食模块和健康计划模块等服务，使用户及时获得健康建议和采取康复措施，相关的数据也可以用于大数据用途。

关键词：智能手机；平台；医疗保健；系统

本文介绍的健康医疗终端手机是一款融入医疗智能化、空气温湿度智能监测和网络数据存储运算的医疗保健系统。

1 系统设计

1.1 系统目标

本系统是基于集成医疗模块（以下简称MM模块）的手机（也叫健康医疗终端）、LifeWatch APP、云端数据存储计算、Web数据界面，实现用户随时随地完成必要的医疗健康测试内容和提供锻炼改善计划及体型。

1）LifeWath APP有四大模块组成，其中A、测试模块完成实时的心电图ECG、心率测量、心率变异性分析、生物电阻抗测量分析、身体肥胖指数分析、身体压力指数分析、血氧饱和度测量、血糖测量、体温测量；B、康复模块，支持病人服药用量计划、服药提醒、服药记录等；C、健康饮食模块提供饮食计划、体重跟踪、锻炼记录、身体测量跟踪、计步器和卡路里消耗计算等功能；D、健康计划模块提供健康指标测量计划、服药计划、锻炼计划等。

2）健康医疗终端通过采集使用者的健康指标数据，通过APP运算将原始数据和分析结果在LifeWatch APP上的UI呈现出来。同时也可以通过移动无线网络（3G或LTE）将所有数据上传到云端服务器，第三方用户或者医疗人员可以通过LifeWatch APP或者Web界面访问数据，并给及时提供健康建议给到用户。

1.2 健康医疗终端组成

健康医疗终端是此系统最为重要的组成部分，以下着重对健康医疗终端的构架和实现进行说明。

1）系统采用高端手机方案芯片MT6589进行开发，配合LifeWatch的MM模块和电极模块，MM模块还包括了血糖测量接口和Melexis公司MLX90615红外温度传感器。并辅助温湿度传感器进行生活环境的温湿度测量。

2）MT6589芯片采用主频1.2GHz、8核心、ARM Cotex-A7处理器，搭配射频收发芯片MT6166支持无线网络包括GSM、GPRS、EDGE和WCDMA HSPA+，搭配MT6320电源管理芯片，提供所有数字和模拟电源以及模拟音频部分的电路接口，搭配MT6628无线芯片支持WIFI/BT/GPS/FM数据传输功能， 是目前市场主流高集成度高性价比、技术稳定的3G智能手机方案芯片。

3）MT6589作为上位机，MM模块作为下位机，二者通过UART接口进行数据通信。MM模块将采集到的心电图、心率、血氧、血糖、体温等数据通过UART接口传到MT6589进行处理和通过MT6166射频电路上报到服务器端。

2 原理设计

MM模块负责医疗指标数据的测量，并通过UART接口上报数据到MT6589；MM也是通过电极模块的3个端点采集人体数据，血糖插槽可以插入血糖试纸条采集血糖数据；温湿度传感器通过I2C接口将数据上报到MT6589；MT6589运行Android 4.2操作系统和WatchLife APP，负责数据的处理和存储，本地存储通过外挂的MCP上的eMMC芯片，通过4.7英寸1280x720分辨率TFT显示屏可以显示APP的数据和图表。手机同时可以将数据铜驼WatchLife APP上传到服务器端，实现数据的分享。用户也可以通过APP或者Web访问的方式查询历史数据记录。

系统增加了温湿度传感器来辅助测量环境空气的温湿度，并结合身体状态给出健康建议。本项目实际选用了Sensirion公司的模块SHT21，此模块特点是小尺寸、低功耗、I2C接口输出量化的数据。它内置一个电容式湿度传感器和增强型带隙基准温度传感器。

SHT21的模块的结构设计有特殊的要求，否则会导致测量数据不准确甚至损坏的问题。模块的摆放位置必须要原理手机内部的其他热源，包括不限于PCB上的发热芯片、导热过来的金属结构件等等，主板到模块的走线需要按照3mils设计，避免信号走线引入的热量。

3 终端主板调试

项目设计完成在调试阶段遇到的问题和解决方法。

3.1 红外温度传感器的驱动问题

由于红外温度传感器采用了SMBUS接口非标准的I2C接口，在初期的调试并不顺利。

遇到的第一个问题是电平不匹配问题，器件采用的还是3.3V接口电压，而手机平台目前全部都是1.8V的接口电平，在驱动调试阶段电平问题导致SMBUS通信信号异常，后通过修改增加电平转换电路解决此问题。

第二个问题是SMBUS协议与I2C标准协议差异问题，SMBUS所支持的时钟速率较低，必须在10KHz到100KHz范围内。

在解决以上问题之后仍然不能正常读出温度数据，经过规格书时序对比分析，后终于发现仍然是通信协议上问题，此传感器器件在主控写数据后不会主动反馈ACK信号导致，驱动通过软件I2C方式，手动在写操作完成后主动写入ACK信号后就可以正常读出温度数据出来。

3.2 湿度传感器检测时间较长的问题

经过分析是SHT21模组的前橡胶套设计不符合厂家要求。腔体跟传感器的周边存在较大缝隙，形成了死角，后来按照设计要求改模将缝隙改为零配，消除了死角后可以在10s时间完成湿度测量。

4 结语

目前市面上的电子医疗产品仍然是以传统产品为主，功能较为单一、携带不方便、无联网功能无法实现数据分享。经过本项目实践，其特点智能灵活、可靠耐用、外形美观、体积小巧、便于携带、数据联网有机会与专业医疗机构合作，可以为用户带来最大的便利，兼顾生活和健康的需求。