结合生物医学传感器 可穿戴系统开发教学.docxVIP

结合生物医学传感器无处不在的医疗保健可穿戴系统开发 Kevin Hung, C.C. Lee, W.M. Chan, Sheung-On Choy, and Paul Kwok 事实上——世界人口老龄化导致迫切需要长期和以病人为中心的医疗解决方案。因此,越来越多的可穿戴系统生理监测是必要的。在各种生物监测与传统方法,值得研究替代传感技术,为了提高可访问性和理解病人的条件。介绍了我们实验室的发展这样一个可穿戴系统,这使得使用非传统的生理监测的技术。与其综合纺织的心电图电极,智能戒指photoplethysmogram(PPG)传感器,微型光学,光纤温度传感器眼睛动态监控、全球定位系统(GPS)模块,无线功能,它演示了一个可行的无处不在的医疗解决方案。 导言 预期寿命增加和生育率减少,现在世界人口老龄化深刻而无处不在。到2050年,六十岁以上的人的数量预计到二十亿年,在较发达地区,近三分之一的人口将会在这个年龄段[1]。因为老年人慢性病患病率高于在年轻人群中,迫切需要分配更多的资源在长期医疗保健。慢性病是成为世界的主要死亡原因之一,这种情况导致社会问题和医疗成本升级。为了应对这些影响,增加兴趣移动健康(移动医疗)步和个性化的监测系统。提高流动性和无处不在的这些应用程序,各方已经开发出可穿戴传感器和系统监测不同生物(2 - 4),旨在提供易于使用的和负担得起的解决方案服务于慢性和老年人口。虽然各种生理特性与传统的监测方法,值得研究其他指标和收购方法为了提高用户的可访问性的健康状况。介绍了开发的可穿戴系统在我们的实验室。它是结合纺织的心电图电极,一个戒指photoplethysmogram(PPG)传感器,光学,光纤温度传感器动态监控、全球定位系统(GPS)模块和蓝牙连接。这个工作的新颖性在于几个领域:1)自动寻找最优分传感智能戒指传感器位置,2)小型化光纤布喇格光栅(FBG)传感器的嵌入式应用程序,和3)。使用瞳孔动态补充监测心血管变异性。系统,建在一件衬衫的形式,展示了如何实现无处不在的医疗使用上述非常规技术。 二．方法 系统概述 图1是一种可穿戴系统的总体框图。它由相应子系统的GPS、蓝牙、心电图和监测,分,体温,和眼睛的动力学。他们的操作是由电池的8位单片机(MCU)控制(Atmel AVR)。单片机也作为patient-worn站捕获的信号子系统,将它们打包到一个单独的数据格式,并将它们发送到附近的电脑通过蓝牙无线连接。图2是前景的系统集成在一个“智能衬衫”原型。戒指分传感器和眼睛的传感器是扩展的衬衫。下面描述了子系统。 图1。可穿戴式系统的框图无处不在的监控。 心电监测子系统 如图3所示,补丁纺织心电图电极,这是由导电织物(Shieldex MedTexTM p - 130),和他们的藏品灵活的连接(物品。丝带,0.3 w / m箔线)的内表面被编织进衬衫原型。的另一端带送入一个仪表放大器(德州仪器INA128)获得约1000,紧随其后的是一个一阶带通滤波器0.2赫兹到70赫兹的通频带。调节后,心电图在过我配置输入单片机的10位ADC,这抽样200样本/秒。心电图的图4显示了一个跟踪捕获从一个站主题衬衫原型。 图2。前景的可穿戴系统形式的衬衫。 左:电极和内部电路针织衬衫。右:灵活的戒指传感器作为衬衫的一个扩展。 图3。纺织心电图电极 图4。跟踪过我的心电图获得纺织电极的可穿戴系统 PPG-Monitoring子系统 戒指分传感器最初是由浅田和另外的小组[5]。分测量近节指骨是容易运动的工件,但是它的质量可以提高机械设计[6]和自适应滤波器[7]。然而剩下的手指上的挑战是最优的传感器位置,如图5所示。在流动的应用程序中,从动脉数字传感器很容易转移,从而导致较低的分PI(灌注指数)。?为了解决这个问题,一个智能环组成的传感器阵列的发光二极管和光敏二极管研制[8]。PID(proportional-integral-derivative)控制算法在单片机协调同时200样本/秒10位ADC的分,以及控制发光二极管和光敏二极管。如图6所示,可以连续,自动得出平均PI算法,和打开个人led手指表面顺序模式,直到最优位置最好的π被发现。在实验12个科目,子系统可以定位数字动脉在五秒。PPG感觉到在这个位置至少有20%的改善PI相比更糟糕的情况下在同一主题。图7是一个示例的跟踪测量分“智能衬衫”。 图5。左:PPG传感近节指骨。右:在近节指骨数字动脉的位置 图6。PPG-monitoring子系统的框图 图7。跟踪智能戒指分测量的传感器 体温监测子系统 与半导体传感器相比,光学光纤传感器不太容易受到电磁干扰(EMI);其中,光纤光栅传感器的优点是容易实现的规模和稳定性[9][10]。尽管光纤光栅传感器已在一些医疗应用程序中,使用传统的