基于移动网络的血糖监测控制闭环系统研究

广东食品药品职业学院医疗器械系（广州 510520）

0.引言

随着社会的发展和生活水平的提高，人们的生活环境、工作方式和饮食结构都发生了很大的变化。肥胖症、高血压、高血脂和高血糖等“代谢综合症”的发病率呈现逐年增加和低龄化的发展趋势。据统计，2005年全世界的糖尿病患者有1.8亿，预计在未来的l0～15年当中，全球糖尿病患者将达到3 亿。在我国，糖尿病患者有4000 万，而且糖尿病发病率呈逐年上升趋势，已成为全世界糖尿病患病人数最多的国家之一。在过去的5年里，我国的糖尿病患病率增加了5 倍，其发病人群包括老年、中年、青年及少年儿童，并逐渐呈现年轻化、低龄化态势。因此，对糖尿病的早期诊断与预防日益引起世界范围内研究人员的关注。

最近十年，移动网络迅速普及完善，随着这一信息化技术的普及，结合院前预防、院外医疗的发展趋势，在传统糖尿病治疗的基础上发展基于移动网络的血糖监控系统，实现异地甚至家庭血糖监测和治疗具有广阔的应用前景。

1.系统结构

血糖监测控制闭环系统由血糖监测仪、胰岛素泵、控制单元、3G 传输模块、医院服务器以及3G 和INTERNET 网络组成。血糖检测仪实时采集病人血糖信息，经控制单元，由3G 传输模块通过3G 网络和INTERNET 网络传入医院糖尿病专家系统。专家系统自动给出或由专家修改设置胰岛素泵控制参数，经由网络传输到3G 传输模块，进而通过控制单元控制胰岛素泵工作。系统结构见图1。

图1.系统结构框图

2.移动监测终端设计

移动终端是患者可随身携带部分，由信号血糖监测仪、控制单元、3G 传输模块、胰岛素泵四部分组成。

血糖监测仪包括便携式有创血糖仪和无创血糖仪。有创血糖仪通过在手指末端取一滴血，放在试条反应沟道一端，血液在毛细虹吸力的作用下，迅速充满整个反应沟道。在30s 内就能得出测试结果，具有操作简单、取血量少、价格便宜等优势，非常适合糖尿病患者在家庭使用。此类便携式血糖仪在目前糖尿病检测仪市场上占有很大份额。无创伤性检测技术是近年来在生物传感技术、自动化技术、信息技术、光谱及成像等相关技术的推动下发展而形成，它是指结合多种方法和原理对机体血液或体液成分进行检测，而不引起机体损伤和疼痛便可得到所需的实验结果，是当前实验医学领域中的热点学科。主要包括两大类，一类是光谱分析，主要包括近红外光谱分析、远红外光谱分析、红外光谱分析、偏振光的旋光性测定等；另一类是非光谱分析，主要有无线电波阻抗分析、皮下组织液提取及间质液提取分析等。两种血糖仪采集分析血糖信息发送到控制单元。

控制单元采用ARM7 微处理器为核心的嵌入式计算机系统，低功耗的同时能够实时获取血糖监测仪的信息，打包发送到数据传输单元，并可稳定有效地控制胰岛素泵的工作。

数据传输单元集成有FLASH 闪存、RF 接口、普通I/O 口、通用异步收发器、SIM 卡接口等，通过串口调试工具可以设定每个模块的ID 号，通讯服务器的IP 地址和端口。根据实际应用情境和网络情况的不同可以选择GPRS,CDMA,3G 等不同的模块。其中较为成熟的GPRS 数据无线传输速率理论值为：171.2 Kbps，实际约为：40～100 Kbps；GPRS 模块与GSM/GPRS 移动通讯网络的SGSN(SERVICING GPRS SUPPORT NODE)通讯时遵循点对点协议(PPP)。随着3G 网络的普及和完善，及患者需传送数据量的增大，采用的UBLOX 公司3G 模块LISA-U130 能够较好满足实时稳定传输的要求。控制单元与传输单元的物理接口为RJ45，适合大数据量的实时传输。

3.医院专家系统服务器

医院专家系统服务器实现各患者终端数据的收集，通过专家诊疗系统或自动或人工干预分析、处理患者血糖信息，计算出输入胰岛素的速率、时间以及计量，并通过网络传输到3G 传输模块，进而控制胰岛素泵的工作。

医院专家系统服务器端由通讯服务器、日志管理模块、用户维护模块、数据转发模块、UI(User Interface)组成。数据转发模块通过医疗局域网络与HIS(医院信息管理系统)相连，实现电子地图、电子病历、病人数据分析、报警管理和网络数据存储功能。软件组成框图如图2 所示。

通讯服务器创建套接字(socket)，并将套接字绑定到一个本地地址和端口上，监听客户端的请求，客户请求到来时接收请求，进行通信。通讯服务器程序功能稳定，不随用户需求不同而变化，因此采用动态链接库的方式以增强服务器程序的可维护性和扩展性。UI、数据转发、日志管理、用户维护采用简单、高效、功能强大Delphi 开发。Delphi 被称为第四代编程语言，和VC、VC++等编程语言相比，Delphi 更简单、更易于掌握，而在功能上却丝毫不逊色，集成了多种语言的特点，容易开发出灵活强大的程序。通讯服务器获取的客户端数据通过转发到医院局域网，可以与医院中包括专家系统在内的其他信息系统相连，不仅可以使院外各终端病人同院内病人一样实现数据分析、数据存储、报警管理、电子病历功能，而且专家系统可通过网络与各终端病人建立联系，实现对胰岛素泵的实时在线控制。

图2.软件组成框图

4.讨论

移动通信的迅速发展为人们提供了高速稳定的网络环境，在此基础上利用现有血糖监测仪和胰岛素泵发展移动血糖监测控制闭环系统必然具有广泛的发展前景。该系统不仅解决了因医疗资源紧张导致的住院难、住院贵等问题，使得患者能在异地、甚至家里接受不间断的血糖监测和治疗，减少对正常生活的影响，提高生活质量；而且在医院服务器里能够实时获取病人连续的血糖信息，使得远在千里的专家能够结合历史数据和当前信息作出科学诊断；再则，通过闭环控制，实现了对胰岛素泵的实时、精确控制，使得糖尿病的用药治疗能够更科学、更合理。

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