基于移动医疗技术的无线胎心监护仪设计探讨

罗永辉

基于移动医疗技术的无线胎心监护仪设计探讨

罗永辉

介绍了移动医疗的发展背景，概述了移动医疗的主要内容；通过相关的事例分析了国内外移动医疗的发展现状，提出了一种基于移动平台的无线胎心监护仪的设计思路；应用传统胎心仪与安卓智能手机相结合的方法，利用蓝牙技术进行近程通信，实现对测量数据的实时监控与分析，解决了孕期对胎儿的实时监护等问题，指出了移动医疗是当今医疗服务系统的发展方向以及其对社会具有重要意义。

移动医疗；胎心监护仪；设计

0 引言

随着人们对健康生活的不断追求，很多国家都开始完善其医疗保健服务系统。一般这种医疗系统都是由当地政府或者国家监督管理，可应用于各个领域，如医疗器械、生物制药工程等。然而，现今的医疗系统产生了高额的资金预算，并且还在呈现逐年上升的趋势。据权威估算，仅2011年全球用于医疗服务的资金就高达6万亿美元，并推测在未来2 a内发达国家将会在医疗服务中花费将近15%的国内生产总值[1]。研究发现，导致全球医疗服务花费不断上涨的最主要原因之一就是医院里各种医疗手续花销。这是因为随着科技的发展，医疗知识和技术变得越来越精密复杂，在提高治愈疾病能力的同时也加重了医院各种手续的开销。而且还因为医疗资源受限，导致了看病难等问题的出现。

为了解决上述问题，我们必须对现有的医疗服务系统进行改革创新，而改革的重点就在信息传输领域。人们将医疗服务与通信服务结合，带来一种全新的省钱、适用、安全并且标准规范的医疗服务系统，这就是移动医疗系统（mobile health，mHealth）。简单地说，就是将医疗设备与手机、互联网及其他通信设备联系起来，以达到快捷诊治疾病的目的。本文结合论述移动医疗发展现状，提出了基于此技术的无线移动胎心电监护仪设计思路。

1 移动医疗简介及发展现状

mHealth是电子医疗（electronic health，eHealth）的一个重要组成部分。国际医疗卫生会员组织（Health-care Information and Management Systems Society，HIMSS）于2012年对移动医疗做出了明确的定义，就是通过使用卫星通信、个人数字助手和移动电话等移动通信技术来提供医疗服务和医疗信息的系统[2]。它在一定程度上为发展中国家解决了医疗人力资源短缺的问题，同时也为发达国家的医疗卫生服务提供了一种有效方法。

2010年10月，由卫生部批准，全国近百家医院以及部分区域开始进行电子病历试点工作，目的在于实现国内医院之间的资源共享。电子病历在医院的应用大大简化了医院看病的各种手续，一定程度上减轻了看病难的问题；同时避免了患者在多家医院做相同的检查，节约了医疗资源，也减轻了患者的经济负担。目前，国内多个地区也已经开始实施终身病历卡的试点工作，这正是基于移动医疗所做出的一项重大的改革。

除了医院，一些企业也看到了移动医疗的发展前景。例如美国加州VivoMetrics公司正在研制的一款嵌入医用传感器的衬衫，它可以对人体呼吸功能进行实时监测，并对测得的数据进行科学的分析，这样患者就不必长期住在医院，在家就能够轻松获得看病用药的基本医疗信息。目前，飞利浦公司也在研究能对心脏进行监护的衣服，同时已经提出很多关于移动心电监护仪的解决方案。但是由于目前大多数的监护产品都需要通过导线将数据传到个人数字助手（personal digital assistant，PDA）或个人计算机中才能进行相关的数据分析，无疑增加了系统的复杂度。而无线监护仪的出现真正改变了这些繁琐的步骤，在临床应用及日常保健医疗工作中具有重要意义。爱立信公司目前正在研制的一款名为Mobi-Health的监护系统，它摆脱了传统的接线连接方式，以PDA为依托，将所收集的数据通过无线电话网络传输给医生，方便医生进行诊断咨询及治疗监护。Macworld Asia 2012数字世界亚洲博览会上，一款来自美国的移动互联血压计——iHealth BP3首次亮相，iHealth公司的用户体验总设计师兼欧洲区副总裁吴伟·迪戈博士表示，只需要在App Store商店免费下载iHealth BPM软件，iPhone、iPad就成为了一个功能强大的血压显示屏管理终端。

移动医疗设备的一般结构中包括：（1）前端数据采集：用于连接人体进行数据采集；（2）数据传输部分：通过各类无线通信技术实现；（3）移动终端：用于完成数据的分析处理、显示以及保存等各类功能。从设备结构可以看出，移动医疗所涉及的周边产业并不只是医疗服务，由于移动医疗涉及的设备和产品种类繁多，所以这个市场的发展不仅影响医疗服务行业的发展，同时也会触动网络供应商、无线设备供应商、系统集成商等信息行业的利益与发展。

尽管移动医疗在国内已经取得了一些可喜的成果，但目前仍处于起步阶段，在与国内现有医疗卫生系统协同的进一步紧密结合上，还面临诸多困难。同时，政府、医院、信息化提供商还没有形成“合力”，影响了我国移动医疗应用的发展。总之，移动医疗服务系统要真正发展成熟还有很长的一段路要走，但是我们可以肯定的是，移动医疗势必会成为未来医疗行业发展的主要方向，而这种医疗体系的不断发展和健全会使得整个医疗服务系统更加快捷，也会大大地减少社会开支。

2 无线胎心监护仪的系统设计

目前较常用的检测胎心音的方法有2种：一种是听诊器，就是利用一个拾音器采集心音，这是一种简单的方法，采集到的信号不仅包括胎儿的心跳音，同时也有来自母体的心音，另外夹杂着其他各种干扰噪声；另一种方法是超声多普勒，它利用多普勒频移信号换算出胎心的运动速度，这样得到的信号里面不包括母体的心音，大大地提高了信噪比。所以，目前胎心监护仪一般都采用超声多普勒进行胎心检测。国标定义超声多普勒胎儿监护仪是由多普勒超声换能器（测胎心率）、宫缩压力传感器（测子宫收缩）及与之相连接的仪器组成[3]，可添加扬声器、打印机等。其中传感器贴在孕妇腹部进行胎心监测，通过线缆与主机连接。图1为一个标准的胎儿监护设备。目前国内外所使用的胎心仪基本上都是通过线缆来连接探头与主机，孕妇监护过程中的舒适度明显受到影响，并且监护过程一般都要在医院进行。

图1 标准胎儿监护仪的结构图

2.1 无线胎心监护仪的发展

针对上述问题，目前胎儿监护开始利用无线通信的方式取代线缆的连接。2007年王家达等[4]设计了一款基于通用分组无线服务技术（general packet radio service，GPRS）的胎儿心电监护仪，实现了胎儿心电的远程监护，但是其中使用的GPRS模块MC35的峰值发射功率达到2 W，对孕妇和胎儿均会造成不良影响。基于人类健康这个前提，国际上对无线发射功率有相关的规定。根据国标标准，使用比吸收率（special absorption rate，SAR）来测量单位时间内单位质量的物质吸收的电磁辐射能量[5]。目前主要按照美国标准来执行，例如移动电话中，规定人体暴露在射频场里SAR的最高值为1.6 W/kg。可以发现，国内市场上所销售的手机SAR均低于这个值，所以将安卓智能手机作为移动终端有一定的可行性。李琦[6]于2009年利用蓝牙（Bluetooth）技术设计的胎儿监护仪，增加了无线通信功能，提高了胎儿监护仪使用的便利性，但是仍然使用有线探头进行监护，没有提高孕妇监护过程中的舒适度。在国外，分别基于Bluetooth、ZigBee、无线射频（radio frequency，RF）技术设计的胎儿监护仪，去除了线缆对孕妇的束缚，提高了孕妇监护过程中的舒适度；S L Garverick等[7]设计的无线胎心监护探头的监护探头和Bluetooth通信模块采用分离式设计，之间通过线缆连接，使用过程中需插拔线缆，降低了探头的可靠性和便利性；G Motika等[8]、J Taylor等[9]所设计的无线胎心监护探头均是改造现有产品，在其中加入无线通信模块，没有实现一体化设计。Roham M等[10]提出一种新的检测模式——基于Android平台的胎心检测及分析系统，将传统的胎心检测装置与现代Android手机相结合，通过无线传输方式将所测的胎心信号送入手机进行分析处理，利用智能手机实现终端数据显示。

2.2 无线胎心监护仪的系统结构

无线胎心监护仪的基本组成如图2所示，包括前端数据采集部分，如多普勒超声换能器、宫缩压传感器；无线通信部分，采取内置蓝牙模块的方法。终端设备采用安卓智能手机，实现数据处理分析及显示等功能。图3为智能手机中的应用软件设计框架。

图2 无线胎心监护仪的结构组成

图3 应用软件的设计框架图

实验中将安卓智能手机作为终端设备，友好的用户界面也是必不可少的一部分，如图4所示。除了基本的登录、退出、数据存储及发送功能外，还需要通过手机显示数据分析结果，让用户可以更加直观地了解胎儿情况，而且根据最终的测量数据可以给出一些专家建议，同时利用手机将测得的数据发送给医院或医生。

图4 用户界面显示框图

3 结语

现在的胎儿监护技术受到有线及临床监测位置的约束，为了获取准确的诊断数据，医生与孕妇必须在特定的时间和地点进行胎儿监护。文中这款无线胎心监护仪的优点在于，孕妇可以在家里自己监测胎儿情况，移动终端既可以是智能手机，也可以是平板计算机或者便携式计算机，另外，还可以通过网络在线获取专家意见。

目前，各个运营商以及一些医疗器械公司已经意识到移动医疗这个行业的巨大潜力，国家也开始投入大量资金来鼓励发展这个新领域。移动医疗的意义就在于不仅可以加快家庭医疗的发展，也让患者看病就医更加方便。

[1]FirstW H.Shattuck lecture：health care in the 21st century[J].N Engl J Med，2005，352（3）：267-272.

[2]WEI Ran，YANG Zhi-min.Information Technology in Medicine and Education（ITME），2012 International synposium，Hokkaido August 3-5，2000[C].Piscataway：IEEE Press，2012：580-583.

[3]YY 0449—2003 超声多普勒胎儿监护仪[S].

[4]王家达，刘祖望.基于S3C2410的无线胎儿心电监护仪的设计[J].中国医疗器械杂志，2007，31（1）：30-33.

[5]CHOU C K，Bassen H，Osepchuk J，et al.Radio frequency electromagnetic exposure：tutorial review on experimental dosimetry[J].Bioelectromagnetics，1996，17（3）：195-208.

[6]李琦.基于SOPC蓝牙无线通信的家用胎儿监护仪设计[J].青海大学学报：自然科学版，2009，27（5）：78-80.

[7]Garverick S L，Ghasemzadeh H，Zurcher M，et al.Wireless fetal monitoring device with provisions for multiple births[EB/OL].[2014-10-20].http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=5955307 &url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.js p%3Farnumber%3D5955307.

[8]Motika G，Prusty A.Wireless fetal heartbeat monitoring system using ZigBee&IEEE 802.15.4 standard[EB/OL].[2014-10-20].http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=57349 04&url=http.

[9]Taylor J，Hayes-Gill B R，Crowe J A.Towards multi-patient leadless and wireless cardiotocography via RF telemetry[J].Med Eng Phys，1998，20（10）：764-772.

[10]Roham M，Saldivar E，Raghavan S，et al.A mobile wearable wireless fetal heart monitoring system[EB/OL].[2014-10-20].http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=5759813&url=http%3A% 2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber% 3D5759813.

（收稿：2014-10-30 修回：2015-02-10）

Design of wireless fetal heart monitor based on mobile medical technologies

LUO Yong-hui
(Department of Medical Engineering,Huizhou Third People's Hospital,Huizhou 516002,Guangdong Province,China)

The development and contents of mobile medicine were summarized,and the present situation in foreign countries and China was analyzed.A wireless fetal heart monitor was designed based on mobile platform,which integrated traditional fetal heart monitor and Android smart phone,and applied Bluetooth technology for short-range communication to realize real-time fetal heart monitoring during pregnancy.Mobile medicine was discussed for its importance for futural medical service.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（7）：110-112]

mobile medicine;fetal heart monitor;design

R318.6；TH772.2

A

1003-8868（2015）07-0110-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.07.110

罗永辉（1988—），男，助理工程师，主要从事医疗器械的维修、维护方面的研究工作。

516002广东惠州，惠州市第三人民医院医学工程部（罗永辉）