基于医疗可穿戴设备中脉搏跳动监控系统和5G的研究

（天水师范学院电子信息与电气工程学院，甘肃天水市，741000）刘宇轩

随着5G技术的出现，物联网、大数据、云计算的高速发展，地域偏远、资源匮乏的地区也可利用5G技术去完善医疗资源。未来医疗可穿戴设备领域将会吸取5G的优点，通过目前先进的大数据、互联网、物联网、人工智能、云计算等技术手段将佩戴者的信息和身体相关数据传输到云端，建立一个属于佩戴者的个性化档案，医学上的可穿戴设备基于5G的基础上传感器更加灵敏、传输数据精准、数据分析完善、操作高效。这样可以简化就医的流程，可以实行随时就医。本文将从5G在医疗可穿戴设备当中的脉搏跳动监控系统的应用方面，浅谈发展前景与应用场景。

1 医疗可佩戴设备的结构以及优点

5G医疗可穿戴设备最关键的部分其实是内置传感器，集成芯片，可穿戴织物，无线通信设备，移动终端和后台存储与预警系统等部件组成，对佩戴者的生理和病理信息进行智能交互。相比传统的医疗设备来看，医疗可穿戴设备具有重量轻，体积小，可携带性与实时性强，并且穿戴舒适，操作简便，方便维护等优点。

2.5G技术下的医疗可佩戴设备的优势

2.1 现阶段医疗可穿戴设备的不足

2.1.1传输

由于目前市面上并没有大范围普及5G通信，虽然4G应用的传输速率和图像像素已经可以满足当今大部分人类的生活，尤其是接入了卫星通信后，4G有着更加丰富的通讯形式。但是在4G信号的传输中，难免会受到建筑和地貌等复杂的环境因素的干扰，比如在医院，工厂等较封闭的场所，信号往往很弱；在某些特定场所会开启信号屏蔽或者干扰器。抗干扰能力弱的特性就导致了医疗可穿戴设备在佩戴者活动中很有可能会受到环境的干扰；甚至在一些偏远地区因为较低的基站覆盖率，导致信号质量较差甚至信号中断。这就让利用医疗可穿戴设备实现人与医院共享医疗资源的愿景无法顺利实现。

2.1.2 隐私安全

目前对于无线传输的过程当中极易因为传输的距离过远，从而导致信号逐渐衰弱，容易让基站没办法探测到信号。而且在信号的传输过程当中，未加密的相关信息容易被窃取和偷听。万一遇到磁场较强的地段，信号会受到干扰导致紊乱。这样大大降低了信号传输的效率和精确度。

2.1.3 大众化

据目前各方面数据来看，医疗可穿戴设备对智能手机等设备存在固定的依赖性。而且对于一些特定人群，比如老人与小孩这些未必都配备有智能手机等设备的人群时，很难做到医疗可穿戴设备的大面积普及。

2.1.4 专业化

目前市场上最多见的可穿戴设备大多数是手环，手表类。但是它们并不能算作医疗可穿戴设备，顶多算个健康管理评估设备。因为这些设备都没有做到像医院的那种大型检测设备那样足够的专业，它们的也就只算作参考数据。并且要想做到数据分析，还是得长期的数据监控与测定，很难做到及时反馈身体健康问题。所以这些设备的不准确性，导致依然有很多人还是选择去医院接受专业的检查。

2.2 5G技术下的医疗可佩戴设备的优势

5G+智能可穿戴设备，采用ICN、DZD、大数据分析，云计算等技术，利用生物传感器将生物物质浓度转化为电信号来监测生物物质的各项指标，将生物、化学、物理以及医疗和电子技术等多种科学技术相互渗透，具备低成本、低耗能、高速率、高接入、范围广、性能高等诸多优势，应用于医疗方面可极大的减轻医院的负担。配备5G技术的医疗可穿戴设备比传统的接受信息的速度更加快，更加及时。使用者只需将设备佩戴，接触到皮肤，即可显示出身体各项指标，并在同一时间传输给健康服务平台系统。当使用者就诊时，其所有的历史就诊记录、检查治疗信息及其智能可穿戴设备更新的一系列信息都会通过系统反馈给医师，提供个性化服务。在实施急救的时候，对于患者，时间就是生命。这时候医疗可穿戴设备在检测到佩戴者的身体状况出现问题时，可以通过传感器传输给5G云端，将医院的急救措施和相关语言上的操作快速传送给佩戴者。这样大大降低了伤亡率。并且在传输相关图片时也是特别清晰，可以大大避免操作失误。而且在接收和发射信号的时候，不易受到气候，环境等一系列因素的影响，大大增加了可穿戴设备的抗干扰能力。在监控质量与力度上，可以通过5G技术将佩戴者的信息与身体各方面指标通过客户端建立个人档案，然后传输到医院。这样，身体的状况可以由医院来监控，还可以通过各种数据，数学模型等对身体状况进行更加专业，更加科学的评估。也可以从某种意义上来说，可以避免医疗可穿戴设备对智能手机的依赖。

3 脉搏跳动监控的开发

脉搏检测到的脉冲图含有许多诊断价值的信息，可以用来预测人体器官和一些机能的好与坏。一般情况来说脉搏和心跳数量是大体相同的。脉搏频率受到年龄、疾病、心情、性别等的影响，婴儿每分钟120—140次，幼儿每分钟92—100次、儿童每分钟84—97次，成年人平均每分钟70—80次，大致范围在每分钟60—100次左右，都是正常健康的。另外休息和睡眠的时候脉搏跳动减慢。特别是心脏与脉搏联系特别紧密。因此脉搏测量对有心脏方面疾病的病人来说是一个不可缺少的检查项目。现今市场上有许多关于血压、脉搏、体温等电子仪器，体积小，使用方便，但相对的价格比较贵。

4 脉搏跳动监控中三大核心系统

4.1 脉搏监控系统

脉搏监控系统是以压敏陶瓷电路为核心去检测脉搏脏跳动，脉冲信号经过放大器时将会被放大，然后传入51单片机中处理信息，将脉冲信号转变成电信号，最终传入报警系统中。

4.2 报警系统

经过51单片机统计过的数据最终传入到报警系统中，经报警系统当中的统计器统计后，再对不合理和异常的数据进行快速报警。

4.3 语音系统

通过三线串口中的PWM输出模式，其可以对语音当中实现命令控制和语音通讯。

5 系统的核心技术

心跳监控系统，脉搏进行连续跳动的时候不断将脉冲信号扩散，然后压敏陶瓷和一些对压力信号接受较良好的传感器可以接收到这些脉冲信号。再由压敏陶瓷电路检测到的脉冲信号传入放大器中，将放大后的脉冲信号传入51单片机中处理后转变成电信号再传入报警系统当中。

当厚膜感受到外界压力后，则内部的的导电粒子在接触程度上发生了改变，进而改变了电阻的阻值。一般情况下，陶瓷压敏电阻所受到的压力是与电阻变化的阻值成正比例关系的。

当陶瓷基底受力发生挤压时，此时R2和R4被压缩，则相应的阻值减小；而R1和R3受到了牵扯力，阻值增大。这样一来，整个陶瓷弹性膜片的电路发生了失衡。此时输出电压[2]见（1）式。

注：Vcc为输入恒定电压

又有厚膜电阻应变系数公式[3]：

将（2）变为

式中εi为厚膜电阻在轴向上的微应变。

根据对板壳学的力分析得：

由（4）式可知，当Vcc为恒压时，V0与压强P成正比例关系。

报警系统报警系统是由计数仪和报警器两部分组成，通过51单片机统计过的数据传入到报警系统当中，经报警系统中的计数器统计数据时，一旦检测到异常的数据，那么报警器会立马进行警报，另外计数器上带有不同接口，方便人们制定不同的心跳频率范围，为后期的相关身体活动进行不同的个性化检测。

6 总结

目前医疗可穿戴设备的发展空间与前景都是不可估量的，尤其是在配备了当下5G技术的条件下脉搏跳动监控系统。目前的心跳检测设备主要是医院中一些体积较大的精密仪器，不利于对活动的病人进行检测与监控。功能上更加强劲的脉搏检测系统可以让佩戴者在把控自己的身体健康数据上和与医疗机构的语音沟通上都是传统医疗可佩戴设备所无法达到的高度。搭配上5G后，佩戴者可以高效、便捷的了解和控制自己的心率。当如果将它安装在可穿戴设备上，那么它不仅真正的可以让人们做到了随时可以享受就医，还在与当下智慧医疗系统的完美结合下实实在在解决了人类看病不方便，就医困难等问题。