基于射頻技術(shù)的穿戴式醫(yī)療儀器的設(shè)計方案解析

　1 引 言
　　穿戴式醫(yī)療儀器可實現(xiàn)對人體非介入式、無創(chuàng)的醫(yī)療監(jiān)測，具備可移動操作、使用簡便、長時間持續(xù)工作等特點?？梢詼p少病人的生理和心理負擔，達到更好的 檢測效果。因此，它的發(fā)展越來越受到關(guān)注。目前，穿戴式醫(yī)療儀器在實現(xiàn)從人體上的監(jiān)護儀器到用戶端上位機的無線傳輸手段包括藍牙、射頻、紅外等。從現(xiàn)有文 獻看，以藍牙的使用最為廣泛。但藍牙的成本高，這對于儀器未來的普及是個很大的障礙。紅外的傳輸距離短、抗干擾差，現(xiàn)在已基本不使用。射頻具有價格低、傳 輸距離長等特性，特別是高性價比射頻芯片的不斷出現(xiàn)，使得它的使用也越來越受青睞。本文設(shè)計了一種基于nRF905射頻芯片，來實現(xiàn)生理信號的無線傳輸。 同時，相對于其它類似的設(shè)計，本設(shè)計還充分考慮了用戶生理信息的安全性，在數(shù)據(jù)無線傳輸前對數(shù)據(jù)進行了加密處理，以保護用戶的健康隱私。
　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計
　　本設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)由生理信號采集電路、數(shù)據(jù)加密、射頻發(fā)射、接收及用戶主機幾個模塊組成，如圖1所示。首先由采集電路獲取所要監(jiān)測的生理數(shù)據(jù)；然后將 獲取的數(shù)據(jù)進行加密處理后，再通過射頻發(fā)給用戶主機；主機將接收到的數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理。前端和后端之間可以通過射頻進行相互的通訊。
　　
　　圖1總體設(shè)計框圖
　　2．1采集電路
　　采集電路主要是由傳感器電路、放大濾波電路及A/D轉(zhuǎn)換等組成。
　　（1）傳感器電路：傳感器是將所要監(jiān)測的生理信號轉(zhuǎn)化為電信號，監(jiān)測不同的生理信號需要采用不同的傳感器。在本設(shè)計中，主要對心電和脈搏波進行監(jiān)測，采用的傳感器是貼片電極和紅外光電傳感器，心電檢測采用的是三導聯(lián)方式。
　?。?）放大濾波電路：經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后得到的生電信號一般幅值較低，且?guī)в泻艽蟮脑肼暩蓴_，必須進行放大濾波處理。放大電路的放大倍數(shù)需綜合考慮傳感器 獲取的生理信號的幅值大小以及A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍。本設(shè)計中，心電和脈搏波的放大倍數(shù)都采用1000倍。濾波處理包括帶通濾波和50波。設(shè)計中，帶通 濾波采用的是二階有源帶通濾波電路，心電和脈搏波對應的帶寬分別為0．1Hz一1和0．1 Hz～30Hz。50Hz工頻干擾是生理信的噪聲來源，50Hz干擾消除的效果直接決定了最獲取信號的好壞。本設(shè)計采用的是非對稱阻容網(wǎng)絡陷波器，其優(yōu)點 在于可根據(jù)干擾源頻率和干擾強度進行陷波頻率和Q值的調(diào)節(jié)。
　?。?）A/D轉(zhuǎn)換：設(shè)計中采用的是10位的A換器，其動態(tài)范圍為-2．7V一2．7V，心電的采樣為200Hz，而脈搏波的采樣頻率為60Hz。由于上述電路的設(shè)計目前已經(jīng)相當成熟，本文對這些電路的具體設(shè)計就不再作詳細說明。