穿戴式醫(yī)療儀器可實(shí)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(diǎn)?？梢詼p少病人的生理和心理負(fù)擔(dān)，達(dá)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(shí)現(xiàn)從人體上的監(jiān)護(hù)儀器到用戶端上位機(jī)的無線傳輸手段包括藍(lán)牙、射頻、紅外等。從現(xiàn)有文獻(xiàn)看，以藍(lán)牙的使用最為廣泛。但藍(lán)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(shí)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(jìn)行了加密處理，以保護(hù)用戶的健康隱私。
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(jī)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(jìn)行加密處理后，再通過射頻發(fā)給用戶主機(jī)；主機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理。前端和后端之間可以通過射頻進(jìn)行相互的通訊。
圖1、總體設(shè)計框圖
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(jìn)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(dǎo)聯(lián)方式。
（2）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(jìn)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(yīng)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(luò)陷波器，其優(yōu)點(diǎn) 在于可根據(jù)干擾源頻率和干擾強(qiáng)度進(jìn)行陷波頻率和Q值的調(diào)節(jié)。
（3）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(dāng)成熟，本文對這些電路的具體設(shè)計就不再作詳細(xì)說明。
數(shù)據(jù)加密、解密
本設(shè)計采用nRF905射頻芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無射和接收，任何相同的芯片，只要內(nèi)部寄存器配置一致，它們之間就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。由于用戶的生理信號涉及到用戶的隱私問題怛J，因而為了保證用戶數(shù)據(jù)在無線傳輸時的安全性，必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，而這一步驟在類似的研究中常常被忽略掉（3。J。在本設(shè)計中，采用了AES∞o（Advanced EncrypStandard）軟件加密算法來完成這一過程。）常用的硬件加密，一方面提高儀器的輕便性，另一方面又可以降低儀器的成本。AES算法是分組加密的方法，分為加密和解密兩個部分。它將一定長度的明文分組進(jìn)行相應(yīng)次的輪變換，每一次的密鑰都是由一定長度的初始密鑰變換而來，最后得到加密好的密文分組，長度和明文分組相同。解密時將密文分組進(jìn)行相同次數(shù)的逆變換，逆變換就是輪變換的逆過程，從而得到原始的明文分組。
