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分类号密级UDC学校代码10500工程硕士学位论文(非全日制)题目：基于移动互联的糖尿病健康监测与管理系统研究英文题目：TheResearchonDiabetesHealthMonitoringandManagementSystemBasedonMobileInternet学位申请人姓名：李翔申请学位学科专业：计算机技术指导教师姓名：金勇二○一六年九月 分类号密级UDC学校代码10500工程硕士学位论文题目基于移动互联的糖尿病健康监测与管理系统研究英文题目TheResearchonDiabetesHealthMonitoringandManagementSystemBasedonMobileInternet研究生姓名（签名）李翔校内导师姓名（签名）金勇职称教授校外导师姓名（签名）张潭职称主任医师申请学位领域名称计算机技术领域代码085211论文答辩日期2016.11.2学位授予日期2016.11学院负责人（签名）刘升福评阅人姓名王战平评阅人姓名刘春玲年月日 碱奢＊＊５２０１３０１５３硕壬学位论文信息备案表中文题目基Ｐ移动互联网的細尿摘牠张胆；则节圳东：站邮化．ＴｈｅＲｅＤ．ｓｅａｒｃｈｏｎｉａｂｅｌｍｉｌ英文题目ｉｅｓｉ則ＩｔｉｉｔｏｔａｎｄｍａｎａｅｍｅｎｔＳｓｔｅｍｏｎｍｏｂｅｌｉＵｅｒｎｅｔｌｍｏｉｇｇ＼ｂａｓｅｄ－作者姓名李轴作者学号Ｉ日２０１３０１５３导师姓名蓝與广申川川节扣棉Ｉ１１令１］叫Ｉ．悼硕Ｉ所在学院经济与管理学院学位类别Ｉ三］■‘广＇’ｉ帖：ｉ、ｆｒ；广ｔｍＫｉ！１．ｒ—．ｉｒｔｍ｜町Ｊ学科名称计爵机巧术学科代码０８５２Ｉ１评１：置畫刈春巧腑义讓乂学论文字＾２．７万ｔ品说Ｉ２２＇、评阅人评阅人．—．，、，Ｔ王齡化华中，帅１，化於ｉ。广＆巧姓名所在单位广申请保密时问＇中答辩日期２０１６年１１月２６曰填表日期２０１６年１１月２８旧广原创性声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下本人郑亟声明．独立进巧研究Ｘ作所取巧的研巧成跟。’除文中已经标吼引用的内容外，本论文不包含任何巧化个人或集体已经发表巧撰写过的师寬成谁。巧本文的硏巧做化贡献的个、和集体．巧已化文中Ｕ明硫方式标巧。本声明化法律结巧曲本人承巧。学位论文作者（签名）：．ｆａ学位论文版权使用授权书本巧位论文作者完全ｒ解学校有关保巧、使用学位论文的规忠，即：学校育权保留并向国家有关’部ＩＭ化构巧交论文的狂印件和电了版，允化讫文被查阅和瞄巧。本人操权湖北Ｔ业大学可Ｕ将本学位论文的全部或部分内容編入有关救据库进巧检索，可从栗巧影印、缩印或扫描等复制手段保巧和汇编本学位论文。学位论文作者（签名）：ｊ相指导致师（签名１：一了湖北ｒ化大学研化化院学位办公室则 湖北工业大学工程硕士学位论文摘要据WTO报道，糖尿病已成为21世纪范围内的一种流行病。它是继肿瘤、血管病变之后的第三大严重威胁人类健康的慢性非传染性疾病。因此，糖尿病治疗成为世界各专家亟待解决的问题。运动疗法作为糖尿病治疗的“五驾马车”之一，能够有效控制糖尿病患者各项危险指标，但运动疗法具有个体差异性强、评价体系不完善等问题，在实际治疗中远没有被充分利用。针对以上问题，构建基于移动互联网的糖尿病健康检测与管理系统研究，有利于及时发现和处理异常情况，并在康复过程中进行系统的管理，最大限度减少患者会医务人员的依赖，提高患者的自觉性。达到降低糖尿病并发症的风险、纠正糖尿病治疗低达标率的目的。对有效辅助糖尿病运动康复治疗有很强的指导意义和现实意义。首先，本文在相关理论研究的基础上，对系统技术基础进行阐述。其次根据糖尿病康复治疗过程中的实际需求，通过需求分析、功能分析、业务流程分析、数据流程分析三个方面介绍系统处理流程分析，然后，通过总体设计（功能结构设计、物理配置方案设计）和详细设计（硬件监测系统设计、健康管理系统设计）两个方面对系统总体进行设计，将其应用于糖尿病康复的运动监护与管理系统，方便了系统的维护、配置和扩展。最后，在前一章对系统总体设计的介绍基础上，主要对系统实现的结果进行分析和测试。包括硬件系统的实物图、心率和血压测试流程，手机客户端各功能模块的效果，系统网站设计的效果。本文创新性的将临床医学和康复医学有机结合，实现糖尿病康复运动疗法的系统和科学的管理。关键词：糖尿病，康复，运动，慢病管理，生理参数，监测I 湖北工业大学工程硕士学位论文AbstractAccordingtoWTOreports,Diabeteshasbecomeanepidemicwithinthe21stcentury.Itisthethirdmostseriousnon-communicablediseasethreateninghumanhealthfollowingtumorandvasculardisease.Therefore,thetreatmentofdiabeteshasbecometheworld'sexpertstosolvetheproblem.Asoneofthe"fivecarriages"ofdiabetestreatment,exercisetherapycaneffectivelycontroltheriskindicatorsofdiabeticpatients.However,sportstherapyhasthecharacteristicsofindividualdifferences,andtheevaluationsystemisimperfect.Inpractice,thetreatmentisfarfrombeingfullyutilized.Inviewoftheaboveproblems,itisbeneficialtodiscoveranddealwithanomaliesintheprocessofdiabeteshealthmonitoringandmanagementsystembasedonmobileInternet,andsystematicallymanageduringtherehabilitationprocess,soastominimizethedependencyofmedicalstaffandimprovethepatient'sconsciousness.Toachievethegoalofreducingtheriskofdiabetescomplicationsandcorrectingthelowstandardrateofdiabetestreatment,ithasastronginstructiveandpracticalsignificancefortheeffectiverehabilitationofdiabeticexercise.Firstofall,basedontherelevanttheoreticalresearch,thispaperexpatiatesonthetechnicalbasisofthesystem.Secondly,accordingtotheactualdemandintheprocessofdiabetesrehabilitationtreatment,thesystemprocessflowanalysisisintroducedthroughdemandanalysis,functionanalysis,businessprocessanalysisanddataflowanalysis.Then,throughtheoveralldesign(designoffunctionalstructuredesign,physicalconfiguration)anddetaileddesign(systemdesign,hardwaredesignofhealthmonitoringsystem)twoadesignoftheoverallsystem,thesystemisappliedtothemovementmonitoringandmanagementsystemofdiabetesrehabilitation,whichfacilitatesthemaintenance,configurationandexpansionofthesystem.Finally,basedontheintroductionofthesystemdesigninthepreviouschapter,theresultsofthesystemimplementationareanalyzedandtested.Includinghardwaresystemphysicalmap,heartrateandbloodpressuretestingprocess,theeffectofthemobilephoneclientfunctionmodules,theeffectivenessofthesystemWebsitedesign.Thisarticlecombinestheclinicalmedicineandrehabilitationmedicineorganically,andrealizesthesystematicandscientificmanagementofrehabilitationexercisetherapyfordiabetes.Keywords:Diabetes,Rehabilitation,Exercise,Chronicdiseasemanagement;Physiologicalparameters,MonitoringII 湖北工业大学工程硕士学位论文目录摘要....................................................................................................................IAbstract..................................................................................................................II目录....................................................................................................................I第1章引言............................................................................................................11.1选题背景和研究意义....................................................................................11.2国内外相关研究综述...................................................................................11.2.1国外相关研究综述.......................................................................11.2.2国内相关研究综述.......................................................................21.3主要内容与研究结构...................................................................................31.4研究方法.......................................................................................................3第2章理论与技术基础..........................................................................................52.1糖尿病...........................................................................................................52.2信息系统分析与设计.................................................................................82.3ECLIPSE技术................................................................................................92.3.1Eclipse介绍..................................................................................92.3.2Eclipse平台体系结构..................................................................9第3章糖尿病健康管理系统分析........................................................................123.1糖尿病健康管理系统需求分析...............................................................123.2糖尿病健康管理系统主要功能分析.......................................................133.3糖尿病健康管理系统业务流程分析.......................................................133.3.1运动监测模式...............................................................................133.3.2血压监测模式...............................................................................143.4糖尿病健康管理系统数据流程分析.......................................................153.4.1心率信号处理...............................................................................153.4.2血压信号处理...............................................................................163.5本章小结.....................................................................................................17第4章糖尿病健康管理系统设计........................................................................184.1糖尿病健康管理系统总体设计...............................................................184.1.2监测系统总体设计.....................................................................19I 湖北工业大学工程硕士学位论文4.1.3健康管理系统总体设计.............................................................204.2糖尿病健康管理系统详细设计...............................................................214.2.1监测系统详细设计.....................................................................214.2.2健康管理系统详细设计.............................................................254.2.3用户界面设计.............................................................................364.3本章小结...................................................................................................41第5章系统实现与测试........................................................................................425.1系统实现.....................................................................................................425.1.1检测系统实现...............................................................................425.1.2手机客户端实现...........................................................................425.2系统测试.....................................................................................................435.2.1血压监测.......................................................................................435.2.2心率监测.......................................................................................435.2.3运动量监测...................................................................................445.2.4数据管理.......................................................................................445.2.5用户信息查询...............................................................................445.3本章小结.....................................................................................................45第6章总结与展望................................................................................................466.1总结...........................................................................................................466.2展望...........................................................................................................47参考文献..................................................................................................................48II 湖北工业大学工程硕士学位论文第1章引言1.1选题背景和研究意义随着人民生活水平的提升，饮食结构也发生了很大的变化，因此，糖尿病患者越来越多，其中，我国以成为糖尿病第一大国，糖尿病的死亡率也逐年增长。糖尿病的慢性并发症会对心脑血管、视网膜、神经以及肾脏等器官造成损坏，极大的危害着人体的健康；而且因为糖尿病难以治愈，需一直用药物控制，意思治疗费用也十分昂贵，值得庆幸的是，糖尿病的发生率及其并发症发病率可以通[2]过综合的健康管理措施有效的降低。糖尿病一般是从药物、运动、饮食、运健康教育以及病情监测几个方面进行控制和治疗，其中基于运动的治疗始终是糖尿[4]病综合治疗中的一种基本方法。运动疗法在糖尿病治疗中的重要作用早已为现代医学所认识，作为糖尿病治疗三大基石之一，被推荐给糖尿病患者已经很多年了，运动疗法被证明可以有效的延缓和降低糖尿病的发病率，而且也是最为经济有效的治疗方式。而运动疗法面对的十分困难的问题是保证患者执行运动处方的持续性、安全性以及对患者在运动过程前后生理参数的系统分析，在运动过程中和日常生活中对患者生理信息进行实时的监测是解决这个问题的一个很好的办法。本课题总体目标是以现有糖尿病运动指南为基础，在糖尿病康复运动中引入健康管理的理念，研发智能化运动信息采集和指导产品，建立家庭、社区、医院三级信息管理系统和人工智能数据平台，为糖尿病及其并发症患者提供个性化康复运动指导系统。具体目标是制定糖尿病及其并发症的运动疗法指导方案，研究糖尿病康复应用示范产品，研制出一套针对于糖尿病人群的远程无线运动监护与管理系统，为监测和指导糖尿病患者进行有效的康复运动治疗提供科学的依据和个性化的运动方案。1.2国内外相关研究综述1.2.1国外相关研究综述国外在移动互联网领域的研究主要集中在个人及家庭的健康监护、健康档案1 湖北工业大学工程硕士学位论文等方面。2011年，NunoRodrigues,JoaoL.等人提出一个移动医疗解决方案，旨在改善患者与医生之间的交互。在传统医疗模式中，患者与医生的交互稀疏，受制于时间并且很不灵活。该方案交互的对象主要有医生、患者、系统管理员，主要由三部分组成：移动应用、桌面应用和负责数据在移动端和桌面端同步的中间件，2010年，Wei-TseTang等人结合医院信息系统和移动通信，建立了一个远程家庭健康管理系统，使用多媒体信息服务持续监测健康状况。通过GSM900/18002G，使用短信发送血压计、血糖仪采集的实时生理特征，系统共有300名志愿者，4736条血压血糖记录。2010年，RifatShahriyar等人认为健康监护是普适计算重要的应用领域。移动互联网监测能够促进医生、患者和其他第三方医疗机构的沟通，移动设备作为生活中不可或缺的一部分，通过它可以实现随时随地准确地传输生理信息。随着传感器技术、低功耗电路、无线通信技术的发展，可以实现低功耗、小型、轻量、智能的生理传感器节点，在此基础上构建了智能的移动互联网监护系统，可以通过移动设备为医疗机构提供患者的生理、用药以及环境的数据，探索借用移动通讯工具建立一种全新的以糖尿病患者为中心的个人医疗保健平台，实现全新的患者——社区——医院一体化糖尿病教育和管理模式。意在以患者为中心，做好糖尿病三级预防的教育，为患者提供生活方式干预和药物治疗的个体化指导，使糖尿病教育和管理新模式走向全民普及化。1.2.2国内相关研究综述目前针对用户需求和糖尿病防治的特点，研究基于移动互联网的糖尿病医疗应用的文章较少，糖尿病移动终端应用多集中在提高糖尿病的认知和糖尿病的管控上，没有科学的糖尿病管理流程，没有形成高效的管理模式。总体来看糖尿病移动医疗技术还不成熟，还处在摸索阶段。国内的移动互联网实践主要包括挂号、医疗咨询和寻医问诊等。2013年，陆忠芳研究开发了基于云计算的移动医疗服务平台，将医疗保健服务部署到GoogleAppEngine中，建立小型医疗服务机构与广大患者间信息沟通的桥梁。2013年，王磊研究实现了基于移动医疗的脉搏和脑电信号模式分类与疾病预警系统，将脉搏信号和脑电信号作为研究对象，采用信号处理与模式识别的方法，提出了一种新的生理信号分析方法和移动医疗解决方案。在应用方面，国内著名的医疗网站“好大夫在线”提供专业、完善的医疗信息服务，其中包括、医院、医生信息查询中心，医患咨询平台，门诊预约系统，就医经验分享系统等“春雨医生”提供100%真实公立医院医生的在线医疗健康咨询服务。由三甲医院专家医师解答用户的健康问题。移动客户端产品春雨2 湖北工业大学工程硕士学位论文掌上医生是一款“自查+问诊”的健康服务应用“挂号网”是国家卫生和计划生育委员会(原国家卫生部)批准的全国就医指导及健康咨询平台，目前己经成为国际领先的移动医疗服务平台。1.3主要内容与研究结构论文主要内容分为七个部分，具体的章节安排如下：第1章：绪论部分主要介绍当前糖尿病的危害和治疗方案，讨论了运动疗法对糖尿病康复治疗的重要性；然后介绍了运动疗法的实现形式及其在实际应用中的局限性；最后介绍了国内外在移动医疗领域的研究现状、关键技术以及存在的缺陷。第2章：根据糖尿病康复治疗过程中实际需求进行功能分析，包括数据的采集、传输、分析和管理等，介绍系统的总体架构，包括了电子监测系统以及健康管理系统。对系统工作的工作流程进行了介绍。第3章：详细介绍了电子监测系统的硬件电路设计与实现过程，包括传感器系统中生理数据采集模块、控制模块、通信模块、数据处理模块以及电源管理模块的设计，阐述了心率和血压信号的处理流程。第4章：详细介绍了健康管理系统的设计和实现过程，包括针对糖尿病患者运动方案的设计、系统的数据通信和管理以及交互界面的设计。其中运动方案的设计主要针对运动强度、运动安全性、血压管理几个方面，系统通信涉及到短距离的蓝牙通信以及移动网络的通信过程，数据管理介绍了数据库设计和数据同步更新的过程，手机客户端和Web客户端介绍了功能和界面的设计。第5章：对系统的实现效果进行展示，包括：硬件系统的实现效果，主要为硬件电路实物图的展示；生理信号采集的步骤以及智能终端功能模块的实现效果，主要为心率和血压采集监测效果以及客户端功能模块的展示；系统网站的实现效果，主要为用户通过网站访问系统的效果展示。第6章：对系统的设计过程和实验结果进行了分析与总结，并对接下来的工作进行了进一步的展望。1.4研究方法本文研究过程中主要用了以下研究方法：（1）文献阅读法：通过阅读大量参考文献，同时结合前期课程中学习的相3 湖北工业大学工程硕士学位论文关理论知识，从而给论文的完成奠定了理论基础。（2）调查法：调查法是科学研究中最常用的方法之一。在实习期间，对糖尿病患者进行实地调查，并了解这些病情的发展情况以及当前治疗存在的问题。调查方法是科学研究中常用的基本研究方法，本文需要知道糖尿病发展的具体情况，因而需要去有规划的调查。（3）对比分析法：对比分析法，分析了糖尿病治疗方法之间存在的差距，才能更好的构建系统对病情进行监控和管理。4 湖北工业大学工程硕士学位论文第2章理论与技术基础通过对不同阶段糖尿病患者的病情及其并发症的研究，本章主要以运动强度和血压状况两个方面来对糖尿病患者运动信息和健康状态进行评价。2.1糖尿病糖尿病(DM)是一组由于胰岛素分泌和作用缺陷所导致的碳水化合物、脂肪、蛋白质等代谢紊乱，并以长期高血糖为主要标志的综合征。久病可发生眼、肾、脑、心脏等重要器官及神经、皮肤等组织的并发症。病死率仅次于癌症和心血管疾病。（1）糖尿病运动疗法用运动的方法治疗糖尿病的主要原理是通过运动使胰岛素的敏感性得以提高，降低糖尿病及其并发症的发病几率。由于糖尿病的病因和发病机理不尽相同，虽然运动疗法对糖尿病治疗的重要性和有效性已经得到了广泛的认可，但是实际操作中依然存在着许多的困难，在临床上并未广泛的应用，在对糖尿病人群的调查中发现，相比于运动和饮食疗法，1型和2型糖尿病病人普遍认为药物治疗更加重要而且有效[7]，很大程度上是因为患者无法显性的看到运动和饮食疗法的治疗效果，对其缺乏正确的认知，从而无法自我控制并坚持治疗。虽然运动疗法对糖尿病治疗的重要作用已经达到了共识，但在实施过程中依旧存在着很多的困难，导致运动疗法在国内至今仍然没有被充分用于糖尿病的临床治疗中。运动疗法的困难主要体现在以下几点：1、医生和患者相关知识匮乏在临床工作中，很多医生缺乏对糖尿病运动医学疗法的认识，往往不能对糖尿病患者进行详细的运动指导或者制定科学系统的运动方案，大多只是笼统的让患者每天花时间做一些运动，导致了运动疗法很难真正成为糖尿病康复中的重要治疗步骤，只是医生治疗过程中的附属品[8]。同样，患者也无法对运动疗法的重要性产生足够的认识，难以做到运动的持续性，依从性差。2、患者个体差异性强不同糖尿病患者的年龄、体质、身体状态以及病情的严重程度等都千差万别，如果医生在制定运动处方的过程中无法对患者的实际情况做出针对性的应变，将5 湖北工业大学工程硕士学位论文直接影响运动处方的治疗效果。3、运动强度难以量化运动可以有效的提高糖尿病患者对胰岛素的敏感性，但由于患者体质不同，身体所能承受的运动强度和运动量也不同，在运动治疗过程中经常会出现运动不足或者运动过量的问题。由于无法对运动强度和运动量进行量化，导致运动疗法的实施和评价十分困难。4、监护困难糖尿病患者在常规的运动治疗中，只有在医院的监护下才能够较为安全的进行强度比较大的运动，而在日常生活中，由于缺乏对生理状态的监控和分析，患者无法掌握自己当前的身体状况。在运动强度过大或者由于并发症遇到紧急情况时，很难及时通知医院进行有效的抢救措施，这样就导致了糖尿病的日常运动康复治疗的安全性和有效性无法得到保证。5、日常教育和指导困难糖尿病患者在医院只能从医生那里接受到十分有限的糖尿病治疗相关的知识和注意事项，由于个人受教育程度不一样，患者信息获取的能力参差不齐，很多糖尿病患者在医院之外很难接收更多有效的糖尿病康复知识，导致糖尿病患者日常的健康教育缺乏保证。因此，针对糖尿病康复建立一套集监测、诊断、教育、咨询和管理为一体的系统对糖尿病运动疗法的在临床上的应用何在患者日常生活中普及具有十分重要的作用。（2）便携式移动医疗设备近年来信息化技术日新月异，借助智能互联网技术，医生和患者可以通过互联网更为方便的获取医疗信息，这有助于提高医生的诊断水平、改善整体的医患关系。可见智能互联网技术在医疗领域应用已经十分广泛，其中最具代表性的就是可穿戴医疗设备。利用可穿戴式的智能医疗设备，医生可以对患者治疗过程中的生理状态进行追踪，对治疗的效果进行动态的评价。同时，携带传感器的可穿戴式医疗设备可以实时的监测患者的生理信息，便于医生制定较为详尽的康复方案[10]。伴随着移动互联网条件的不断成熟，国内外市场掀起可穿戴式装备热，人们通过便携的设备对自己的生理状况进行跟踪监测，并提供数据共享，丰富了人们对自身健康状况进行了解的手段和途径。移动监测系统的示意图如图2.1所示：6 湖北工业大学工程硕士学位论文图2.1移动监测系统移动监测系统需要建立无线通信网络，保证数据的无障碍传输。前端监测设备与移动终端之间的通信需要依靠短距离的无线通信技术来完成，比如蓝牙、wifi、ZigBee等，而移动终端与远端服务器的通信则需要通过移动网络来完成，移动终端通常选用便携式可开发的智能设备，如智能手机、笔记本、平板电脑等。近年来低功耗蓝牙技术和基于Android平台的智能手机被广泛应用于移动医疗设备的短距离通信中。1、低功耗蓝牙技术蓝牙技术作为一种短距离的无线传输技术，自1998年技术标准被制定以来，在全球范围内得到了迅猛的发展，普遍应用于移动设备或固定电子设备之间的短距离无线通信，可以满足医疗监护、生理数据采集系统的数据传输[12]。蓝牙的工作频带是全球统一开放的2.4GHz频段，采用GPSK跳频和十分双工（TDD）技术，传输速度快且靠干扰能力强，同时具备成本低、能耗低等优点。虽然蓝牙技术具有以上优点，但是随着该技术在更多新型领域被应用，其功耗已经不能满足人们的需求，例如穿戴式的监护应用，因此蓝牙低功耗技术应运而生。低功耗蓝牙技术具有很低的平均值、峰值周期和能耗，能够保证多个设备之间具有良好的兼容性，而且相关配件体积小、成本低，可以很好的集成在电脑或者手机中，这些技术优点使得低功耗蓝牙技术如今被广泛应用于医疗监护领域，为医疗监护产品的开发提供了有力的技术支持[13-14]。2、Android智能手机智能手机拥有独立的操作系统，能够根据个人需求扩展手机功能，如软件的升级等，可以极大的发挥手机的潜力。现在市面上较多的操作系统主要是iOS、Android、WindowsPhone等，使得开发者能够直接面向操作系统编程，从而摆脱了底层具体的硬件结构和微处理器，很大程度上降低了开发周期和开发难度[9]。近两年来，移动医疗领域出现许多新模式，成为许多大公司发展的热门项目，也吸引了很多的创业者投身其中。国内外应用程序商店发布了大量的医疗相关的7 湖北工业大学工程硕士学位论文APP，比如有测试心跳、生理期等。许多移动设备公司也相应推出运动手表、运动手环、装有传感器的运动鞋等，可以帮助用户实时的测试心跳、血压、运动量等参数。然而，虽然推出的应用种类繁多，但是缺乏核心技术。同时，大部分技术开发人员缺少与医疗健康领域的专家和医生合作，做出的产品只能用于简单的测试，缺乏数据分析以及系统的管理，无法应用于传统的诊断、监护以及康复治疗中去。拘泥于技术，忽略形式和载体，不能够进行跨领域、跨技术的合作，是移动医疗的发展停滞不前的一个重要原因。同时，国内外针对糖尿病运动治疗的效果缺乏统一的评定标准，无法进行系统的干预治疗和管理，导致糖尿病的运动疗法无法应用于日常的治疗中。2.2信息系统分析与设计综合糖尿病康复治疗过程的实际需求以及移动医疗系统的设计理念，本文将主要遵循以下原则来对系统进行设计：（1）信息的依赖性设计的系统应能够提供依赖于医生或者工作人员进行患者信息采集的需求。系统在设计过程中应紧密围绕糖尿病康复过程中医生诊断病情、评价康复情况以及设计运动方案时需要采集的患者信息，利用不同的人体生命指标传感器获取患者的各项生理信息（如心率、血压、运动强度、位置信息等）。（2）系统的灵巧性系统应具备便携、低能耗和人性化等特性。在传感器及芯片选型时应选择微小型器件，在电路设计时也应按照最小化原则来进行设计以降低传感模块的体积和重量，提升设备的便携性；通过低功耗设计提升电池的使用时间并降低电池的体积，避免患者频繁更换电池；提供人性化的供患者交互的智能客户端以方便患者随时了解当前运动状态和治疗情况。（3）交互的及时性系统能够及时并完整的接收并存储监测到的生理信息并进行智能的分析和管理，为医生提供可参考的诊疗信息，同时能够将结果及时的反馈给患者，对患者的康复治疗提供建议和动态的解决方案。（4）系统的扩展性系统应具备良好的可扩展性和易配置性，模块之间要功能分明且能够进行松耦合的交互。在传感器节点上利用中央控制器控制系统中的人体生理指标传感器进行数据采集、数据处理和数据传输，以保证可以在不大量改动硬件结构的情况8 湖北工业大学工程硕士学位论文下方便的增加和减少传感器节点；便携式智能终端能保证系统软件具有可更新和扩展性，在同一个界面上具有多种参数显示窗口，可以直接在智能终端的软件系统中设计要分析和显示不同后台数据的可扩展性方案。2.3Eclipse技术2.3.1Eclipse介绍Eclipse最初是由IBM公司开发的替代商业软件VisualAgeforJava的下一代IDE开发环境，2001年11月IBM将它捐献给开源社区Eclipse.org。该协会管理和指导Eclipse正在进行中的开发。它吸收了许多大型软件工具提供商加入到该项目中，包括Borland,Merant,Rational、RedHat、SuSE,TogetherSoft、HewlettPackard,Fujitsu、Sybase等。这些公司分别向协会派了一名代表组成理事会，理事会负责确定Eclipse项目的方向和范围。Eclipse是跨平台的集成开发环境。最初是基于Java的，但目前通过集成插件，它也能作为其它计算机语言比如C++和Python的开发工具。Eclipse的本身只是一个框架平台，但是它能无缝集成众多插件，使它具有其它IDE软件很难具有的灵活性和可扩展性。Eclipse正逐渐被越来越多的软件开发商作为框架开发自己的IDE。2.3.2Eclipse平台体系结构Eclipse主要由四个部分组成，分别为Eclipse平台(EclipsePlatform)、Java开发工具包(JDT:支持Java开发)、C开发工具包(CDT:支持C开发)和插件开发环境(PDE:用来支持插件开发)。Eclipse平台是一个开放的可扩展IDE，它提供了一个通用的可扩展的开发平台。JDT,CDT,PDE以及其它开发工具只是作为插件无缝集成到它上面。9 湖北工业大学工程硕士学位论文图2.2Eclipse平台体系结构从上图可以看出，Eclipse平台主要由工作台(Workbench)、工作空间(Workspace)、帮助(Help)、团队(Team)、调试(Debug)和平台运行时(PlatformRuntime)组成工作台:Eclipse的图形化界面。它由一系列图形化组件构成，包括视图、编辑器、透视图、操作、首选项等。这些组件又是由标准窗口工具包(SWT)和JFace这两个底层图形库构成的。SWT是一个窗口构件集和图形库，它集成于本机操作系统提供的GUIAPI,JFace是用SWT实现的UIZ具箱，其底层实现为SWT。JFace扩展了SWT并能与SWT交互操作。对开发人员来说，开始开发一个图形组件的时候，首先到JFace包里去找一找，看JFace是不是提供了该组件或类似能够替代的组件，如果没有，则需要自己使用SWT工具包实现该组件。工作空间:负责Eclipse下资源的管理。它用来显示用户创建的项目和项目下的文件，为这些文件提供更新、修改、删除等功能。帮助:不管Eclipse下的某个插件如何容易使用，用户总会对某些部分是如何工作提出疑问，他们需要知道一些关于一些操作或设置的详细信息。因此Eclipse的帮助系统为这些应用程序提供了一个全面的框架，提供了一些导航结构访问已定义好的说明文档，它也支持在线帮助，文档可以是HTML形式的。团队:负责版本控制和配置管理支持。它允许用户与其使用的版本控制系统进行交互，这些版本控制系统必须能够作为插件集成到Eclipse下。Eclipse平10 湖北工业大学工程硕士学位论文台下集成了并发版本控制系统(CVS)的客户端插件。CVS的替代产品SVN也有了插件版本，开发人员可以自行去Eclipse社区下载SVN的插件版本，或者使用Eclipse的更新站点下载。调试:Eclipse平台为Eclipse下的应用程序提供了调试功能，用来检查程序的运行情况。它允许开发人员在调试视图下，对应用程序代码设置断点、提供单步执行、设置变量和监视变量值变化等。Eclipse下能调试的程序包括:Eclipse应用程序、Java应用程序、SWT应用程序、JUnit应用程序等。当调试Eclipse应用程序时，会开启一个独立的Eclipse工作平台，在程序代码中进行的修改和设置断点等，都会影响该工作平台的运行。平台运行时:它是Eclipse的内核，是Eclipse运行的最小集合。当Eclipse启动的时候，它自动检测插件列表，生成插件注册表信息。它提供了延迟加载的机制，当需要使用某个插件的时候才加载该插件，大大节省了系统资源，提高了Eclipse的运行性能。上面提到的部分都是以插件的形式提供的，只有平台运行时例外。11 湖北工业大学工程硕士学位论文第3章糖尿病健康管理系统分析通过对不同阶段糖尿病患者的病情及其并发症的研究，本章主要以运动强度和血压状况两个方面来对糖尿病患者运动信息和健康状态进行评价。3.1糖尿病健康管理系统需求分析本文提出的运动监护与管理系统首先要能够为患者提供可以选择的运动方案，运动方案的制定需要结合糖尿病患者的病情，患者可以通过咨询医生选择适合自身的运动处方。每一种运动方案需具备量化的评判标准，如运动强度、靶心率等。患者能够通过系统设备方便对运动方式进行预先的设置，患者运动过程中，系统的便携式监测设备可以实时的监测患者的生理信息和运动信息。当患者运动强度偏离预先设定的方案规定的强度范围时，系统能够智能的提醒患者加强或者降低当前运动强度。当患者运动时的生理状况超出正常范围，可能会对身体造成损害时，系统能够及时报警，提示患者减缓或者停止运动，并向医疗中心发送患者当前的生理信息以及地理位置，从而保证患者运动的安全性。由于血压状况对糖尿病患者并发症的预防十分重要[16]，系统要能够为患者提供便捷测量血压的需求。患者可以通过一键式的简单操作，控制血压计自动完成血压的测量，并且能够将测量结果和分析结果显示在客户端上，从而方便患者随时了解自身的健康状况。系统针对每一位患者需要建立用户档案，患者可以注册或者登录系统，并查看、修改自己的档案。当用户完成运动测量或者静态血压的测量后，便携式终端可以将结果存入本地数据库中，并上传到服务器端，服务器端对数据进行存储和分析，将患者健康状况更新至用户档案中。为了能够方便医生对患者的健康状况和康复情况进行系统的了解，系统需要为医生提供对每一位患者信息进行查询的端口，医生可以详细了解指定时段患者的运动状态以及血压状况，从而对治疗方案进行评价和调整。除了患者自主进行运动治疗以及血压监测之外，系统需要具备提醒和推送功能。推送功能主要是给患者提供运动建议、保健知识等。12 湖北工业大学工程硕士学位论文3.2糖尿病健康管理系统主要功能分析在需求分析阶段，经过与用户反复的交流和论证，将获得的信息进行综合分析，最终确定了本系统的功能，分别是系统管理、组织机构管理、人员管理、治疗管理、监控管理、审核管理和专家辅助治疗七个模块。具体的系统功能结构如图3.1所示。3.3糖尿病健康管理系统业务流程分析本系统的工作模式主要分为两类，血压测量和运动监测，用户首先需要通过手机客户端登陆服务器进行身份认证和数据同步，然后可以在客户端选择需求的工作模式。3.3.1运动监测模式当选择了运动监测模式以后，客户端提示用户开启蓝牙搜索周围可用的检测设备，并进行配对。配对成功以后用户可以通过客户端以发送蓝牙指令的方式控制检测设备启动，开始对用户的心率信息进行监测，传感器将检测到的实时数据传输到处理芯片，处理芯片接收数据以后进行模数转换，并打包整理，然后通过UART方式将数据发送至手机端，手机终端通过蓝牙模块将接收到的数据做进一步处理，通过数据分析进行提示或者界面的更新，并将结果上传至服务器端。当运动结束以后，用户再通过手机客户端结束继续监测，客户端通过蓝牙模块发送终止指令，检测设备接收到以后自动关闭。运动监测模式下系统的工作流程图如图3.2所示：13 湖北工业大学工程硕士学位论文图3.2运动监测模式工作流程图3.3.2血压监测模式当用户选择了血压监测模式，客户端同样需要与带有无线蓝牙传输设备的血压计进行配对。配对成功以后，用户通过手机端启动血压监测，此时客户端会通过蓝牙模块发送开始指令至血压计控制芯片，控制芯片控制血压计自动的进行血压测量。如果测试成功，血压计通过蓝牙模块将数据打包发送至手机客户端，手机客户端通过数据处理和数据分析，将结果显示给用户，如果测试结果出现异常，血压计会将错误代码发送至手机客户端，手机客户端通过解析将错误的具体信息显示给用户。然后询问用户是否需要重新测量，若用户选择是，则重复之前的手机通过蓝牙发送启动血压监测指令，否则关闭血压计，并将结果上传至服务器。运动监测模式下系统的工作流程图如图3.3所示：14 湖北工业大学工程硕士学位论文图3.3血压监测模式工作流程图3.4糖尿病健康管理系统数据流程分析3.4.1心率信号处理心率采集模块通过对心率信号的运放和高通滤波后，会向控制芯片输出模拟信号，控制芯片通过集成的ADC转化器，再转换成方便操作的数字信号。这个时候的数字信号的存在方式是离散型的，需要通过进一步计算将当前心率计算出来。数据处理模块的核心功能是计算用户的瞬时心率，瞬时心率的计算公式如下所示：IHR60/RR（3.2）其中IHR为瞬时心率，RR为心电图（ECG）QRS波中R波两个波峰之间的距离。因为R波峰的幅值是最大的，因此可以通过寻找最大值来确定R波波峰的位置。目前有许多提取QRS波的算法，本文采用Pan-Tompkins提出的一种差分算法来提取QRS波[23]，该算法具有良好的实时性，可以检测出的QRS波群达99%以15 湖北工业大学工程硕士学位论文上。并根据传感器的采样频率就可以通过公式（3.2）计算出瞬时心率。(1)带通滤波带通滤波是由一个低频和高频滤波器构成，其中低频滤波器是为了消除基线漂移，高通滤波器是为了降低高频噪声的影响。因为在频率为5-15Hz是QRS波的能量可以达到最大化[24]，所以本文将带通滤波器的范围设置为5-15Hz。图3.13(a)为原始的心率信号，由脉搏传感器获得，如图3.13(b)是通过滤波的方式去掉噪声和干扰之后的信号图。(2)差分为了得到QRS波群的斜率信息，接下来会对带通滤波以后的信号进行差分运算，这里使用的差分运算公式为：212H(z)(z2z2zz)/8T（3.3）其中T是采样周期，公式的离散形式为：y(nT)x(nT2T)2x(nTT)2x(nTT)x(nT2T)（3.4）经过差分运算后的信号的波形图如图3.13(c)所示。(3)平方差分运算完成以后，对信号逐点求平方，这样可以使数据都为正数而且能够对信号进行放大，从而增强其中的高频成分。经过平方计算后的波形图如图3.13(d)所示。(4)移动窗口积分通过对移动的指定宽度窗口范围内的信号进行积分运算，可以获得QRS波群的波形特征。通过公式（3.5）进行计算：y(nT)x(nT(N1)T)x(nT(N2)T)x(nT)（3.5）其中N是积分窗口的采样次数。因为在实际测量中，R波不会在200ms以内出现两个以上的波峰，因此这里选择40次采样次数作为窗口宽度（传感器的采样频率为200Hz）。如图3.13(e)的波形是经过处理后的。3.4.2血压信号处理系统选用U60BH腕式蓝牙电子血压计，可通过其蓝牙传输功能连接上安卓和IOS移动终端，利用智能终端对用户的血压健康状况进行记录分析，通过数据趋势图来反映用户的血压变化状况并给出相应的分析结果和合理建议。为了保证通信的安全性和稳定性性，需要制定统一标准的通信协议。血压计的蓝牙通信协议16 湖北工业大学工程硕士学位论文定义如表3.1所示：表3.1血压计蓝牙通信协议命令帧格式命令头STX(0xFD,0xFD)命令分类码1-255(1BYTE)命令序列VAR命令尾ETX(0x0D,0x0A)同时，通过定义系统的检测流程和每条指令的格式以及内容来实现智能终端对血压的检测。3.5本章小结本章首先根据糖尿病康复治疗与管理中面对的问题进行了详细的需求分析，提出系统需具备监护与管理的功能。然后对系统的执行流程以及总体软硬件架构进行了设计，将系统分成三个大的模块：硬件采集模块，智能终端模块以及健康管理模块。最后详细探讨了在系统设计过程中需要遵循的设计原则。17 湖北工业大学工程硕士学位论文第4章糖尿病健康管理系统设计糖尿病的运动监护与管理系统的目的是实现对人体重要生理指标的采集，能够实施的监测患者的身体状态，并指导相关人员作出及时准确的诊断和处理。因此，实时并且准确的生理参数的采集是系统实现的一个关键步骤。通过保证电子检测系统的可靠性和稳定性，使得系统能够采集到准确的生理参数。4.1糖尿病健康管理系统总体设计本文设计的运动监护系统示意图如图2.1所示。系统工作模式主要分为两类，血压测量和运动监测。用户可以根据需求在移动终端上通过简单的操作选择工作模式，控制穿戴式的传感设备不同的传感器节点的工作状态，测量的数据通过低功耗蓝牙上传至智能终端，数据经过处理和分析后结果自动显示在智能终端的应用程序界面上。同时，数据还会由智能终端通过移动网络上传至服务器，服务器端在将数据进行处理后将需要的数据上传至数据库。图4.1系统示意图本文设计的应用于糖尿病康复的运动监护与管理系统选择普遍应用的三层架构，通过对各层进行分析和设计，方便了系统的维护、配置和扩展，同时支持交互功能。系统整体架构如图4.2所示。系统主要由三个子系统构成，包括电子监测系统，智能终端以及健康管理系统。各系统之间通过无线网络有机的结合在一起，协同完成生理参数的采集、分析、处理、存储、传输、和反馈等一系列的过程。18 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.2系统整体架构图其中电子监测系统通过心率传感器和血压传感器测量人体的心跳和血压信号，通过处理芯片进行模数转换，微处理芯片将数据进行处理和打包通过蓝牙模块发送至智能手机终端；智能终端负责接收监测模块上传的数据包，然后经过处理和分析显示在客户端界面上。由于绝大多数的智能手机集成了加速度传感器、重力传感器以及位置传感器等，患者的加速度信息和位置信息可以直接通过智能终端获得。与此同时，将数据存储在本地，在上传至服务器以保证数据库的同步更新；健康管理系统负责与客户端（便携式智能终端和浏览器端）进行数据交换，提供数据库和客户端的交互接口。4.1.2监测系统总体设计系统中电子监测设备的工作状态的设定是通过智能终端的人机交互界面进行操作的。通过硬件电路中的蓝牙模块接受指令，从而完成对监测流程的控制。因此该子系统包括脉搏传感器、血压传感器、数字处理芯片、存储芯片等。系统流程是通过传感器将采集到的生理及运动信息以模拟或者数字信号的方式发送到数字处理芯片中，数字芯片完成对信号的滤波、模数转换，并打包整理再通过蓝牙模块发送到智能便携处理器端。系统主要由采集模块、控制模块和低功耗蓝牙模块构成，电子监测系统的架构如图4.3所示。19 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.3电子监测系统架构图4.1.3健康管理系统总体设计健康管理系统主要负责对患者生理数据进行管理、对患者健康状况进行分析以及与患者进行交互，是整个系统的“指挥中心”。健康管理系统为用户提供Android手机客户端和Web客户端两个接口对系统进行访问，其中Android手机客户端兼具与硬件采集模块通信以及与用户进行实时交互的重要功能。为了降低系统开发的难得、增强系统交互的多样性、减少维护人员的工作量，本系统采用B/S和C/S的混合架构模式[17]，系统由客户端、Web服务器、应用服务器以及数据库服务器所构成，系统总体框图如图4.4所示：20 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.4信息管理系统总体框图其中智能终端需要实时的接收、显示和存储收集到的患者生理信息，还需要拥有一定的数据处理功能，同时需要有很高的扩展性、交互性和安全性。针对这一部分系统采用三层C/S结构，从而保证了丰富的界面展示和互动操作，而且网络开销小，安全性强。用户通过浏览器完成的功能主要包括历史和实时数据的查询，糖尿病康复知识的浏览，康复方案的咨询等。这个要求患者能够随时随地通过浏览器登录服务器，并且对浏览器客户端没有特定要求。系统通过采用B/S结构来实现上述要求。系统采用一套Server系统，两套界面展示，客户端和浏览器端共用数据库。服务器和Web浏览器均通过B/S架构设定，Tomcat用以充当Web的容器，通过请求-响应的方法完成通信过程。服务器和手机客户端均通过C/S架构设定，为了满足C/S的需求，客户端软件和服务器采用TCP/IP通信，在Tomcat的监听器中，当Tomcat启动的时候，就开启一个线程，用来启动与客户端通信的服务器代码，比如说初始化SOCKET、监听、绑定端口等。4.2糖尿病健康管理系统详细设计4.2.1监测系统详细设计（1）生理数据采集模块1、脉搏传感器光子穿越介质时能量衰减方程如式（3.1）：IIexp()（3.1）0式中I是入射光强，是与组织结构相关的吸收系数（哺乳动物的值在021 湖北工业大学工程硕士学位论文0.1~100之间），是沿光轴方向的坐标长度。图4.5光电式脉搏传感器结构示意图光电式脉搏传感器的结构图如图3.2所示，由负责发出光信号的红外发光二极管和负责接收光信号的光敏三极管构成。通过发光二极管发出的红外光照射到血管上，由于血流状态的不同，不同强度的光会被反射并由光敏三极管接收，转换为不同强度的电信号，从而测出脉搏信息[19]。本系统采用光电式脉搏传感器PulseSensor进行目标脉搏信息采集并以模拟信号形式将脉搏信息输出给处理器，处理器通过分析计算出患者当前的心率信息。光电式脉搏传感器操作简便、经久耐用，因此十分适用于便携式的心率检测设备。心率采集是通过脉搏传感器测试血流状态来获取脉搏信息，传感模块上电后，脉搏传感器电源管脚获得5V供电后启动，LED发光二极管点亮后发出650nm光源，经血管反射后被光敏二极管接收并转换为模拟电信号，脉搏信号经放大处理后输出至处理芯片的输入管脚。控制芯片启动模数转换模块将脉搏信号转换为数字信号，存储为8位二进制数组，并存入发送序列。心率采集模块的工作电路如图4.6所示：图4.6心率采集模块电路图4.7是一款脉搏传感器，传感器可以戴在手指或者耳垂上，通过互联线可以与控制芯片相连。心形面为接触面，用户皮肤需与此面接触。LED发出信号光，传感器将接收反射的信号光，同时通过Sig管脚输出脉搏信号。如下图所示，脉搏传感器的管脚分为GND、VDD和输出管脚，输出信号为一系列的连续波动信号，通过对信号处理可以计算出脉搏信息。22 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.7脉搏传感器2、血压传感器血压采集是通过血压传感器测试压力来获取血压信息，传感模块上电后，血压传感器的控制器获得使能，控制气泵进行袖带的充放气，在充放气过程中采集高低压信息。利用血压传感器的控制器可以完成对血压信号的模数转换，并通过串行通信将数字血压信号传输到传感模块的处理器芯片中。图4.8所示袖带、压力传感器、放气阀、气泵组成了电子血压计结构，其中气泵和气阀由传感器信号处理中心发出控制信号进行驱动。图4.8血压传感器原理图（2）控制模块1、处理芯片TI推出的基于CC2541的低功耗蓝牙解决方案将单模低功耗蓝牙模块集成在了芯片上，对一些要求低功耗以及可升级对战的应用提供了有力的支持。CC2541的内部结构图如图4.9所示：23 湖北工业大学工程硕士学位论文[41]图4.9CC2541芯片系统框图在传感模块初始化时，内置的FLASH模块用来储存驱动、滤波和计算的硬件程序。当系统启动，FLASH中的程序将自动上载到缓存中，CPU将按照此程序对下行传感器进行使能控制，传感器信号通过模拟信号输入接口输入到处理器中，处理器通过模数转换转换为可处理的数字信号。数字信号存入缓存中等待进一步处理，经过CPU处理过的传感器信号以及姿态信息将被存入发送序列中，通过UART方式将信号发送至智能终端。2、外围电路控制芯片的外围电路主要包括模拟信号的输入接口，电源管理电路，LED驱动电路以及外接天线等。如图4.10为控制单位的部分外围电路示意图：24 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.10控制单元的部分外围电路4.2.2健康管理系统详细设计（1）方案设计与管理当系统获得了糖尿病患者生理信息后，需要对数据进行实时的分析，通过先验的评价体系，对患者当前的运动状态、生理状况进行评估，并基于设定的方案做出相应的反馈，从而实现对患者全方位的监护。主要通过运动方式、运动时机、运动强度、运动持续时间以及运动频率等几个方面的考虑来制定运动方案。运动方式根据患者身体状况的不同而不同，一般考虑患者的运动习惯、身体状况、周围环境以及病情程度等因素进行选择；运动时机是指糖尿病患者运动的时间表，比如有研究认为II型糖尿病患者最好在餐后90分钟进行运动，可以更好的较低血糖[39]；而在选择运动强度时需要保证运动的安全性和有效性；运动持续时间指每次运动持续的时间，考虑不同患者的年龄和病情以及选择的运动强度，可灵活控制患者的运动时间，前提是不能过量运动以致对身体造成损害；运动频率指每周运动的次数，一般认为一周三次以上比较合理[40]。针对运动强度和运动安全性，系统通过对心率数据和运动量的分析来对患者的运动进行管理，同时为了预防患者突发性心血管疾病，系统对患者的血压状况也进行监控和分析。1、运动强度量化管理运动疗法因人而异，一般根据患者自身的身体状况和病情制定科学合理的运25 湖北工业大学工程硕士学位论文动方案，并动态的调整，切不可贸然运动，尤其是随意的激烈运动，可能造成身体上危害。一般采用长时间、中低强度的有氧运动进行治疗，运动时间开始每天控制在45分钟左右，根据患者的身体状况和恢复情况逐步增加运动强度和运动时间[26]。针对每一位患者，需要将其每一次的运动强度控制在一个安全合理的范围之内。自觉运动强度（RatingofPerceivedExertion,RPE）是一种常用的运动强度量化标准，它是一种根据活动时的主观感受来估计运动负荷强度的有效方法[27]。运动过程中可参照下表来控制运动强度，自觉运动强度等级量表如下所示。表4.1自主感觉劳累分级表RPE用力百分比用力程度620%730%非常非常轻松840%950%很轻松1055%1160%轻松1265%1370%有点费力1475%1580%费力1685%1790%非常费力1895%19100%非常非常费力20Exhaustion竭尽全力由表中可以看出，虽然RPE可以将运动强度进行比较科学的细分，但是却是一个主观感受的过程，容易受到个人身体差异的影响。患者在运动过程可能已经运动过量，但却并不感觉十分费力，因此这不是一个安全可靠而且易于控制的量化方法。如何对糖尿病运动处方进行量化是保证处方有效性和安全性的重要研究课题之一。薛桂月通过测定不同运动强度下的心率值和热量消耗，利用统计软件进行数据分析，分析各处方之间平均最大心率（HRmax）和RPE的差异，提出了五级量化运动处方，并探讨了各级运动处方对不同程度、不同阶段糖尿病患者的适用性[28]。五级运动处方HRmax和RPE分值的比较如表所示：26 湖北工业大学工程硕士学位论文表4.2五级运动处方HRmax和RPE分值的比较HRmax(bpm)RPE一级81.684.616.280.43二级97.184.559.281.97三级985.669.112.32四级121.329.0711.821.55五级131.419.3313.481.11F182.3363.87P<0.01<0.01五级运动处方的详细内容可以参照论文[29]，每一级的运动处方都针对不同病情的糖尿病患者。一级运动处方主要为局部主动运动，是以按摩为主的被动运动和阻抗力量练习，适用于糖尿病重症或者身体残疾的患者；二级运动处方属于有氧运动，主要包括躯干和肌肉有节奏的运动，适用于有多种糖尿病并发症且病情较为严重的患者；三级运动处方也属于有氧运动，基于改良了的太极拳动作，主要为日常活动不受限制但不能剧烈运动的有慢性并发症的糖尿病患者设计；四级运动处方的运动量达到了中等强度，从而达到降低血压和血糖，增强心肺功能，调节体重和血脂的目的，一般对有轻微糖尿病慢性并发症或轻、中型糖尿病患者疗效显著；五级运动处方运动强度较大，适用于年龄层次为中青年，病情为轻型且无并发症的II型糖尿病患者。在一至五级的运动处方中，运动中人体的心率是逐级递增的。五级运动处方各级心率变化范围如下表所示：表4.3五级运动处方心率范围心率范围(bpm)一级50-80二级70-100三级80-100四级80-120五级80-150通过将运动强度进行五级划分，并将其对应不同的心率范围，这样系统就可以通过监测用户的实时心率来判断患者当前的运动状况是否符合运动方案的要求。这里需要提出的是，针对不同的个体，运动强度也相对不同。每个人对不同运动强度的耐受程度主要由以下几个因素决定：个人的健康状况，心肺功能，身27 湖北工业大学工程硕士学位论文体素质，运动习惯等。在针对个体制定运动处方的时候最好在医院进行运动试验检查[30]，尤其是运动强度较大的运动处方。通过试探性的检测，依照循序渐进的原则，首先选用较低强度的运动方案，结合RPE级别调整运动处方，慢慢增加运动强度，保证患者身体状况的稳定。2、运动安全性管理糖尿病患者在运动过程中需要确定一个安全的强度范围，这对保证运动安全性和治疗效果具有重要意义。目前确定人体运动强度的一个比较可靠的指标是运动心率[31]，保证每一个个体运动安全且有效的心率有所差别，医学上将既能够确保良好运动效果又可以保证运动安全的运动心率称为靶心率。其计算如公式（4.1）：tHR(220A)rHRIrHR（4.1）其中A表示当前年龄，rHR表示静态心率，I表示心率范围，取值在60%~80%之间。在运动过程中，如果患者心率超过靶心率最大值，系统需要及时发出报警，提醒患者运动过度，并向监控中心发送通知，通知包括患者当前的运动状态、生理参数以及位置信息，确保患者运动的安全性。需要指出的是，对于有心血管病状的糖尿病人应当在医生的指导下通过运动试验获得适合自身的靶心率，在没有条件做运动试验时，可以按公式（4.1）进行估算，在运动过程中应依照循序渐进的原则，慢慢加大运动强度。系统通过在患者运动过程中实时测量患者的心率信息，并将其与五级运动处方心率范围（见表4.3）以及靶心率作比较，从而确保患者安全，并且处于预定方案的运动强度范围之内。具体的处理流程如图4.11所示：28 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.11心律处理流程图3、运动能耗管理传感器信号由数据处理模块转化为可识别信号后，传输给数据分析模块。在数据分析模块中，实现运动信息和监测参数的有效分析。在此模块中，用户可以手动输入自身的身体状况信息，并可以选择适合自身的运动模式和监测参数信息。还可以对GPS信息进行分析并计算运动强度。最后生成用户的运动强度、心率及呼吸波形图。心率、血压等生理参数可以通过传感器模块直接测量获得，对于运动能量的消耗系统通过利用手机三维加速度传感器获取当前三个方向上的加速度来间接获得。因为身体加速度绝对值对时间的积分与耗氧量及能量消耗存在的线性关系，人体的能耗公式如下所示：1Emgt(udaudada)/4.18（4.2）1x2yz2其中a、a、a分别为三个方向的加速度，u、u为水平方向上的摩擦系xyz12数。利用加速度读取模块可以获得手机当前的加速度，根据用户的体重等参数即可计算出运动消耗的能量。4、血压管理系统为患者设计血压测量计划，在指定时间提醒患者进行血压检测，并将检测结果进行存储、分析。系统选取动态血压监测（AmbulatoryBloodPressure29 湖北工业大学工程硕士学位论文Monitoring,ABPM）常用参数中的高血压指数和血压负荷来对患者的血压状况进行评价，高血压指数指的是超过血压正常值上限的血压，血压负荷指的是血压超过正常范围次数的百分率。（2）系统通信管理通信管理主要实现硬件监测系统、智能手机客户端和Web客户端以及服务器模块之间的信息交互功能。监测系统与手机终端通过低功耗蓝牙4.0技术进行数据通信，监测系统与手机终端建立蓝牙连接后将采集到的生理数据上传；手机客户端通过实时的处理与显示数据，再将数据通过移动网络发到服务器上，然后等待数据被分析后对手机客户端反馈相应指令，完成后再更新数据库；Web客户端能够实现用户对服务器的访问，查询最新的生理信息，并且可以通过对网页进行操作更改个人数据。如图4.12为系统通信结构图：图4.12系统通信结构图1、蓝牙通信该模块用来实现手机端与传感器模块的通信，包括用户通过手机客户端向传感器模块发送指令以及传感器模块将数据发送到手机，主要通过手机和传感器模块的蓝牙设备来完成。系统利用蓝牙技术建立手机客户端与传感器模块的通信连接，实现高效率的数据传输。利用蓝牙API，通过Android应用程序可以扫描、查询、配对以及连接周围蓝牙设备。手机终端蓝牙串口的通信流程图如图4.13所示：30 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.13手机终端蓝牙模块通信流程BlueToothAdapter指的是蓝牙的适配器，通过BluetoothSocket连接服务器，从而完成对设备地址、名称、是否配对等信息的查询。服务端的蓝牙服务类（BluetoothServers）通过创建ServerSocket来对客户端的请求进行监听，BlueToothServerSocket在收到附近的蓝牙设备发送连接请求后返回一个已连接的BlueToothSocket，通过它应用程序可以和其他蓝牙设备交换数据。2、网络通信模块该模块实现手机客户端和服务器的通信，保证客户端上传和下载生理数据和分析结果，主要是通过3G无线网络和wifi来实现。wifi属于短距离无线通信技术，通过wifi将手机设备和电脑进行连接，从而达到互相通信、实现资源共享的目的；3G是第三代通信网络，系统中采用3G网络可以方便快速的实现手机和服务器的信息交换。远端服务器和Android智能终端大多数情况是通过Socket和Http两种方法完成通信工作，本系统选用Socket通信模式，可以有效的保证数据传输的安全性。Socket的基本通信模型如图4.14所示：31 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.14Socket通信模型系统利用PC机模拟系统的服务器端，智能终端选择Android系统手机，如图4.15所示为服务器多线程通信的示意图：图4.15服务器多线程通信手机客户端与服务器通过Socket进行通信，如图4.16为服务器和客户端通信示意图。图4.16服务器和客户端通信示意图32 湖北工业大学工程硕士学位论文系统通过TCP/IP协议来完成服务器端和手机客户端的数据传输，TCP会在通信过程中会进行检查，从而保证了数据传输的可靠性，这对于有效保存用户各种信息提供了安全保证，防止数据的丢失。用户在手机客户端登录系统时，系统将运用字符串将用户的密码和相对应的用户名发送到服务器端上，然后进行登录。服务器通过认证程序确定用户名是否存在、密码是否匹配。如表4.5列举了客户端和服务端的部分通信协议：表4.5客户端与服务器端部分通信协议手机客户端请求格式描述服务器响应描述客户端<#LOGIN#><#LOGINOK#>/<#LOGINERROR#>登录成功/失败登录<#REGISTER#>注册<#REGISTEROK#>注册成功<#HOME#>主页<#HOMEINFO#>主页信息更新<#HISTORY#>历史页<#HISTORYINFO#>历史信息更新档案信<#DOCUMENT#><#DOCUMENTINFO#>档案信息更新息页推荐信<#RECOMMEND#><#RECOMMENDINFO#>推荐信息更新息客户端<#ClientDown#>Close用户退出登录注销（3）数据管理数据管理实现的功能主要包括用户身份信息的建立与验证，身份信息与运动信息的绑定与同步，本地信息的存储以及与网络信息的同步等。数据管理主要包括数据存储、数据查询以及数据同步。1、数据库设计1）本地数据库设计客户端在收到监测模块上传的信号时，第一步是在本地数据库中保存数据，再在服务器端进行同步。本地数据库这里选用Android平台嵌入的关系型数据库SQLite。2）网络数据库设计网络数据库也即服务器端的数据库，要求数据库的数据容量大、查询速度快，兼容性强而且安全可靠。一般通过的MySQL数据库完成系统选择，MySQL是一种小型的关联式数据库管理系统，并且源码开放。33 湖北工业大学工程硕士学位论文根据第二章的需求分析，系统需要存储用户某一时段的心率、血压、位置以及运动强度等信息。为了对不同用户进行系统的管理并制定特有的运动方案，需要为每个用户建立专有的数据库，当用户登录系统时可以方便查看历史信息、诊断结果以及方案建议。数据库主要包括用户信息表、用户心率状态表、用户血压状态表、用户心率图表等，部分表的具体设计如下。用户信息表：主要记录用户相关的基本信息，主要字段有：用户ID、用户头像ID、用户昵称、用户密码、用户过往病史、用户年龄、用户性别、用户身高、用户体重，具体设计如表4.6所示。表4.6用户信息表字段名称数据类型字段大小是否为主键约束注释uidINTN/A是NOTNULL用户IDu_pwdVARCHAR16否NOTNULL用户密码u_emaiVARCHAR18否NOTNULL用户邮箱u_nameVARCHAR8否NOTNULL用户昵称h_idINTN/A否NULL用户头像IDu_genderVARCHAR8否NULL用户性别u_ageINTN/A否NULL用户年龄u_weightFLOAT4否NULL用户体重u_heightFLOAT4否NULL用户身高u_recordTEXTN/A否NULL用户病史u_dateDATEN/A否NOTNULL注册时间用户心率状态表：用于记录用户每天的心率信息，主要包括的字段有用来唯一标识心率状态的编号、心率状态的记录日期、心率状态、所属用户的ID以及对应心率图的编号，具体设计如表4.7所示。表4.7用户心率状态表字段名称数据类型字段大小是否为主键约束注释唯一标识状态hr_idINTN/A是NOTNULL编号hr_dateDATEN/A否NOTNULL心率记录日期hr_stateVARCHAR18否NULL心率状态uidINTN/A否NOTNULL所属用户的IDhrg_idINTN/A否NOTNULL对应心率图ID用户血压状态表：用于记录用户每天运动的血压信息，主要包括字段有唯一34 湖北工业大学工程硕士学位论文标识血压状态编号、血压状态的记录日期、血压状态、所属用户ID，具体设计如表4.8所示。表4.8用户血压状态表字段名称数据类型字段大小是否为主键约束注释唯一标识状bp_idINTN/A是NONULL态编号NOT血压记录日bp_dateDATEN/A否NULL期bp_stateVARCHAR18否NULL血压状态NOT所属用户的uidINTN/A否NULLID用户心率图表：用于记录生成的心率图信息，主要包括字段有心率图编号、心率图名称、心率图描述、心率图的二进制数据以及所属的用户ID，具体设计如表4.9所示。表4.9用户心率图表字段名称数据类型字段大小是否为主键约束注释hrg_idINTN/A是NOTNULL心率图编号hrg_nameVARCHAR18否NULL心率图名称hrg_desVARCHAR40否NULL心率图描述hrg_dataBLOBN/A否NULL心率图二进制数据uidINTN/A否NOTNULL所属用户的ID2、数据更新当用户完成检测以后，数据存储在客户端本地数据库中，用户可以通过操作界面将数据打包上传至服务器，从而实现服务器端数据库的更新。更新主要由服务器对数据库进行操作来完成。系统服务器采用的是Java语言开发，一般通过开发JDBC来完成数据和服务器的通信。如图4.17为JDBC基本流程：35 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.17JDBC基本流程通过JDBC的运用完成服务器对数据库的增、查、删、改，并完成数据更新和数据查询。4.2.3用户界面设计（1）手机客户端设计图4.18手机客户功能流程图手机客户端在整个系统中处于中心位置，是下位机与服务器通信的桥梁，同时承担着用户交互以及生理信号数据的处理任务。因此手机客户端应具备近距离的无线传输和远距离的网络通信功能，和强大的可开发性以及计算能力。36 湖北工业大学工程硕士学位论文智能手机自身都具备网络通信功能，而且绝大部分都集成了蓝牙模块。随着蓝牙技术的不断发展和完善，基于手机的短距离无线应用开发更加方便和多样化，用户只需要简单的操作，就可以直接连接到安全系统、工业控制器、接入控制系统、医疗设备、环境控制系统和家庭自动化系统等[25]。系统的智能终端采用C/S模式开发，选择Android智能手机平台，智能手机应用程序的功能流程图如图4.18所示。1、加速度获取根据手机不同方向的加速度，可以获得患者当前的运动姿态，从而大致估算出患者的运动量是加速度传感器的基本工作原理。手机水平放置时的坐标系如图4.19所示，其中x，y，z方向的定义是以手机屏幕为准，不以外界为准作图。图4.19手机加速度传感器坐标系2、GPS定位患者在运动过程中，为了计算患者运动距离并且预防患者出现突发情况，需要掌握患者当前的位置坐标，系统利用智能手机中的位置传感器来对患者当前的位置进行定位。当前移动设备定位技术主要有三种：基于GPS的定位，基站定位以及最新的AGPS定位。1）基于GPS的定位GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称，由空间部分、地面控制系统和用户设备部分构成。手机终端安装了GPS接受模块以后，只要接收到四颗以上的卫星发出的信号，综合多颗卫星的数据，就可以获得手机当前的位置和运动状态等信息，终端通过GPRS模块发送信息到用户的GPS服务器上，系统调用服务器接收的定位和状态信息在地图上实时的显示出来，GPS定位系统原理图如图4.20所示：37 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.20GPS定位系统原理2）基站定位基站定位一般应用于手机用户，是通过运营商网络获取手机位置信息的，基站的定位有两种方法：一种是通过获取手机当前通信基站的位置信息来定位，另一种是通过计算手机与几个不同基站之间数据传输时间来确定手机的位置。3）AGPS定位辅助全球定位系统（AssistedGlobalPositioningSystem,AGPS）是当前最新的手机定位，结合基站信息来辅助GPS定位，有效弥补了使用GPS在室内、地下等地方定位不准或不能定位的问题，同时提高了定位的精度，现阶段内置GPS芯片的手机中都使用了AGPS定位的技术。随着移动技术的发展，市场上绝大多数智能手机都配置有GPS接收模块，可以方便快捷的完成自身的定位。本系统基于android智能手机平台，利用LocationManager系统服务来对手机进行定位。系统选用AGPS方式进行定位，在应用程序中需要声明ACCESS_FINE_LOCATION权限。为随时获得用户当前的位置、时间和运动状态等信息，需要注册LocationListener，完成对各种状态的监听。为实时的显示用户的运动方位和运动状态，需要实时地将用户的活动路径、当前位置以及运动状态绘制在地图上。手机客户端通过申请系统地图应用程序（如GoogleMap、高德地图）的API密钥,从而得到操作和引用地图的权限。客户端通过接口主要实现地图展示效果（3D地图、2D、卫星图）、自定义绘制（点、线、面等）、地图交互功能（平移、缩放等）、地图搜索和路线查询等功能。地图上运动路径显示如图4.21所示：38 湖北工业大学工程硕士学位论文图4.21地图上运动路径显示3、数据查询用户通过客户端需要能够方便的查看当前的健康状况，设计用户信息管理模块可以帮助医疗中心搜集每一位患者的信息，并提出个性化的治疗方案，然后实时的反馈给每一位患者。图4.22数据查询流程客户端需要首先可以通过和服务器进行通信来实现这一功能，并注册个人账户，设置性别、体重当前健康状况等生理参数。其次，客户端在每次登录时可以将患者最新的健康状况和当前的治疗方案显示出来，方便用户了解康复的进展情39 湖北工业大学工程硕士学位论文况。客户端还要能够显示监测的历史数据，而且可以通过可视化的数据曲线显示出来，如曲线、直方图等。其中数据查询的流程图如图4.22所示。4、系统设置系统设置主要是针对系统初始化或者运行过程中进行的一些公共参数的配置，本文主要从以下几个方面来对系统进行参数的设置与更改：1）用户账号的设置账号设置主要是对客户端登陆账号的维护，包括登录信息的保存与删除，账户密码或者个人信息的更改等。2）系统配置系统配置主要是对客户端软件一些特殊功能关闭和开启的设置，包括是蓝牙设备、语音提醒、测量提醒等功能是否开启，无线通信方式以及GPS定位方式的选择等。3）监护相关设置监护相关设置指的是系统在进行数据分析是需要用户提供的一些数据和预先的设置，比如用户的运动方式以及个人信息等。运动方式包含步行、跑步，个人信息包含用户的年龄、体重、步长等基本信息。系统综合用户提供的信息以及运动中监测到的信息，可以计算出用户的运动强度、运动量等参数。4）数据备份通过手动完成对系统数据、用户数据备份和还原的功能来达到数据备份的目的。用户可以较为方便的在系统中进行一些个性化功能的设置，从而保证系统的灵活性和易用性。（2）Web客户端设计Web客户端是指基于Web的应用程序，一般是指利用动态页面技术的客户端软件，也就是通常说的网页程序。基于Web的应用程序对客户端的要求低，也不需要频繁的更新，而且随着动态网页技术的成熟，Web客户端可以实现传统的C/S客户端的大部分功能，但缺点是交互性依然比不上C/S客户端。运用JSP+JAVA技术开发系统网站，JSP+JAVA语言的优点很明显具，它通过网络服务器对客户端界面进行更新，所以速度更快，它维持最新版本的方式是通过服务器的日常更新，主要是由于它是在服务器的基础上运行的，与客户端的通信也比较容易，易于应用的维护。系统将用户群分为两个部分，糖尿病患者以及医生。普通用户进入网站可以自由浏览公共网页，患者在登录后一方面可以对自己的信息进行查询，另一方面可以修改个人信息和密码，医生在登录网站以后可以对某位患者指定时间的运动40 湖北工业大学工程硕士学位论文信息进行查询，同时能够评估患者的恢复情况和各个阶段的健康情况。系统的功能流程图如图4.23所示：图4.23系统功能流程4.3本章小结本章首先基于获取的患者生理信息对糖尿病康复的运动方案进行了设计，针对患者生理信息的不同系统进行相应的反馈；然后对系统模块之间的通信方式进行了详细的介绍，包括硬件系统通过蓝牙模块向手机客户端上传生理数据，手机客户端和数据库通过移动网络进行通信以及网页通过Web服务器进行数据更新；接着阐述了手机客户端和服务器端的数据库设计以及数据库更新技术；最后介绍了手机客户端和Web客户端的功能模块的设计。41 湖北工业大学工程硕士学位论文第5章系统实现与测试前一章节对系统的软硬件设计进行了详细的介绍，本章主要对系统实现的结果进行分析与展现，主要包括硬件系统的实物图，心率和血压测试流程，手机客户端各功能模块的效果，系统网站设计的效果等。5.1系统实现5.1.1检测系统实现系统利用Protel软件进行原理图绘制、PCB设计和布线以及对原理图的信号仿真。为了方便患者在运动中佩戴检测设备，系统将电路板设计为四层圆盘状，PCB板图和电路板图如图5.1所示：图5.1PCB版四层结构5.1.2手机客户端实现智能终端系统主要完成的功能包括对电子监测设备的搜索和连接，对传感器模块的动态配置，数据的接收、处理和显示以及生理参数的处理和上传等。在进行应用程序的开发之前首先需要安装AndroidSDK、JDK、eclipse和ADT。AndroidSDK是创建、运行Android应用软件的开发工具的集合，SDK自带了基础工具，然后自行下载所需要的安装包。本文是基于Android4.3进行手机客户端开发的，通过AndroidAPI可以方便的调用手机蓝牙和网络通讯模块，实现对下位机的控制以及接受和上传数据。开发环境搭建过程如下：(1)安装JDK1.7。(2)去eclipse官网下载并安装Windows环境下的安装包。(3)安装Android开发插件42 湖北工业大学工程硕士学位论文a．下载最新版本的ADT。b．打开eclipse，点击菜单帮助下拉菜单的安装新软件。c．选择本地的ADT离线包，点击安装。在重新启动eclipse之后配置即可完成，以此搭建好了Android程序的开发环境，能够开始正式开发手机客户端了。5.2系统测试5.2.1血压监测血压监测的整个流程的实现效果图如图5.2所示：图5.2血压监测5.2.2心率监测处理芯片接收到心率传感器传输过来电压信号，通过模数转换转化为可识别的数字信号，手机端经过读取和绘制，可以求得实时心率值。如图5.3为心电图结果：图5.3心电图结果通过QRS波提取，计算出实时心率，并在移动终端显示，如图5.4为心率检测的实现结果：43 湖北工业大学工程硕士学位论文图5.4心率检测实验结果图中可以看出，传感器端检测到的心率信号可以实时的上传至客户端，并显示在用户界面上。5.2.3运动量监测运动量的监测模块系统将其制作成人性化的计步器界面，包括用户的步数、速度、用时以及消耗热量等，同时用户还可以对运动相关的参数进行设置。5.2.4数据管理数据管理主要负责用户信息档案的建立，用户身份的认证，用户数据的查询，用户信息的同步等功能。当用户在历史查询一栏点击某一天数据，客户端会将当天详细的信息呈现给客户，而且数据会在用户登录系统之后通过网络连接进行更新。数据管理的部分实现效果如图5.5所示图5.5数据管理模块实现效果5.2.5用户信息查询信息查询主要是根据用户身份自动更新网页，用户身份主要包括游客、病人和医生三类。游客只能浏览公共内容，比如糖尿病的康复知识、糖尿病相关产品介绍或者广告介绍等，患者登录系统以后除了能够查看公共内容以外，还可以通44 湖北工业大学工程硕士学位论文过设定时间查询自己的生理信息，医生登录系统以后能够通过用户名查询某一位患者不同时间段的生理信息，并且可以通过网页操作向用户客户端发送消息。不同用户登录操作权限的区别如图5.6所示：图5.6用户信息查询5.3本章小结本章详细介绍了整个系统的实现方法和步骤，分别介绍了各个子系统的设计方法、开发环境的搭建。阐述了如何通过血压计和脉搏传感器进行血压和心率的测量以及显示，展示了智能手机客户端各个功能模块的实现效果，分析了它们之间的协同关系。详细介绍了健康管理系统的功能模块和工作流程，阐述了网站针对不同人群的多种工作模式，展示了各个模块的实现效果。45 湖北工业大学工程硕士学位论文第6章总结与展望6.1总结随着信息化技术的快速发展和移动医疗的普及，对于各种慢性病的治疗和管理更加注重信息化、精细化和系统化。将来有望实现病人不用频繁的去医院就可以随时掌握自身健康状况并进行在线医疗咨询的可能，移动医疗和家庭医疗也必然是慢性病治疗的发展方向。目前移动医疗设备种类繁多，然而针对性不强，缺乏系统管理，所以很难真正应用到临床医疗中去。本文以糖尿病及其并发症的康复运动治疗为切入点，创造性的将临床医学与康复医学有机融合，将先进的信息技术和生物传感技术纳入慢病综合管理体系，实现糖尿病康复运动疗法的系统和科学的管理。系统通过设计便携式个人数据智能终端处理器、糖尿病康复运动管理的网络数字平台及特定的有针对性的生理参数监测设备，并制定糖尿病及其并发症运动疗法指导方案，为糖尿病的康复治疗提供了一种系统和科学的解决方案，同时为其他慢病管理技术和产品提供有益的借鉴。本文工作主要集中在以下几个方面：（1）首先介绍了糖尿病康复治疗中的运动疗法的有效性，通过收集当前国内外针对糖尿病运动疗法的最新进展，分析指出了在实际应用中遇到的困难和限制。（2）随后本文基于当前的技术革新和发展以及糖尿病治疗的实际需求，试验性的选取血压和心率两个生理参数作为评价标准，提出了一种针对糖尿病运动康复的运动监护与管理系统，保证了系统在现实中的实际效用。（3）通过对糖尿病量化运动处方以及日常健康状况评价方式的研究，设计了系统对心率、血压等数据差别化的处理和分析流程，从而保证结果能够适用于个体差异性大的糖尿病患者群体。（4）通过需求分析，本文基于设计原则将系统设计为三个子系统，包括生理参数检测系统、智能移动终端系统和健康管理系统。根据子系统的工作流程和功能，进行子系统间通信接口的设计。系统采用通用的网络通信以及低能耗的蓝牙4.0技术来进行子系统间的无线数据传输，从而保证系统具备较强的可拓展性和低能耗特性。（5）通过实验验证系统的功能实现情况，并展示了实现效果。实验结果显示系统可以实时、准确的对人体的生理参数进行采集、分析、处理以及传输，通过对结果的分析因人而异的进行用户反馈，并增进了医患之间的交互，表明系统功46 湖北工业大学工程硕士学位论文能上实用、易操作，同时兼具低功耗以及可拓展等特性，可推广使用。本文设计的应用于糖尿病康复的运动监护与管理系统可以有效的对患者的生理信息进行采集和管理，协助患者进行糖尿病的康复治疗。但是系统也具有不足，有待今后改进，具体工作如下：（1）解决采集数据量很大时，手机存储和上传效率低的问题。（2）为健康管理系统添加患者和医生实时聊天功能。（3）借助云计算技术，建立基于云端的远程数据存储和处理平台，从而分担客户端存储和计算的压力。6.2展望用运动的方法治疗糖尿病的主要原理是通过运动使胰岛素的敏感性得以提高，降低糖尿病及其并发症的发病几率。由于糖尿病的病因和发病机理不尽相同，虽然运动疗法对糖尿病治疗的重要性和有效性已经得到了广泛的认可，但是实际操作中依然存在着许多的困难，在临床上并未广泛的应用，在对糖尿病人群的调查中发现，相比于运动和饮食疗法，1型和2型糖尿病病人普遍认为药物治疗更加重要而且有效，很大程度上是因为患者无法显性的看到运动和饮食疗法的治疗效果，对其缺乏正确的认知，从而无法自我控制并坚持治疗。虽然运动疗法对糖尿病治疗的重要作用已经达到了共识，但在实施过程中依旧存在着很多的困难，导致运动疗法在国内至今仍然没有被充分用于糖尿病的临床治疗中。本文设计的应用于糖尿病康复的运动监护与管理系统可以有效的对患者的生理信息进行采集和管理，协助患者进行糖尿病的康复治疗。但是系统也具有不足，有待今后改进，进一步的工作方向如下：（1）解决采集数据量很大时，手机存储和上传效率低的问题。（2）为健康管理系统添加患者和医生实时聊天功能。（3）借助云计算技术，建立基于云端的远程数据存储和处理平台，从而分担客户端存储和计算的压力。47 湖北工业大学工程硕士学位论文参考文献[1]GuariguataL,WhitingD,HambletonI,etal.Globalestimatesofdiabetesprevalencefor2013andprojectionsfor2035fortheIDFDiabetesAtlas[J].DiabetesResearchandClinicalPractice,2013.[2]方琼英,张秀玲.糖尿病现状与健康教育[J].全科护理,2012,10（5）:1337-1338.[3]安芳,崔明亮,赵玉娟,等等.健康管理对糖尿病血管并发症的影响效果评价研究[J].中国全科医学,2011,（10）:1121-1123.[4]吴毅.糖尿病患者的运动疗法[J].现代康复,2001,5（2）:9-11.[5]陈朝晖,张梅.糖尿病运动疗法的机制研究进展[J].中医药临床杂志,2010,（3）:280-282.[6]吴毅,吴军发.运动疗法在糖尿病预防和治疗中的作用[J].中国康复医学杂志,2007,22（5）:385-386.[7]BellDS.Currentstatusofdiabetestreatment[J].Southernmedicaljournal,2002,95（1）:24.[8]BroadbentE,DonkinL,StrohJC.Illnessandtreatmentperceptionsareassociatedwithadherencetomedications,diet,andexerciseindiabeticpatients[J].Diabetescare,2011,34（2）:338-340.[9]AnlikerU,WardJA,LukowiczP,etal.AMON:awearablemultiparametermedicalmonitoringandalertsystem[J].InformationTechnologyinBiomedicine,IEEETransactionson,2004,8（4）:415-427.[10]江志强.2013年中国社交媒体8大趋势预测[J].通讯世界,2013,（1）:43-43.[11]何史林,陈广飞,应俊.基于蓝牙技术的生理参数采集系统设计[J].中国医疗设备,2009,（4）:31-33.[12]OmreAH,KeepingS.Bluetoothlowenergy:wirelessconnectivityformedicalmonitoring[J].Journalofdiabetesscienceandtechnology,2010,4（2）:457-463.[13]YuB,XuL,LiY.BluetoothLowEnergy（BLE）basedmobileelectrocardiogrammonitoringsystem[C].InformationandAutomation（ICIA）,2012InternationalConferenceon,2012:763-767.[14]CottrillCD,PereiraFC,ZhaoF,etal.FutureMobilitySurvey[J].TransportationResearchRecord:JournaloftheTransportationResearchBoard,2013,2354（1）:59-67.[15]高旗.糖尿病运动疗法对血糖的影响[J].中国误诊学杂志,2007,7（12）:2720-2721.[16]EstacioR,JeffersB,GiffordN,etal.Effectofbloodpressurecontrolondiabeticmicrovascularcomplicationsinpatientswithhypertensionandtype2diabetes[J].DiabetesCare,2000,23:B54-64.[17]戴君伟,王博亮.光电脉搏传感器的研制和噪声分析[J].现代电子技术,2006,2:78-80.[18]BindszusA,BoosA.Pulserateandheartratecoincidencedetectionforpulse48 湖北工业大学工程硕士学位论文oximetry.GooglePatents,2001.[19]DulepetS,PetkovicP,RamanST,etal.Systemandmethodfordevelopingadynamicwebpage.GooglePatents,2008.[20]李仁发,刘彦,徐成.多处理器片上系统任务调度研究进展评述[J].计算机研究与发展,2008,45（9）:1620-1629.[21]LinZ-M.DesignandDevelopmentofaLow-PowerWirelessBloodPressureMonitor[J],2012.[22]http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc2541.pdf[23]NimunkarAJ,TompkinsWJ.R-peakdetectionandsignalaveragingforsimulatedstressECGusingEMD[C].EngineeringinMedicineandBiologySociety,2007.EMBS2007.29thAnnualInternationalConferenceoftheIEEE,2007:1261-1264.[24]PanJ,TompkinsWJ.Areal-timeQRSdetectionalgorithm[J].BiomedicalEngineering,IEEETransactionson,1985,（3）:230-236.[25]ZongW,MoodyG,JiangD.Arobustopen-sourcealgorithmtodetectonsetanddurationofQRScomplexes[C].ComputersinCardiology,2003,2003:737-740.[26]王平,贾化萍.C/S和B/S结合模式下应用系统的研究与开发[J].电脑与信息技术,2006,14（1）:50-53.[27]熊艳,梁奕铨.餐后不同时间急性运动负荷对NIDDM患者的降糖作用[J].中山医科大学学报,2000,21（5）:360-362.[28]Pi-SunyerFX.Comorbiditiesofoverweightandobesity:currentevidenceandresearchissues[J].MedicineandScienceinSportsandExercise,1999,31（11Suppl）:S602-8.[29]徐划萍,陆大江.2型糖尿病患者有氧踏车运动干预的疗效[J].中国老年学杂志,2011,31（11）:1982-1983.[30]ColbergSR,SwainDP,VinikAI.Useofheartratereserveandratingofperceivedexertiontoprescribeexerciseintensityindiabeticautonomicneuropathy[J].Diabetescare,2003,26（4）:986-990.[31]薛桂月.糖尿病量化运动处方运动强度的测定[J].广州体育学院学报,2008,28（4）.101-103[32]陈青云,薛桂月,陈莹.糖尿病量化运动处方的设计及创新[J].体育科技,2008,29（2）:57-61.[33]PollockML,FranklinBA,BaladyGJ,etal.Resistanceexerciseinindividualswithandwithoutcardiovasculardiseasebenefits,rationale,safety,andprescriptionanadvisoryfromthecommitteeonexercise,rehabilitation,andprevention,councilonclinicalcardiology,AmericanHeartAssociation[J].Circulation,2000,101（7）:828-833.[34]刘莉莉,江钟立,李骏,etal.等热卡不同运动方式糖尿病患者代谢因素和心血管反应的研究[J].中国康复医学杂志,2006,21（5）:419-421.49 湖北工业大学工程硕士学位论文[35]KarvonenJ,VuorimaaT.Heartrateandexerciseintensityduringsportsactivities[J].SportsMedicine,1988,5（5）:303-311.[36]刘力生.中国高血压防治指南2010[J].中华高血压杂志,2011,19（8）:701-708.[37]HunterJ,CrawfordW.Javaservletprogramming[M].O'ReillyMedia,Inc.,2001.[38]KreibichJ.UsingSQLite[M].O'ReillyMedia,Inc.,2010.[39]ReeseG.DatabaseProgrammingwithJDBCandJAVA[M].O'ReillyMedia,Inc.,2000.[40]高原,张政波,王卫东,etal.基于智能手机的穿戴式移动监护系统[J].医疗卫生装备,2010,31（5）:8-9.[41]DulepetS,PetkovicP,RamanST,etal.Systemandmethodfordevelopingadynamicwebpage.GooglePatents,2008.50
