張娜娜，鄒遠(yuǎn)文，張虎軍

物聯(lián)網(wǎng)及其在健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究

張娜娜，鄒遠(yuǎn)文，張虎軍

簡(jiǎn)單闡述了物聯(lián)網(wǎng)的概念、發(fā)展以及健康監(jiān)護(hù)儀的發(fā)展歷程，重點(diǎn)介紹了基于有線網(wǎng)和無(wú)線通信網(wǎng)的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)的應(yīng)用研究，最后指出穿戴式健康監(jiān)護(hù)儀和基于4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是最近及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)健康監(jiān)護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

物聯(lián)網(wǎng)；健康監(jiān)測(cè)；無(wú)線通信技術(shù)；穿戴式健康監(jiān)護(hù)儀

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，越來(lái)越多的人對(duì)自身健康的關(guān)注已從以前的有病看醫(yī)轉(zhuǎn)變成提前預(yù)防、及早治療。因此，健康監(jiān)測(cè)成為了醫(yī)療領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，由于平均壽命的增長(zhǎng)以及人口出生率的下降，世界人口老齡化問(wèn)題凸顯。因?yàn)獒t(yī)療資源有限，患者不可能長(zhǎng)期留在醫(yī)院治療，所以多數(shù)患者采取了定期回醫(yī)院進(jìn)行復(fù)診的治療方式。這種治療方式不僅使患者缺乏長(zhǎng)期有效的病情監(jiān)控與護(hù)理，還浪費(fèi)了患者大量時(shí)間和金錢，增加了患者的精神壓力。目前，越來(lái)越多的老年人和健康者都迫切需要日常的健康監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)疾病的早期預(yù)防和治療。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)使這一問(wèn)題得到了有效的解決。繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之后，物聯(lián)網(wǎng)成為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展和提升信息化水平的又一信息化浪潮。世界各國(guó)政府對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展都非常重視，現(xiàn)已有很多國(guó)家將其納入國(guó)家整體發(fā)展戰(zhàn)略層面。

1 物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）又稱傳感網(wǎng)，簡(jiǎn)稱IOT。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)最早可追溯到1995年比爾·蓋茨的《未來(lái)之路》一書。但是，其真正意義上的概念是在1999年由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的Auto-ID實(shí)驗(yàn)室提出的，即物聯(lián)網(wǎng)可通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與任何物品相連，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別和管理[1]。2005年，國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》[2]對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵進(jìn)行了擴(kuò)展并指出，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，人類將可以從任何時(shí)間、任何地點(diǎn)連接任何人擴(kuò)展到連接任何物品。ITU的報(bào)告推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)概念的發(fā)展，但并未給物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)清晰的定義。

至今，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的概念還沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的定義。但是相對(duì)來(lái)說(shuō)，李航[3]一文中給出的定義是目前較普遍認(rèn)可的，即物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的，可以通過(guò)射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、紅外感應(yīng)器等技術(shù)，按照一定的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)任何物品的識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。

1.2 全球物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況

目前，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究主要集中在美、歐、日、韓、中等國(guó)家[1，4]。

美國(guó)非常重視物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略地位。2009年1月，IBM公司提出的“智慧地球”構(gòu)想中把物聯(lián)網(wǎng)作為其不可或缺的重要組成部分。2009年2月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬就職后，又把物聯(lián)網(wǎng)提升到國(guó)家級(jí)發(fā)展層面?，F(xiàn)今，物聯(lián)網(wǎng)已成為影響美國(guó)利益的6種關(guān)鍵技術(shù)之一。

2005年，歐盟委員會(huì)提出了i2010計(jì)劃，意在創(chuàng)建無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)社會(huì)。2009年6月，歐盟委員遞

交的《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》指出：歐洲應(yīng)加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，并在物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建中占據(jù)主導(dǎo)地位。2009年9月，歐盟對(duì)2010、2015、2020年3個(gè)階段的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)行了規(guī)劃，并指出了不同應(yīng)用領(lǐng)域、不同方面物聯(lián)網(wǎng)需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。為了達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)領(lǐng)先全球的目的，歐盟委員會(huì)對(duì)外發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略，并投入大量資金用于支持物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)。

2004年，日本在提前完成了2期E-Japan戰(zhàn)略目標(biāo)之后，又提出了以發(fā)展泛在網(wǎng)絡(luò)社會(huì)為目標(biāo)的U-Japan計(jì)劃，并把傳感網(wǎng)列為發(fā)展的重點(diǎn)之一。2008年，日本總務(wù)省提出“U-Japan xICT”政策，該政策把以僅僅關(guān)注居民生活品質(zhì)為重心提升拓展到了以帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)及地區(qū)發(fā)展為重心，即通過(guò)各行業(yè)地區(qū)與ICT的深化融合進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的目的。2009年7月，日本IT戰(zhàn)略部又頒布了以強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療、交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用的I-Japan戰(zhàn)略。

韓國(guó)在繼日本提出U-Japan戰(zhàn)略后，提出了意在10 a之內(nèi)將韓國(guó)建設(shè)成為全球第一個(gè)泛在社會(huì)的U-Korea戰(zhàn)略。2006年，韓國(guó)又推出了UIT839計(jì)劃，該計(jì)劃意在全國(guó)范圍內(nèi)打造基于寬帶、IPv6網(wǎng)絡(luò)和泛在網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大手機(jī)軟件公司。2009年10月，韓國(guó)出臺(tái)的《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》確立了物聯(lián)網(wǎng)在韓國(guó)國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)發(fā)展中的重要地位。

2009年8月7日，溫家寶總理在視察無(wú)錫微納物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心時(shí)發(fā)表了重要講話，并指出我國(guó)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的緊迫性與戰(zhàn)略重要性[3]。在此之后，物聯(lián)網(wǎng)概念在國(guó)內(nèi)迅速升溫。2010年3月，全國(guó)兩會(huì)上明確指出：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將作為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的國(guó)家經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略支柱之一[5]。

綜上可知，各國(guó)政府都非常重視物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，并把其提升到了國(guó)家發(fā)展的高度，有力推進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)全國(guó)化——全球化的發(fā)展進(jìn)程。時(shí)至今日，物聯(lián)網(wǎng)已不只是一個(gè)學(xué)術(shù)概念，而是有著遍及智能醫(yī)療、智能電網(wǎng)、智能家居、智能交通和智能物流、公共安全等應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)。

2 健康監(jiān)護(hù)儀的發(fā)展歷程

早在20世紀(jì)60年代，健康監(jiān)測(cè)就出現(xiàn)在了北美洲醫(yī)院的一些冠心病監(jiān)護(hù)病房（coronary care unit，CCU）。隨后，只監(jiān)測(cè)一個(gè)參數(shù)、使用分立系統(tǒng)的心呼吸機(jī)、心電圖儀等監(jiān)護(hù)設(shè)備在臨床上得到了廣泛應(yīng)用[6]。1980年以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，具有友好操作界面和精確的數(shù)據(jù)計(jì)算的監(jiān)控設(shè)備成為研究熱點(diǎn)[7]。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從個(gè)體到群體、從單生理參數(shù)到多參數(shù)監(jiān)護(hù)、從臨床監(jiān)護(hù)到集中監(jiān)護(hù)、從臥床監(jiān)護(hù)到可自由活動(dòng)的監(jiān)護(hù)、從對(duì)患者監(jiān)護(hù)到對(duì)健康人的醫(yī)療保健、從醫(yī)院監(jiān)護(hù)到家庭監(jiān)護(hù)等的轉(zhuǎn)變，監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的功能也日趨完善，監(jiān)測(cè)方式也越來(lái)越人性化[8]。

進(jìn)入21世紀(jì)后，便攜式、智能化的監(jiān)測(cè)設(shè)備越來(lái)越受到研究者的青睞。歐盟的IST FP5項(xiàng)目中，嵌入傳感器的編織式的衣服通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)了心電、體溫、呼吸等生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的Smart Shirt可以將金屬纖維和柔性光纖編制到衣物上，然后通過(guò)T型連接器與傳感器相連，從而實(shí)現(xiàn)生理參數(shù)的靈活監(jiān)測(cè)。受歐盟資助的AMON項(xiàng)目[9]研制了一種監(jiān)測(cè)血壓、體溫等生理參數(shù)的腕式醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀器。目前，以美國(guó)和德國(guó)為主的發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)廠商在監(jiān)護(hù)儀市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，其中主要有惠普、太空實(shí)驗(yàn)室、光電、福田、西門子、松下、歐姆龍、博朗和飛利浦等。雖然我國(guó)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)生產(chǎn)廠商眾多，其中也不乏優(yōu)秀的內(nèi)地企業(yè)，例如深圳邁瑞、天津九安等，但是與這些發(fā)達(dá)國(guó)家廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，技術(shù)上還是存在很大差距。所以，我們應(yīng)借鑒國(guó)外廠商的經(jīng)驗(yàn)，彌補(bǔ)我國(guó)產(chǎn)品的不足。

3 物聯(lián)網(wǎng)在健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究

健康監(jiān)測(cè)[10]是指通過(guò)一定的監(jiān)護(hù)設(shè)備系統(tǒng)地、連續(xù)地收集與人體健康相關(guān)的生理參數(shù)，然后經(jīng)過(guò)歸納、整理、分析，產(chǎn)生相關(guān)的健康信息，再將其發(fā)送到所有應(yīng)該知道的個(gè)體和群體的過(guò)程。健康監(jiān)測(cè)可以預(yù)防和控制疾病，從而促進(jìn)健康管理，提高健康水平。

物聯(lián)網(wǎng)在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用使得研制的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)能夠隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)人們的健康狀況。根據(jù)是否需要通過(guò)電話線或網(wǎng)絡(luò)線接入Internet，遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可分為基于有線網(wǎng)和基于無(wú)線通信網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

3.1 基于有線網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

由于基于有線網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中需要通過(guò)電話線或者網(wǎng)絡(luò)線接入Internet，故可將其分為基于電話網(wǎng)和Internet 2種遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。下面對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

3.1.1 基于電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

基于電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是利用模擬電話網(wǎng)或者數(shù)字電話網(wǎng)而實(shí)現(xiàn)生理參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的系統(tǒng)。目前，電話遠(yuǎn)程傳輸用到的技術(shù)主要有Modem數(shù)字通信技術(shù)和聲耦合FM調(diào)頻模擬傳輸技術(shù)。

安源[11]研制的動(dòng)態(tài)心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用Modem數(shù)字通信技術(shù)，通過(guò)公用電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸和處理，為醫(yī)生診斷提供指導(dǎo)。

鄒波[12]研制的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，采用Modem數(shù)字通信技術(shù)和聲耦合FM調(diào)頻模擬傳輸技術(shù)，將記錄的心電信號(hào)通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)傳給醫(yī)院。

3.1.2 基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是通過(guò)撥號(hào)上網(wǎng)、ISDN上網(wǎng)、寬帶上網(wǎng)、光纖上網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)生理參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。這些上網(wǎng)連接都是通過(guò)電話線或光纖線接入Internet的。

楊孫永[13]研制了一種單片機(jī)與掌上計(jì)算機(jī)相結(jié)合的便攜式心電血壓監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)掌上計(jì)算機(jī)內(nèi)置的Modem撥號(hào)上網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)心電、血壓的遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)護(hù)。

王平[14]設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程多參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用嵌入式Internet技術(shù)，通過(guò)寬帶上網(wǎng)的方式，以較低的成本實(shí)現(xiàn)了心電、呼吸、血壓等生理參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。

Jaesoon Choi[15]設(shè)計(jì)的人工心臟遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)（IEEE 802.11）和遙測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)Internet的連接和數(shù)據(jù)、圖像的傳輸。

3.2 無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

基于無(wú)線網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是一種采用無(wú)線通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、音頻和視頻信號(hào)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。其中，無(wú)線通信技術(shù)主要有通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)[16]（general packet radioservice，GPRS）、藍(lán)牙、CDMA、ZigBee和第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）等，這些技術(shù)不但覆蓋范圍廣、傳輸速度快、用戶活動(dòng)范圍不受限制，而且與其他通信方式相比，在抗干擾能力、可靠性、安全性等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。下面對(duì)這些技術(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用分別進(jìn)行介紹。

3.2.1 基于GPRS的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)

GPRS最早是在1993年由英國(guó)BT Cellnet公司提出的，是介于第二代移動(dòng)通信技術(shù)（2G）和3G之間的過(guò)渡技術(shù)，所以被稱為第2.5代技術(shù)。GPRS是在GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的一種具有分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化、開放式特點(diǎn)的新的承載業(yè)務(wù)。

雖然我國(guó)在基于GPRS的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)方面的研究相對(duì)較晚，但是到目前為止，已經(jīng)有很多人在這方面進(jìn)行研究。 例如李鳳[16]、姚湘平[17]、曾松偉[18]、高鳳梅[19]、馮娟[20]等，除此之外，還有以下人員的研究。

張迪[21]設(shè)計(jì)了一種基于GPRS的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)心電無(wú)線監(jiān)護(hù)儀，患者通過(guò)將其佩戴在身上來(lái)獲取心電信號(hào)，然后利用GPRS網(wǎng)和Intemet上傳到醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心，從而實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)連續(xù)不間斷地遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。

施敏敏[22]設(shè)計(jì)了一種基于飛思卡爾 DSC和GPRS的遠(yuǎn)程無(wú)線心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)患者的心電信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)時(shí)采集和分析，然后由GPRS無(wú)線模塊發(fā)送至醫(yī)院監(jiān)測(cè)中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)患者心電信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

彭勝華[23]設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)報(bào)警系統(tǒng)采用GPS技術(shù)和無(wú)線通信GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不僅可以傳輸醫(yī)療信息，還能實(shí)時(shí)傳輸患者的位置信息，實(shí)現(xiàn)了患者位置和生理信號(hào)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。

以上這些監(jiān)護(hù)系統(tǒng)不僅適用于醫(yī)院，而且可以用于家庭，利于患者的院外監(jiān)測(cè)和跟蹤。

3.2.2 基于藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)

在醫(yī)療儀器互聯(lián)方面，藍(lán)牙技術(shù)取代了以前的電纜連接，實(shí)現(xiàn)了近距離內(nèi)的無(wú)線傳輸。為了避免其他無(wú)線通信技術(shù)或藍(lán)牙設(shè)備的干擾，藍(lán)牙技術(shù)采用跳頻技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，且其跳頻速度比其他相同頻段的系統(tǒng)更快。近幾年，由于藍(lán)牙技術(shù)不僅具有跳頻快、功率低、成本低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠在通信范圍內(nèi)檢測(cè)到其他藍(lán)牙設(shè)備，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接，使得基于藍(lán)牙通信的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)呂恒勇[24]、陳軼煒[25]、孟淑琴[26]、蔣程鵬[27]、杜旭柯[28]、王子洪[29]等人在這個(gè)領(lǐng)域均作了深入研究。除此之外，還有以下相關(guān)研究：

喬建濱[30]研制了一種具有藍(lán)牙傳輸功能的便攜式老年健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)GC-02藍(lán)牙模塊將MSP430單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到藍(lán)牙手機(jī)，然后藍(lán)牙手機(jī)發(fā)送短信或者通過(guò)WiFi連接到無(wú)線局域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)老年人的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)。

秦秀真[31]設(shè)計(jì)了一種基于MSP430芯片的空巢老人實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)終端。該終端采用織物式心電傳感器、三維加速度傳感器和藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)當(dāng)老人跌倒或心率失常時(shí)，有效檢測(cè)這些意外、緊急情況，并對(duì)他們實(shí)施有效救助。

黃欣榮[32]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)與便攜式健康監(jiān)護(hù)設(shè)備的暢通連接，從而可以及時(shí)傳輸患者的生理數(shù)據(jù)和治療方案。

3.2.3 基于CDMA的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)

碼分多址（code division multiple access，CDMA）是一種基于擴(kuò)頻通信技術(shù)的新的無(wú)線通信技術(shù)。CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)不僅結(jié)合了擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率復(fù)用等技術(shù)，而且能處理頻域、時(shí)域和碼域三維信號(hào)。與其他通信系統(tǒng)相比，CDMA具有以下優(yōu)勢(shì)[33]：（1）覆蓋范圍廣；（2）系統(tǒng)容量大；（3）通話質(zhì)量更佳；（4）建網(wǎng)成本低；（5）隱蔽性和保密性好；（6）頻率利用率高。正是因?yàn)榫哂羞@些優(yōu)勢(shì)，才使作為3G標(biāo)準(zhǔn)基本技術(shù)的CDMA在當(dāng)今多種無(wú)線通信技術(shù)并存的市場(chǎng)中占據(jù)一席之地。

目前，基于CDMA的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)研究主要有以下幾個(gè)：

賀國(guó)權(quán)[34]充分利用CDMA覆蓋范圍廣的特性研制了一種遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了CDMA覆蓋范圍內(nèi)患者心電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取和遠(yuǎn)程傳輸。

周玉彬[35]采用CDMA無(wú)線通信技術(shù)設(shè)計(jì)的便攜

式無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)使得隨身攜帶便攜監(jiān)護(hù)設(shè)備的患者可以在CDMA覆蓋的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無(wú)論在任何時(shí)間和地點(diǎn)都可以與醫(yī)生直接交互和多種生理參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。經(jīng)試用，該系統(tǒng)得到了市場(chǎng)和同行的廣泛認(rèn)可，為以后的市場(chǎng)推廣奠定了基礎(chǔ)。

蘇維嘉[36]設(shè)計(jì)了一種適用于心臟病患者長(zhǎng)時(shí)間、院外遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的心電監(jiān)護(hù)儀。該監(jiān)護(hù)儀采用Internet傳輸技術(shù)和CDMA通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在監(jiān)護(hù)過(guò)程中心電信號(hào)的無(wú)線傳輸和醫(yī)生可隨時(shí)切換導(dǎo)聯(lián)方式等功能。

3.2.4 基于ZigBee的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)，其特點(diǎn)是低功耗、低成本、近距離、低復(fù)雜度、自組織、低數(shù)據(jù)速率、支援多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。藍(lán)牙是面向移動(dòng)電話的，而ZigBee是面向網(wǎng)絡(luò)的。ZigBee主要適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備[37]。

陳延慧[38]研制了一種新型的基于CC2430的穿戴式呼吸檢測(cè)模塊。該模塊采用CC2430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)整體控制，并采用ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)呼吸信號(hào)的無(wú)線傳輸。該模塊對(duì)呼吸的變化具有較高的靈敏性，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易使用、成本低、功耗低，非常適用于家庭便攜式監(jiān)護(hù)儀器的開發(fā)。

王粉花[39]設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于ZigBee技術(shù)的人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并報(bào)告警情。經(jīng)試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能夠滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和行為準(zhǔn)確判斷的要求。

3.2.5 基于3G的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)

目前，基于ZigBee、藍(lán)牙、GPRS等技術(shù)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖然都占據(jù)著一定的市場(chǎng)，但是ZigBee和藍(lán)牙只適用于短距離傳輸，而GPRS雖然可遠(yuǎn)距離傳輸，但是其帶寬有限，所以，基于這些技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)都存在一定的局限性。3G的出現(xiàn)，使健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以擺脫帶寬和覆蓋面的限制，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能。

曾繁貳[40]設(shè)計(jì)了一種基于3G網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙將采集的多種生理參數(shù)（如ECG、PPG、HR、BP等）上傳至手機(jī)，然后手機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和展現(xiàn)，最后將經(jīng)過(guò)處理的生理數(shù)據(jù)等信息通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。

李強(qiáng)[41]研究并設(shè)計(jì)的低功耗遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可將實(shí)時(shí)采集的生理數(shù)據(jù)（如血壓、脈搏等）經(jīng)Zig-Bee PRO-3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)平臺(tái)，此平臺(tái)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后，可及時(shí)反饋給醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行分析處理。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了跌倒監(jiān)測(cè)、心率監(jiān)測(cè)、體溫監(jiān)測(cè)等功能，使被監(jiān)護(hù)對(duì)象有更多的自由活動(dòng)空間，適用于家庭、社區(qū)的遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷和監(jiān)護(hù)。

冼啟源[42]設(shè)計(jì)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充分利用了云計(jì)算和3G網(wǎng)絡(luò)帶寬、覆蓋面的優(yōu)勢(shì)，完成了多生理參數(shù)的采集和處理，且該系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。

宋莉[43]通過(guò)采用3G、多媒體和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)研制了一種遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了ECG數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收、分析和顯示，并在檢測(cè)到病變或可疑的心電信號(hào)時(shí)給出提示和預(yù)警。除此之外，該系統(tǒng)還可以通過(guò)遠(yuǎn)程雙向音視頻等技術(shù)對(duì)遠(yuǎn)離醫(yī)療設(shè)施的環(huán)境中的患者進(jìn)行急救處理。

總之，GPRS、藍(lán)牙技術(shù)、CDMA、ZigBee和3G這5種無(wú)線通信技術(shù)各有其特點(diǎn)和適用范圍。例如：藍(lán)牙能較好地工作于語(yǔ)音連接、文件傳輸?shù)鹊退贅I(yè)務(wù)；ZigBee技術(shù)適用于低功耗、低傳輸速率的應(yīng)用；蜂窩通信（GPRS、CDMA、3G）則是那些經(jīng)常在不同區(qū)域漫游應(yīng)用的最好選擇。所以，要想實(shí)現(xiàn)更加完善、便捷的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)就需要研制多種無(wú)線技術(shù)相結(jié)合的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4 健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)技術(shù)無(wú)論是在監(jiān)護(hù)的對(duì)象、內(nèi)容、指標(biāo)還是在監(jiān)護(hù)的設(shè)備上都有了很大的發(fā)展。其中，遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)的監(jiān)護(hù)對(duì)象幾乎可以覆蓋傷者、慢性病患者、孕婦、老年人、殘疾人、急癥患者以及健康人等在內(nèi)的所有人群；監(jiān)護(hù)參數(shù)既可以是生理參數(shù)，也可以是日常的生活狀態(tài)；應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸從以急診救護(hù)和極限狀態(tài)下人體的生理狀態(tài)研究為主發(fā)展到了以提高邊遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療水平和面向家庭的健康保健為主；健康監(jiān)測(cè)設(shè)備也在朝著多功能集成、便攜式、體積小、功耗低、實(shí)時(shí)性的方向發(fā)展。下面是近年來(lái)以及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的2大趨勢(shì)：

（1）穿戴式遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

近年來(lái)，隨著醫(yī)療儀器越來(lái)越微型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和個(gè)性化，基于可穿戴技術(shù)的健康監(jiān)護(hù)設(shè)備呼之欲出，已成為目前各國(guó)健康監(jiān)測(cè)研究的重點(diǎn)[44]。

在穿戴式健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都給予了很大的關(guān)注，并進(jìn)行了一定的研究，當(dāng)然也取得了一些成果，例如：俞夢(mèng)孫設(shè)計(jì)了一個(gè)穿戴式多參數(shù)協(xié)同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，香港中文大學(xué)設(shè)計(jì)了一種以電子織物為載體的保健衫（Health Shirt，h-Shirt），美國(guó)VivoMetrics公司研發(fā)了一種生命衫（Life Shirt）等。穿戴式健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有便攜、無(wú)創(chuàng)、體積小、質(zhì)量輕、成本低等特點(diǎn)，可以在低生理、心理負(fù)荷條件下對(duì)患者進(jìn)行測(cè)試，從而長(zhǎng)時(shí)間獲取、傳輸生理參數(shù)。所以，在未來(lái)的發(fā)展中，基于穿戴式技術(shù)和遠(yuǎn)程醫(yī)療的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將在不影響患者的正常生活、工作下，無(wú)論任何時(shí)間和地點(diǎn)，都可實(shí)現(xiàn)對(duì)患者生理參數(shù)的隨時(shí)監(jiān)測(cè)，達(dá)到及早發(fā)現(xiàn)、診斷和治療的目的。

（2）基于IPV6和4G的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

隨著生活水平的提高，近年來(lái)，人們的健康觀念發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變，越來(lái)越多的人已經(jīng)從以前的有病看醫(yī)轉(zhuǎn)變成提早預(yù)防，從而開拓了健康監(jiān)護(hù)領(lǐng)域的廣闊市場(chǎng)。因?yàn)楝F(xiàn)在基于物聯(lián)網(wǎng)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多數(shù)都是基于IP地址的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行生理參數(shù)的傳輸，所以，隨著人們對(duì)健康監(jiān)測(cè)設(shè)備需求的增加以及對(duì)傳輸信息的質(zhì)量和速度的要求越來(lái)越高，基于IPV4和3G的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)將不能滿足人們?nèi)遮呍鲩L(zhǎng)的需求，具有更廣地址范圍的IPV6以及具有更快的通信速度、更寬的網(wǎng)絡(luò)頻譜、更好的通信質(zhì)量的4G的出現(xiàn)，使得基于IPV6和4G的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必將成為未來(lái)發(fā)展的主流。目前，美國(guó)已經(jīng)有基于IPV6和4G的健康監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用，大大提高了健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息傳輸量和傳輸速度。

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（收稿：2013-03-11 修回：2013-06-10）

Internet of Things Applied for Health Monitor

ZHANG Na-na1,ZOU Yuan-wen1,ZHANG Hu-jun2
(1.Institute of Material Science and Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China; 2.General Hospital of Chengdu Military Area Command,Chengdu 610083,China)

The concept and development of IOT and the history of the health monitor are described in brief.The application based on wired network and wireless network for remote health monitoring is introduced in detail.It's pointed out that wearable health monitor and 4G-based health monitoring system will gain their advantages in the near future. [Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（1）：122-126]

IOT;health monitoring;wireless communication technology;wearable health monitor

R318；TP393

A

1003-8868（2014）01-0122-05

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.01.122

成都軍區(qū)總醫(yī)院院管課題（424121D8）

張娜娜（1987—），女，碩士，主要從事生物醫(yī)學(xué)信息及儀器方面的研究工作，E-mail：zhangnanaxh@126.com。

610065成都，四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系（張娜娜，鄒遠(yuǎn)文）；610083成都，成都軍區(qū)總醫(yī)院（張虎軍）

張虎軍，E-mail：zhanghujun1971@126.com