尚蔚

太原理工大學(xué)

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基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

尚蔚

太原理工大學(xué)

本文介紹目前醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，對(duì)分析了該系的需求分析，并設(shè)計(jì)了基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)與醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心信息網(wǎng)絡(luò)相連接，通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)將便攜式健康監(jiān)護(hù)器與智能手機(jī)形成暢通的信息反饋系統(tǒng)，搭建一個(gè)基于無(wú)線通信技術(shù)組成的醫(yī)療生理監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 智能監(jiān)護(hù) 多參數(shù)

1　引言

在信息技術(shù)、通信技術(shù)、信息硬件技術(shù)高速發(fā)展的帶動(dòng)下，遠(yuǎn)程醫(yī)療的概念逐漸走入我們的生活，并演變成為一個(gè)完善的學(xué)科科目。廣義上理解，遠(yuǎn)程醫(yī)療是指借助現(xiàn)代信息科技和新型通信工具來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)患遠(yuǎn)程分離后疾病的診斷、治療和康復(fù)等綜合治療的醫(yī)療方式，這其中包括多種專業(yè)技術(shù)，例如遠(yuǎn)程問(wèn)診、異地疾病診療、遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)議、超距離可視電話醫(yī)療信息服務(wù)等醫(yī)療活動(dòng)。狹義上看，遠(yuǎn)程醫(yī)療是指一系列具體的遠(yuǎn)程醫(yī)療治療行為，例如遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程手術(shù)、遠(yuǎn)程專家坐診等。

2　系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1生理參數(shù)采集原理

對(duì)于疾病患者來(lái)說(shuō)，采集各項(xiàng)與疾病相關(guān)的生理數(shù)據(jù)是一項(xiàng)必要的疾病監(jiān)控工作。其中可以大體分為如下四種數(shù)據(jù)測(cè)量工作：機(jī)械測(cè)量：測(cè)量患者心肺、脈搏等振動(dòng)頻率；測(cè)量患者血壓、胸氣壓以及血管內(nèi)部壓力數(shù)據(jù)；測(cè)量患者肌肉松弛度、心臟張力等。熱學(xué)方法：一般用來(lái)采集患者體溫?cái)?shù)據(jù)。光學(xué)技術(shù)：針對(duì)患者的心血管靜電量、血氧含量等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集?；瘜W(xué)檢測(cè)：可以采集患者體內(nèi)pH值、呼吸壓力等數(shù)據(jù)。

2.2GPRS無(wú)線網(wǎng)

GPRS是一種相對(duì)成熟的通信技術(shù)，具有覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，其本身具備超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，數(shù)據(jù)處理效率相對(duì)較高，平均速度可達(dá)128kbps，可為傳輸醫(yī)療數(shù)據(jù)提供良好的穩(wěn)定性保證。GPRS網(wǎng)絡(luò)對(duì)硬件要求不高，所需硬件體積較小，故障率較低，具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。正是上述優(yōu)點(diǎn)，本文決定采用GPRS作為連接智能手機(jī)與服務(wù)器的通信網(wǎng)絡(luò)。

2.3藍(lán)牙無(wú)線網(wǎng)

藍(lán)牙技術(shù)是一種新型短距離通信技術(shù)，基于無(wú)線射頻原理，常見(jiàn)于個(gè)人或者家庭即時(shí)通信，在許多民用數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品中都有所體現(xiàn)。藍(lán)牙通信網(wǎng)絡(luò)使用公用ISM頻段，因此不需要專門的許可證審批，可以在世界任何一個(gè)角落使用。目前，藍(lán)牙技術(shù)由于耗能低、反應(yīng)快、成本小的優(yōu)點(diǎn)被廣泛普及使用。其硬件設(shè)備主要為一塊8×8毫米的芯片，可以方便地嵌入到個(gè)人通信終端，具有很強(qiáng)的應(yīng)用功能。

2.4醫(yī)療傳感器

傳感器分生物和物理兩類，前者是動(dòng)物天生具備的生理功能，后者是人工模擬技術(shù)的產(chǎn)物，能夠敏感地捕捉外部環(huán)境中特殊的信號(hào)，并將信號(hào)如實(shí)傳導(dǎo)給信息控制中樞進(jìn)行處理。物理傳感器的出現(xiàn)彌補(bǔ)了人類自身生理功能的不足，能夠擴(kuò)大對(duì)未知世界的感知范圍，提高了改造自然的能力，現(xiàn)代傳感器都依托電子信息技術(shù)對(duì)外部環(huán)境信息進(jìn)行有效捕捉。這幾年來(lái)，醫(yī)學(xué)界開(kāi)始普遍裝備傳感器，在許多醫(yī)療設(shè)備中都具有這類功能，并且傳感器逐漸朝著智能化、微小化和遠(yuǎn)程操控等方向發(fā)展。

3　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)功能

精準(zhǔn)收集各種人體生理指標(biāo)，例如脈搏、心率、血壓等；監(jiān)控設(shè)備將收集到的生理數(shù)據(jù)通過(guò)通信技術(shù)發(fā)送到智能手機(jī)，再由其進(jìn)行通信處理；智能手機(jī)收到數(shù)據(jù)信息后，對(duì)其加以處理和分析，按照對(duì)應(yīng)的特征發(fā)出不同的信號(hào)，給患者和醫(yī)生發(fā)出警告提示；借助第三代移動(dòng)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)與醫(yī)療中心順暢連接，二者之間可以及時(shí)傳送病人生理數(shù)據(jù)和治療方案等信息；醫(yī)療中心服務(wù)器接受不同手機(jī)終端發(fā)來(lái)的病人數(shù)據(jù)，并一一處理再反饋處理方案。

3.2系統(tǒng)總體架構(gòu)

健康監(jiān)控系統(tǒng)由多個(gè)設(shè)備組成，主要有生理數(shù)據(jù)采集儀、手機(jī)終端、數(shù)據(jù)處理器和通信服務(wù)器等?；颊唠S身攜帶的佩戴式多功能健康監(jiān)護(hù)終端。監(jiān)控儀器一種多功能病人便攜式設(shè)備，它具備采集人體生理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)信息反饋和發(fā)送等多種功能，是本文移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)中重要的儀器設(shè)備之一。其硬件種類主要有藍(lán)牙設(shè)備、預(yù)警系統(tǒng)、傳感器功能、數(shù)據(jù)通信設(shè)備等。

3.3監(jiān)護(hù)中心站

監(jiān)控中心是遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的關(guān)鍵組成，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)綜合運(yùn)行、數(shù)據(jù)分析和信息傳輸?shù)裙ぷ?。所有遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備和終端的通信連接都必須通過(guò)監(jiān)控中心來(lái)實(shí)現(xiàn)，所有傳輸數(shù)據(jù)的處理和收集最終歸集到監(jiān)控中心統(tǒng)一處理，根據(jù)檢測(cè)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)反饋患者病情報(bào)告信息，將醫(yī)生的診斷方案和決定發(fā)送到患者終端處。

3.4通信網(wǎng)絡(luò)

整個(gè)醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)通信功能負(fù)責(zé)連接上述功能模塊。其中手機(jī)終端與生理監(jiān)控終端由藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接，而手機(jī)終端與生理監(jiān)控端的連接依靠GPRS來(lái)完成。

4　系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

4.1監(jiān)護(hù)終端子系統(tǒng)

健康終端的主要功能內(nèi)容有負(fù)責(zé)采集病人生理數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)到智能手機(jī)處，完成一手信息的收集工作。該監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)主要組成部分有藍(lán)牙系統(tǒng)、協(xié)議數(shù)據(jù)、定時(shí)發(fā)送系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析歸類程序、顯示終端、數(shù)據(jù)分析、傳感器等多個(gè)模塊。

4.2通信子系統(tǒng)

病人和醫(yī)生之間的溝通依靠通信系統(tǒng)來(lái)完成。通過(guò)當(dāng)前的第三代移動(dòng)通信技術(shù)，將手機(jī)終端與健康監(jiān)控中心服務(wù)器相連接，病人的生理數(shù)據(jù)被監(jiān)控終端采集后發(fā)送到健康監(jiān)控中心，由此組成遠(yuǎn)程監(jiān)控框架；利用藍(lán)牙通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)終端與監(jiān)控終端的通信，并即時(shí)傳送一手?jǐn)?shù)據(jù)資料。手機(jī)終端并不只會(huì)簡(jiǎn)單地傳送數(shù)據(jù)，也具備一定的分析功能，它可以簡(jiǎn)單分析病人生理數(shù)據(jù)，形成初步的醫(yī)療分析報(bào)告，同時(shí)根據(jù)事先設(shè)定的參數(shù)發(fā)出不通過(guò)的警報(bào)信號(hào)。通信子系統(tǒng)由如下模塊構(gòu)成：SOCKET通信、協(xié)議封裝、藍(lán)牙通信、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示單元、報(bào)警等。

4.3中心服務(wù)器子系統(tǒng)

監(jiān)控中心服務(wù)器設(shè)在醫(yī)院內(nèi)，依靠防火墻實(shí)現(xiàn)與外網(wǎng)的連接，在硬件上組成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，可以接受和處理所有監(jiān)控終端采集并發(fā)來(lái)的健康數(shù)據(jù)。中心服務(wù)器主要由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、路由器以及終端接受裝備組成。利用監(jiān)控中心服務(wù)器的功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)病人病理的遠(yuǎn)程監(jiān)控，記錄病癥變化情況，并在突發(fā)情況出現(xiàn)之前及時(shí)預(yù)警，醫(yī)療團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)分析病人的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)做出診治方案。中心服務(wù)器的構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜，主要由如下部分組成：數(shù)據(jù)分析設(shè)備、數(shù)據(jù)傳送器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、診斷設(shè)備、通信協(xié)議、顯示終端、監(jiān)控終端等。

5　結(jié)論

本文以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，具有功率低、體積小、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著諸多問(wèn)題有待深入研究，如信息安全問(wèn)題、節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題、容錯(cuò)機(jī)制等，隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，有著低成本、高靈活性等優(yōu)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)院以及社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)服務(wù)中將有著廣闊的應(yīng)用前景。

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尚蔚（1980.11---）漢族，山西省長(zhǎng)治人，太原理工大學(xué)在職碩士研究生，從事通信工作，工作單位：中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司長(zhǎng)治分公司