尚蔚

太原理工大學

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基于無線網(wǎng)絡的智能監(jiān)護系統(tǒng)設計

尚蔚

太原理工大學

本文介紹目前醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的現(xiàn)狀，對分析了該系的需求分析，并設計了基于無線網(wǎng)絡的智能醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)，實現(xiàn)智能手機與醫(yī)療監(jiān)護中心信息網(wǎng)絡相連接，通過藍牙技術將便攜式健康監(jiān)護器與智能手機形成暢通的信息反饋系統(tǒng)，搭建一個基于無線通信技術組成的醫(yī)療生理監(jiān)控數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

無線網(wǎng)絡 智能監(jiān)護 多參數(shù)

1　引言

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

2　系統(tǒng)相關技術簡介

2.1生理參數(shù)采集原理

對于疾病患者來說，采集各項與疾病相關的生理數(shù)據(jù)是一項必要的疾病監(jiān)控工作。其中可以大體分為如下四種數(shù)據(jù)測量工作：機械測量：測量患者心肺、脈搏等振動頻率；測量患者血壓、胸氣壓以及血管內(nèi)部壓力數(shù)據(jù)；測量患者肌肉松弛度、心臟張力等。熱學方法：一般用來采集患者體溫數(shù)據(jù)。光學技術：針對患者的心血管靜電量、血氧含量等進行數(shù)據(jù)采集。化學檢測：可以采集患者體內(nèi)pH值、呼吸壓力等數(shù)據(jù)。

2.2GPRS無線網(wǎng)

GPRS是一種相對成熟的通信技術，具有覆蓋范圍廣的特點，其本身具備超強的數(shù)據(jù)處理功能，數(shù)據(jù)處理效率相對較高，平均速度可達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)絡對硬件要求不高，所需硬件體積較小，故障率較低，具有遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢。正是上述優(yōu)點，本文決定采用GPRS作為連接智能手機與服務器的通信網(wǎng)絡。

2.3藍牙無線網(wǎng)

藍牙技術是一種新型短距離通信技術，基于無線射頻原理，常見于個人或者家庭即時通信，在許多民用數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品中都有所體現(xiàn)。藍牙通信網(wǎng)絡使用公用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角落使用。目前，藍牙技術由于耗能低、反應快、成本小的優(yōu)點被廣泛普及使用。其硬件設備主要為一塊8×8毫米的芯片，可以方便地嵌入到個人通信終端，具有很強的應用功能。

2.4醫(yī)療傳感器

傳感器分生物和物理兩類，前者是動物天生具備的生理功能，后者是人工模擬技術的產(chǎn)物，能夠敏感地捕捉外部環(huán)境中特殊的信號，并將信號如實傳導給信息控制中樞進行處理。物理傳感器的出現(xiàn)彌補了人類自身生理功能的不足，能夠擴大對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對外部環(huán)境信息進行有效捕捉。這幾年來，醫(yī)學界開始普遍裝備傳感器，在許多醫(yī)療設備中都具有這類功能，并且傳感器逐漸朝著智能化、微小化和遠程操控等方向發(fā)展。

3　系統(tǒng)總體設計

3.1系統(tǒng)功能

精準收集各種人體生理指標，例如脈搏、心率、血壓等；監(jiān)控設備將收集到的生理數(shù)據(jù)通過通信技術發(fā)送到智能手機，再由其進行通信處理；智能手機收到數(shù)據(jù)信息后，對其加以處理和分析，按照對應的特征發(fā)出不同的信號，給患者和醫(yī)生發(fā)出警告提示；借助第三代移動通信技術，實現(xiàn)手機與醫(yī)療中心順暢連接，二者之間可以及時傳送病人生理數(shù)據(jù)和治療方案等信息；醫(yī)療中心服務器接受不同手機終端發(fā)來的病人數(shù)據(jù)，并一一處理再反饋處理方案。

3.2系統(tǒng)總體架構

健康監(jiān)控系統(tǒng)由多個設備組成，主要有生理數(shù)據(jù)采集儀、手機終端、數(shù)據(jù)處理器和通信服務器等?；颊唠S身攜帶的佩戴式多功能健康監(jiān)護終端。監(jiān)控儀器一種多功能病人便攜式設備，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，是本文移動醫(yī)療系統(tǒng)中重要的儀器設備之一。其硬件種類主要有藍牙設備、預警系統(tǒng)、傳感器功能、數(shù)據(jù)通信設備等。

3.3監(jiān)護中心站

監(jiān)控中心是遠程醫(yī)療系統(tǒng)的關鍵組成，它負責協(xié)調(diào)網(wǎng)絡綜合運行、數(shù)據(jù)分析和信息傳輸?shù)裙ぷ?。所有遠程監(jiān)控設備和終端的通信連接都必須通過監(jiān)控中心來實現(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)檢測終端發(fā)送的數(shù)據(jù)反饋患者病情報告信息，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

整個醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)通信功能負責連接上述功能模塊。其中手機終端與生理監(jiān)控終端由藍牙網(wǎng)絡連接，而手機終端與生理監(jiān)控端的連接依靠GPRS來完成。

4　系統(tǒng)軟件結(jié)構

4.1監(jiān)護終端子系統(tǒng)

健康終端的主要功能內(nèi)容有負責采集病人生理數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)到智能手機處，完成一手信息的收集工作。該監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)主要組成部分有藍牙系統(tǒng)、協(xié)議數(shù)據(jù)、定時發(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)來完成。通過當前的第三代移動通信技術，將手機終端與健康監(jiān)控中心服務器相連接，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，由此組成遠程監(jiān)控框架；利用藍牙通信技術可以實現(xiàn)手機終端與監(jiān)控終端的通信，并即時傳送一手數(shù)據(jù)資料。手機終端并不只會簡單地傳送數(shù)據(jù)，也具備一定的分析功能，它可以簡單分析病人生理數(shù)據(jù)，形成初步的醫(yī)療分析報告，同時根據(jù)事先設定的參數(shù)發(fā)出不通過的警報信號。通信子系統(tǒng)由如下模塊構成：SOCKET通信、協(xié)議封裝、藍牙通信、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、顯示單元、報警等。

4.3中心服務器子系統(tǒng)

監(jiān)控中心服務器設在醫(yī)院內(nèi)，依靠防火墻實現(xiàn)與外網(wǎng)的連接，在硬件上組成一個局域網(wǎng)絡，可以接受和處理所有監(jiān)控終端采集并發(fā)來的健康數(shù)據(jù)。中心服務器主要由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、路由器以及終端接受裝備組成。利用監(jiān)控中心服務器的功能，可以實現(xiàn)對病人病理的遠程監(jiān)控，記錄病癥變化情況，并在突發(fā)情況出現(xiàn)之前及時預警，醫(yī)療團隊可以通過分析病人的監(jiān)控數(shù)據(jù)及時做出診治方案。中心服務器的構成相對復雜，主要由如下部分組成：數(shù)據(jù)分析設備、數(shù)據(jù)傳送器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、診斷設備、通信協(xié)議、顯示終端、監(jiān)控終端等。

5　結(jié)論

本文以無線網(wǎng)絡技術為基礎構建無線監(jiān)護系統(tǒng)，具有功率低、體積小、網(wǎng)絡運營費用低等優(yōu)點，但同時也存在著諸多問題有待深入研究，如信息安全問題、節(jié)點定位問題、容錯機制等，隨著無線通信技術的發(fā)展，有著低成本、高靈活性等優(yōu)點的無線傳感器網(wǎng)絡在醫(yī)院以及社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護服務中將有著廣闊的應用前景。

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