基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引 言

遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)是指通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將遠(yuǎn)端的生理和醫(yī)學(xué)信號(hào)傳送到監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行分析，并給出診斷意見(jiàn)的一種技術(shù)手段。他是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代通訊的發(fā)展為遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)帶來(lái)新的機(jī)遇，使得人們可通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信，實(shí)現(xiàn)個(gè)人與醫(yī)院間，醫(yī)院和醫(yī)院間的醫(yī)學(xué)信息的遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)控，遠(yuǎn)程會(huì)診、醫(yī)療急救、遠(yuǎn)程醫(yī)療教育與交流等。其中面向家庭的遠(yuǎn)程醫(yī)療健康監(jiān)護(hù)是在配備先進(jìn)適宜的醫(yī)療設(shè)備的條件下，將千家萬(wàn)戶和醫(yī)療機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療進(jìn)入家庭，在病人家中實(shí)施監(jiān)護(hù)、診斷、治療、康復(fù)和保健多位一體的一種新的遠(yuǎn)程醫(yī)療模式。遠(yuǎn)程病人監(jiān)護(hù)已經(jīng)越來(lái)越引起人們的極大關(guān)注。其快速發(fā)展有很強(qiáng)的社會(huì)現(xiàn)實(shí)背景：

(1)隨著環(huán)境污染的加劇、人民生活習(xí)慣的改變，工作壓力的增強(qiáng)，威脅人類健康的疾病也出現(xiàn)了新的情況。惡性疾病和慢性疾病如心血管疾病、腦血管疾病及惡性新生物已成為威脅人類健康的頭號(hào)殺手。

(2)隨著生活水平的提高，醫(yī)療衛(wèi)生條件的改善，人類壽命日益延長(zhǎng)，老齡化趨勢(shì)非常明顯。

(3)現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是移動(dòng)通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展為遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

這種新的遠(yuǎn)程醫(yī)療模式是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，且具有很多的優(yōu)點(diǎn)。首先他極大地方便了廣大的病患者，尤其是一些特殊的人群，如：行動(dòng)不便的殘疾病人和患慢性的老人，需要定期檢查的孕婦和兒童，需要長(zhǎng)期到醫(yī)院復(fù)查病情的慢性病患者(如糖尿病，心臟病患者)，遠(yuǎn)離醫(yī)院交通不便的病人等。其次這種新的遠(yuǎn)程醫(yī)療模式也有效地降低醫(yī)院門診的工作負(fù)荷，使得醫(yī)院門診可集中精力于危急重癥和疑難雜癥，有效地配置和使用有限的醫(yī)療資源，為生活節(jié)奏緊張時(shí)間緊迫的城市人提供了一個(gè)隨時(shí)隨地的家庭醫(yī)療保健。人們攜帶無(wú)線傳感設(shè)備可以自由地移動(dòng)，可以在熟悉的環(huán)境中時(shí)刻監(jiān)護(hù)他們的生理參數(shù)而無(wú)需去醫(yī)院。他不僅可以輔助治療，還能在患者病情突然惡化時(shí)報(bào)警。醫(yī)護(hù)人員可以在遠(yuǎn)端的監(jiān)護(hù)中心觀察病人的健康狀況并提供實(shí)時(shí)的診斷和建議，也可以長(zhǎng)期對(duì)病人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。另一方面，對(duì)健康人群的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，還可以發(fā)現(xiàn)疾病的早期癥狀，從而達(dá)到保健和預(yù)防疾病的目的。

本文設(shè)計(jì)的是一種新的網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)護(hù)裝置及系統(tǒng)，他基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由傳感器采集人體各種健康參數(shù)。這些模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)前置電路的處理，以數(shù)字信號(hào)的形式輸入微控制器，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和計(jì)算機(jī)通用串行總線接口進(jìn)入PC機(jī)，由Internet發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心，為專業(yè)醫(yī)療人員提供各種重要的生理參數(shù)變化。然后由其對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)觀察，提供必要的咨詢服務(wù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療。目的是利用高頻率的無(wú)線多通道數(shù)據(jù)傳輸方式，傳遞醫(yī)療傳感器與監(jiān)護(hù)控制儀器之間的信息，減少監(jiān)護(hù)設(shè)備與醫(yī)療傳感器之間的連線，使得被監(jiān)護(hù)人能夠擁有較多的自由活動(dòng)空間。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

面向家庭的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)醫(yī)療系統(tǒng)主要由2大部分組成：遠(yuǎn)程醫(yī)療儀器感測(cè)系統(tǒng)和通信傳遞系統(tǒng)。遠(yuǎn)程醫(yī)療儀器感測(cè)系統(tǒng)作用是采集用戶的身體狀態(tài)資料，作為網(wǎng)絡(luò)化居家生理監(jiān)視理療器具，遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)必須穩(wěn)定、可靠，有一定的自檢功能，操作簡(jiǎn)單。從病人的安全角度考慮，應(yīng)盡量使用成熟、可靠的技術(shù)，并且盡量能和現(xiàn)成的系統(tǒng)兼容并共享數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展。而通信技術(shù)則為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療提供強(qiáng)而有力的技術(shù)支持，根據(jù)遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用中傳送的信息量大小和實(shí)時(shí)性要求的不同，可采用不用的通信技術(shù)。本文的面向家庭的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸是各種監(jiān)測(cè)設(shè)備與計(jì)算機(jī)及遠(yuǎn)程主干通信網(wǎng)的主要連接方式。與有線傳輸相比，他的的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)具有足夠快的速度，能夠滿足設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸需要；

(2)具有很好的擴(kuò)展性，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備進(jìn)行增加或減少都不會(huì)影響其他設(shè)備的使用；

(3)具有很好的適應(yīng)性，便捷性和移動(dòng)能力，不受物理環(huán)境的約束。

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)由監(jiān)護(hù)基站和傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)微型監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)；傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)使用者的各項(xiàng)生命指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)無(wú)線通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)護(hù)基站，并由該基站將數(shù)據(jù)傳輸至所連接的PC機(jī)，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)可以將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心，由專業(yè)醫(yī)療人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)觀察，提供必要的咨詢服務(wù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療。

用戶還可以通過(guò)個(gè)人PC對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)初步的分析，并通過(guò)電腦所給出的一個(gè)初步判斷采取應(yīng)急的措施。醫(yī)療生物傳感器節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)不同的需要而設(shè)置，因此該系統(tǒng)具有極大的靈活性和擴(kuò)展性。同時(shí)，將該系統(tǒng)接Internet網(wǎng)絡(luò)，可以形成更大的社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)乃至整個(gè)城市和全國(guó)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

3 監(jiān)護(hù)傳感器節(jié)點(diǎn)和監(jiān)護(hù)基站設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)用于測(cè)量生理參數(shù)，所取得的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)傳送到基站。而所組成的網(wǎng)絡(luò)所需要的傳感器節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展。圖2是傳感器節(jié)點(diǎn)的框圖器節(jié)點(diǎn)的框圖，他由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、處理器、無(wú)線通信模塊共4個(gè)主要部分組成。其中無(wú)線通信模塊是實(shí)現(xiàn)無(wú)線監(jiān)護(hù)的關(guān)鍵。

基站單元可以采集并顯示測(cè)試得到的數(shù)據(jù)信息，并能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r進(jìn)行報(bào)警。如果必要的話，數(shù)據(jù)將自動(dòng)被發(fā)送給遠(yuǎn)程的監(jiān)護(hù)中心，尋求醫(yī)生的建議和幫助。因此本系統(tǒng)中的監(jiān)護(hù)基站設(shè)備被設(shè)計(jì)成一種隨身攜帶設(shè)備，同時(shí)監(jiān)護(hù)基站設(shè)備可以和系統(tǒng)中的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信以完成數(shù)據(jù)的采集和顯示等功能。在使用過(guò)程中，監(jiān)護(hù)基站設(shè)備通過(guò)無(wú)線信道向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令來(lái)啟動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)接收到命令后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集動(dòng)作采集人體生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，采集結(jié)束后通過(guò)無(wú)線通信的方式將數(shù)據(jù)返回到監(jiān)護(hù)基站，由監(jiān)護(hù)基站進(jìn)行進(jìn)一步地顯示、存儲(chǔ)等操作?；镜闹饕煞职ㄓ脩艚换ソ缑婺K、無(wú)線通信模塊、報(bào)警模塊及數(shù)據(jù)傳輸模塊。與遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心的通信方式可以根據(jù)應(yīng)用需要、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況進(jìn)行選擇。圖3是基站的框圖。

無(wú)線通信模塊主要完成和傳感器節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交互?；究梢酝ㄟ^(guò)串口、USB接口及網(wǎng)絡(luò)適配器接入本地計(jì)算機(jī)，然后再通過(guò)因特網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心。監(jiān)護(hù)基站設(shè)備在正常工作狀態(tài)下使用電池進(jìn)行供電，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中尤其注意了低功耗的管理與控制。在不工作的時(shí)刻，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入低功耗以及休眠狀態(tài)來(lái)節(jié)省系統(tǒng)能量。

4 用戶自診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，PC機(jī)不僅是一個(gè)負(fù)責(zé)客戶登陸網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器并和醫(yī)生進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊交流的工具。他還擔(dān)任了一個(gè)很重要的工作，即提供一個(gè)自診斷信息數(shù)據(jù)庫(kù)并為用戶實(shí)現(xiàn)自診斷服務(wù)功能。

診斷系統(tǒng)的主要功能就是在把由傳感器采集來(lái)的體溫、脈搏、血壓等數(shù)據(jù)發(fā)送給醫(yī)院之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)初步的分析。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行完一個(gè)設(shè)定好的信號(hào)處理分析并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的人體信息數(shù)據(jù)后，通過(guò)對(duì)得出的人體數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷決定是否將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，同時(shí)用戶端的診斷軟件還提供類似與專家系統(tǒng)作用的白診斷功能，提供給用戶參考使用。圖4是自診斷分析系統(tǒng)的流程圖。

5 結(jié) 語(yǔ)

遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)利用傳感技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)將病人的監(jiān)護(hù)范圍從醫(yī)院內(nèi)擴(kuò)展到通信網(wǎng)絡(luò)可以到達(dá)的任何地方，從而實(shí)現(xiàn)病人與診所、診所與醫(yī)院或醫(yī)院間醫(yī)療信息的傳送。遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)提供一種通過(guò)對(duì)被監(jiān)護(hù)者生理參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)研究遠(yuǎn)地對(duì)象生理功能的方法，他縮短了醫(yī)生和病人之間的距離，醫(yī)生可以根據(jù)這些遠(yuǎn)地傳來(lái)的生理信息為患者提供及時(shí)的醫(yī)療服務(wù)，遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)不僅能提高老人的生活質(zhì)量，而且能夠及時(shí)捕捉老人的發(fā)病先兆，結(jié)合重要生理參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，可以提高老年人的家庭護(hù)理水平。這對(duì)于患者獲得高水平的醫(yī)療服務(wù)及在緊急情況時(shí)的急救支援，具有重要意義。遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是順應(yīng)信息社會(huì)發(fā)展和人們對(duì)醫(yī)療保健的需求而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，其形式將更加多樣，無(wú)線、移動(dòng)和傳感技術(shù)融合而成的微型化無(wú)線智能傳感網(wǎng)絡(luò)必將為遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)新的突破。