基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的遠程健康監護醫療系統設計

1 引 言

遠程醫療監護是指通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )將遠端的生理和醫學(xué)信號傳送到監護中心進(jìn)行分析，并給出診斷意見(jiàn)的一種技術(shù)手段。他是隨著(zhù)計算機技術(shù)、現代通信技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。計算機技術(shù)與現代通訊的發(fā)展為遠程醫療服務(wù)帶來(lái)新的機遇，使得人們可通過(guò)應用計算機技術(shù)和現代通信，實(shí)現個(gè)人與醫院間，醫院和醫院間的醫學(xué)信息的遠程傳輸和監控，遠程會(huì )診、醫療急救、遠程醫療教育與交流等。其中面向家庭的遠程醫療健康監護是在配備先進(jìn)適宜的醫療設備的條件下，將千家萬(wàn)戶(hù)和醫療機構聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現醫療進(jìn)入家庭，在病人家中實(shí)施監護、診斷、治療、康復和保健多位一體的一種新的遠程醫療模式。遠程病人監護已經(jīng)越來(lái)越引起人們的極大關(guān)注。其快速發(fā)展有很強的社會(huì )現實(shí)背景：

(1)隨著(zhù)環(huán)境污染的加劇、人民生活習慣的改變，工作壓力的增強，威脅人類(lèi)健康的疾病也出現了新的情況。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(lèi)健康的頭號殺手。

(2)隨著(zhù)生活水平的提高，醫療衛生條件的改善，人類(lèi)壽命日益延長(cháng)，老齡化趨勢非常明顯。

(3)現代通信技術(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)展為遠程監護提供了強有力的技術(shù)支持。

這種新的遠程醫療模式是一項非常重要的技術(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(cháng)期到醫院復查病情的慢性病患者(如糖尿病，心臟病患者)，遠離醫院交通不便的病人等。其次這種新的遠程醫療模式也有效地降低醫院門(mén)診的工作負荷，使得醫院門(mén)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療資源，為生活節奏緊張時(shí)間緊迫的城市人提供了一個(gè)隨時(shí)隨地的家庭醫療保健。人們攜帶無(wú)線(xiàn)傳感設備可以自由地移動(dòng)，可以在熟悉的環(huán)境中時(shí)刻監護他們的生理參數而無(wú)需去醫院。他不僅可以輔助治療，還能在患者病情突然惡化時(shí)報警。醫護人員可以在遠端的監護中心觀(guān)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(cháng)期對病人進(jìn)行監護。另一方面，對健康人群的遠程監護，還可以發(fā)現疾病的早期癥狀，從而達到保健和預防疾病的目的。

本文設計的是一種新的網(wǎng)絡(luò )式監護裝置及系統，他基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，由傳感器采集人體各種健康參數。這些模擬信號經(jīng)過(guò)前置電路的處理，以數字信號的形式輸入微控制器，通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據傳輸和計算機通用串行總線(xiàn)接口進(jìn)入PC機，由Internet發(fā)送到遠程監護中心，為專(zhuān)業(yè)醫療人員提供各種重要的生理參數變化。然后由其對數據進(jìn)行統計觀(guān)察，提供必要的咨詢(xún)服務(wù)，實(shí)現遠程醫療。目的是利用高頻率的無(wú)線(xiàn)多通道數據傳輸方式，傳遞醫療傳感器與監護控制儀器之間的信息，減少監護設備與醫療傳感器之間的連線(xiàn)，使得被監護人能夠擁有較多的自由活動(dòng)空間。

2 系統結構

面向家庭的遠程健康監護醫療系統主要由2大部分組成：遠程醫療儀器感測系統和通信傳遞系統。遠程醫療儀器感測系統作用是采集用戶(hù)的身體狀態(tài)資料，作為網(wǎng)絡(luò )化居家生理監視理療器具，遠程監護系統必須穩定、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，應盡量使用成熟、可靠的技術(shù)，并且盡量能和現成的系統兼容并共享數據，并根據需要進(jìn)行擴展。而通信技術(shù)則為實(shí)現遠程醫療提供強而有力的技術(shù)支持，根據遠程醫療應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護系統中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據傳輸是各種監測設備與計算機及遠程主干通信網(wǎng)的主要連接方式。與有線(xiàn)傳輸相比，他的的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)具有足夠快的速度，能夠滿(mǎn)足設備間的數據傳輸需要；

(2)具有很好的擴展性，系統內設備進(jìn)行增加或減少都不會(huì )影響其他設備的使用；

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

本文設計的監護系統由監護基站和傳感器節點(diǎn)構成一個(gè)微型監護網(wǎng)絡(luò )；傳感器節點(diǎn)對使用者的各項生命指標進(jìn)行數據采集，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式將數據發(fā)送至監護基站，并由該基站將數據傳輸至所連接的PC機，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )可以將數據傳輸至遠程醫療監護中心，由專(zhuān)業(yè)醫療人員對數據進(jìn)行統計觀(guān)察，提供必要的咨詢(xún)服務(wù)，實(shí)現遠程醫療。

用戶(hù)還可以通過(guò)個(gè)人PC對所采集數據進(jìn)行一個(gè)初步的分析，并通過(guò)電腦所給出的一個(gè)初步判斷采取應急的措施。醫療生物傳感器節點(diǎn)可以根據不同的需要而設置，因此該系統具有極大的靈活性和擴展性。同時(shí)，將該系統接Internet網(wǎng)絡(luò )，可以形成更大的社區醫療監護網(wǎng)絡(luò )、醫院網(wǎng)絡(luò )乃至整個(gè)城市和全國的醫療監護網(wǎng)絡(luò )。

3 監護傳感器節點(diǎn)和監護基站設計

傳感器節點(diǎn)用于測量生理參數，所取得的數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)傳送到基站。而所組成的網(wǎng)絡(luò )所需要的傳感器節點(diǎn)可以根據需要進(jìn)行擴展。圖2是傳感器節點(diǎn)的框圖器節點(diǎn)的框圖，他由傳感器、信號調理電路、處理器、無(wú)線(xiàn)通信模塊共4個(gè)主要部分組成。其中無(wú)線(xiàn)通信模塊是實(shí)現無(wú)線(xiàn)監護的關(guān)鍵。

基站單元可以采集并顯示測試得到的數據信息，并能夠對異常情況進(jìn)行報警。如果必要的話(huà)，數據將自動(dòng)被發(fā)送給遠程的監護中心，尋求醫生的建議和幫助。因此本系統中的監護基站設備被設計成一種隨身攜帶設備，同時(shí)監護基站設備可以和系統中的多個(gè)傳感器節點(diǎn)進(jìn)行通信以完成數據的采集和顯示等功能。在使用過(guò)程中，監護基站設備通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道向傳感器節點(diǎn)發(fā)送控制命令來(lái)啟動(dòng)傳感器節點(diǎn)，傳感器節點(diǎn)接收到命令后進(jìn)行相應的數據采集動(dòng)作采集人體生理指標數據，采集結束后通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式將數據返回到監護基站，由監護基站進(jìn)行進(jìn)一步地顯示、存儲等操作?；镜闹饕煞职ㄓ脩?hù)交互界面模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、報警模塊及數據傳輸模塊。與遠程監護中心的通信方式可以根據應用需要、網(wǎng)絡(luò )建設情況進(jìn)行選擇。圖3是基站的框圖。

無(wú)線(xiàn)通信模塊主要完成和傳感器節點(diǎn)間的數據交互?；究梢酝ㄟ^(guò)串口、USB接口及網(wǎng)絡(luò )適配器接入本地計算機，然后再通過(guò)因特網(wǎng)傳輸到遠程監護中心。監護基站設備在正常工作狀態(tài)下使用電池進(jìn)行供電，因此在設計過(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，系統會(huì )進(jìn)入低功耗以及休眠狀態(tài)來(lái)節省系統能量。

4 用戶(hù)自診斷系統的設計

在本系統中，PC機不僅是一個(gè)負責客戶(hù)登陸網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器并和醫生進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊交流的工具。他還擔任了一個(gè)很重要的工作，即提供一個(gè)自診斷信息數據庫并為用戶(hù)實(shí)現自診斷服務(wù)功能。

診斷系統的主要功能就是在把由傳感器采集來(lái)的體溫、脈搏、血壓等數據發(fā)送給醫院之前對數據進(jìn)行一個(gè)初步的分析。在對數據進(jìn)行完一個(gè)設定好的信號處理分析并計算出對應的人體信息數據后，通過(guò)對得出的人體數據進(jìn)行判斷決定是否將數據發(fā)送出去，同時(shí)用戶(hù)端的診斷軟件還提供類(lèi)似與專(zhuān)家系統作用的白診斷功能，提供給用戶(hù)參考使用。圖4是自診斷分析系統的流程圖。

5 結 語(yǔ)

遠程監護利用傳感技術(shù)和現代通信技術(shù)將病人的監護范圍從醫院內擴展到通信網(wǎng)絡(luò )可以到達的任何地方，從而實(shí)現病人與診所、診所與醫院或醫院間醫療信息的傳送。遠程監護提供一種通過(guò)對被監護者生理參數進(jìn)行連續監測研究遠地對象生理功能的方法，他縮短了醫生和病人之間的距離，醫生可以根據這些遠地傳來(lái)的生理信息為患者提供及時(shí)的醫療服務(wù)，遠程監護系統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，結合重要生理參數的遠程監護，可以提高老年人的家庭護理水平。這對于患者獲得高水平的醫療服務(wù)及在緊急情況時(shí)的急救支援，具有重要意義。遠程監護系統是順應信息社會(huì )發(fā)展和人們對醫療保健的需求而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。隨著(zhù)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，其形式將更加多樣，無(wú)線(xiàn)、移動(dòng)和傳感技術(shù)融合而成的微型化無(wú)線(xiàn)智能傳感網(wǎng)絡(luò )必將為遠程監護系統的發(fā)展帶來(lái)新的突破。