一種面向家庭的遠程健康監(jiān)護醫(yī)療系統(tǒng)的設計

摘 要：探討一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的面向家庭健康監(jiān)護的遠程醫(yī)療系統(tǒng)的系統(tǒng)結構、主要技術、應用模式與發(fā)展前景。面向家庭的遠程健康監(jiān)護醫(yī)療是一種利用計算機、電子監(jiān)護設備和互聯(lián)網(wǎng)，將用戶和醫(yī)院緊密聯(lián)系起來，實現(xiàn)預防和保健、監(jiān)護、診斷、康復的綜合治療方式，他是遠程醫(yī)療應用中跟人群聯(lián)系最緊密的一種方式，相信他將成為現(xiàn)代醫(yī)療方式的一種新的必然趨向。

關鍵詞：遠程醫(yī)療；家庭保健；無線傳感器網(wǎng)絡；通信網(wǎng)絡

中圖分類號：TP311文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)08-038-03

A Familyoriented Long Distance Medical Service System

YIN Chong，HU Junping

(Wuhan University of Technology，Wuhan，430063，China)

Abstract：This paper discusses system structure and application pattern of a family health care system based on wireless sensor network.Family health care closely contacts with the user and the hospital by using computer，electronic guardianship equipment and Internet.Family health care is a complex therapy way which contains prevention，guardianship，diagnosis.It will become one kind of new trend in modern medical.

Keywords：long distance medical service;family health care;wireless sensor network;communication network

1 引 言

遠程醫(yī)療監(jiān)護是指通過通信網(wǎng)絡將遠端的生理和醫(yī)學信號傳送到監(jiān)護中心進行分析，并給出診斷意見的一種技術手段。他是隨著計算機技術、現(xiàn)代通信技術的發(fā)展而發(fā)展起來的。計算機技術與現(xiàn)代通訊的發(fā)展為遠程醫(yī)療服務帶來新的機遇，使得人們可通過應用計算機技術和現(xiàn)代通信，實現(xiàn)個人與醫(yī)院間，醫(yī)院和醫(yī)院間的醫(yī)學信息的遠程傳輸和監(jiān)控，遠程會診、醫(yī)療急救、遠程醫(yī)療教育與交流等。其中面向家庭的遠程醫(yī)療健康監(jiān)護是在配備先進適宜的醫(yī)療設備的條件下，將千家萬戶和醫(yī)療機構聯(lián)系起來，實現(xiàn)醫(yī)療進入家庭，在病人家中實施監(jiān)護、診斷、治療、康復和保健多位一體的一種新的遠程醫(yī)療模式。遠程病人監(jiān)護已經(jīng)越來越引起人們的極大關注。其快速發(fā)展有很強的社會現(xiàn)實背景：

(1) 隨著環(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，老齡化趨勢非常明顯。

(3) 現(xiàn)代通信技術的發(fā)展，尤其是移動通信技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展為遠程監(jiān)護提供了強有力的技術支持。

這種新的遠程醫(yī)療模式是一項非常重要的技術，且具有很多的優(yōu)點。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，需要長期到醫(yī)院復查病情的慢性病患者(如糖尿病，心臟病患者)，遠離醫(yī)院交通不便的病人等。其次這種新的遠程醫(yī)療模式也有效地降低醫(yī)院門診的工作負荷，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)奏緊張時間緊迫的城市人提供了一個隨時隨地的家庭醫(yī)療保健。人們攜帶無線傳感設備可以自由地移動，可以在熟悉的環(huán)境中時刻監(jiān)護他們的生理參數(shù)而無需去醫(yī)院。他不僅可以輔助治療，還能在患者病情突然惡化時報警。醫(yī)護人員可以在遠端的監(jiān)護中心觀察病人的健康狀況并提供實時的診斷和建議，也可以長期對病人進行監(jiān)護。 另一方面，對健康人群的遠程監(jiān)護，還可以發(fā)現(xiàn)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)絡式監(jiān)護裝置及系統(tǒng)，他基于無線傳感器網(wǎng)絡技術，由傳感器采集人體各種健康參數(shù)。這些模擬信號經(jīng)過前置電路的處理，以數(shù)字信號的形式輸入微控制器，通過無線數(shù)據(jù)傳輸和計算機通用串行總線接口進入PC機，由Internet發(fā)送到遠程監(jiān)護中心，為專業(yè)醫(yī)療人員提供各種重要的生理參數(shù)變化。然后由其對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計觀察，提供必要的咨詢服務，實現(xiàn)遠程醫(yī)療。目的是利用高頻率的無線多通道數(shù)據(jù)傳輸方式，傳遞醫(yī)療傳感器與監(jiān)護控制儀器之間的信息，減少監(jiān)護設備與醫(yī)療傳感器之間的連線，使得被監(jiān)護人能夠擁有較多的自由活動空間。

2 系統(tǒng)結構

面向家庭的遠程健康監(jiān)護醫(yī)療系統(tǒng)主要由2大部分組成：遠程醫(yī)療儀器感測系統(tǒng)和通信傳遞系統(tǒng)。遠程醫(yī)療儀器感測系統(tǒng)作用是采集用戶的身體狀態(tài)資料，作為網(wǎng)絡化居家生理監(jiān)視理療器具，遠程監(jiān)護系統(tǒng)必須穩(wěn)定、可靠，有一定的自檢功能，操作簡單。從病人的安全角度考慮，應盡量使用成熟、可靠的技術，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)需要進行擴展。而通信技術則為實現(xiàn)遠程醫(yī)療提供強而有力的技術支持，根據(jù)遠程醫(yī)療應用中傳送的信息量大小和實時性要求的不同，可采用不用的通信技術。本文的面向家庭的健康監(jiān)護系統(tǒng)中，無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸是各種監(jiān)測設備與計算機及遠程主干通信網(wǎng)的主要連接方式。與有線傳輸相比，他的的優(yōu)點是：

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

(2) 具有很好的擴展性，系統(tǒng)內(nèi)設備進行增加或減少都不會影響其他設備的使用；

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

本文設計的監(jiān)護系統(tǒng)由監(jiān)護基站和傳感器節(jié)點構成一個微型監(jiān)護網(wǎng)絡；傳感器節(jié)點對使用者的各項生命指標進行數(shù)據(jù)采集，通過無線通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)護基站，并由該基站將數(shù)據(jù)傳輸至所連接的PC機，通過 Internet網(wǎng)絡可以將數(shù)據(jù)傳輸至遠程醫(yī)療監(jiān)護中心，由專業(yè)醫(yī)療人員對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計觀察，提供必要的咨詢服務，實現(xiàn)遠程醫(yī)療。

用戶還可以通過個人PC對所采集數(shù)據(jù)進行一個初步的分析，并通過電腦所給出的一個初步判斷采取應急的措施。醫(yī)療生物傳感器節(jié)點可以根據(jù)不同的需要而設置，因此該系統(tǒng)具有極大的靈活性和擴展性。同時，將該系統(tǒng)接入 Internet 網(wǎng)絡，可以形成更大的社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護網(wǎng)絡、醫(yī)院網(wǎng)絡乃至整個城市和全國的醫(yī)療監(jiān)護網(wǎng)絡。圖1為本系統(tǒng)的結構圖。

3 監(jiān)護傳感器節(jié)點和監(jiān)護基站設計

傳感器節(jié)點用于測量生理參數(shù)，所取得的數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)傳送到基站。而所組成的網(wǎng)絡所需要的傳感器節(jié)點可以根據(jù)需要進行擴展。圖2是傳感器節(jié)點的框圖器節(jié)點的框圖， 他由傳感器、信號調(diào)理電路、處理器、無線通信模塊共４個主要部分組成。其中無線通信模塊是實現(xiàn)無線監(jiān)護的關鍵。

基站單元可以采集并顯示測試得到的數(shù)據(jù)信息，并能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r進行報警。如果必要的話，數(shù)據(jù)將自動被發(fā)送給遠程的監(jiān)護中心，尋求醫(yī)生的建議和幫助。因此本系統(tǒng)中的監(jiān)護基站設備被設計成一種隨身攜帶設備，同時監(jiān)護基站設備可以和系統(tǒng)中的多個傳感器節(jié)點進行通信以完成數(shù)據(jù)的采集和顯示等功能。在使用過程中，監(jiān)護基站設備通過無線信道向傳感器節(jié)點發(fā)送控制命令來啟動傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點接收到命令后進行相應的數(shù)據(jù)采集動作采集人體生理指標數(shù)據(jù)，采集結束后通過無線通信的方式將數(shù)據(jù)返回到監(jiān)護基站，由監(jiān)護基站進行進一步地顯示、存儲等操作。基站的主要成分包括用戶交互界面模塊、無線通信模塊、報警模塊及數(shù)據(jù)傳輸模塊。與遠程監(jiān)護中心的通信方式可以根據(jù)應用需要、網(wǎng)絡建設情況進行選擇。圖3是基站的框圖。

無線通信模塊主要完成和傳感器節(jié)點間的數(shù)據(jù)交互。基站可以通過串口、USB接口及網(wǎng)絡適配器接入本地計算機，然后再通過因特網(wǎng)傳輸?shù)竭h程監(jiān)護中心。監(jiān)護基站設備在正常工作狀態(tài)下使用電池進行供電，因此在設計過程中尤其注意了低功耗的管理與控制。在不工作的時刻，系統(tǒng)會進入低功耗以及休眠狀態(tài)來節(jié)省系統(tǒng)能量。

4 用戶自診斷系統(tǒng)的設計

在本系統(tǒng)中，PC機不僅是一個負責客戶登陸網(wǎng)絡服務器并和醫(yī)生進行實時通訊交流的工具。他還擔任了一個很重要的工作，即提供一個自診斷信息數(shù)據(jù)庫并為用戶實現(xiàn)自診斷服務功能。

診斷系統(tǒng)的主要功能就是在把由傳感器采集來的體溫、脈搏、血壓等數(shù)據(jù)發(fā)送給醫(yī)院之前對數(shù)據(jù)進行一個初步的分析。在對數(shù)據(jù)進行完一個設定好的信號處理分析并計算出對應的人體信息數(shù)據(jù)后，通過對得出的人體數(shù)據(jù)進行判斷決定是否將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，同時用戶端的診斷軟件還提供類似與專家系統(tǒng)作用的自診斷功能，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 語

遠程監(jiān)護利用傳感技術和現(xiàn)代通信技術將病人的監(jiān)護范圍從醫(yī)院內(nèi)擴展到通信網(wǎng)絡可以到達的任何地方，從而實現(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。遠程監(jiān)護提供一種通過對被監(jiān)護者生理參數(shù)進行連續(xù)監(jiān)[LL]測研究遠地對象生理功能的方法，他縮短了醫(yī)生和病人之間的距離，醫(yī)生可以根據(jù)這些遠地傳來的生理信息為患者提供及時的醫(yī)療服務，遠程監(jiān)護系統(tǒng)不僅能提高老人的生活質(zhì)量，而且能夠及時捕捉老人的發(fā)病先兆，結合重要生理參數(shù)的遠程監(jiān)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(yī)療服務及在緊急情況時的急救支援，具有重要意義。遠程監(jiān)護系統(tǒng)是順應信息社會發(fā)展和人們對醫(yī)療保健的需求而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。隨著信息技術的不斷發(fā)展，其形式將更加多樣，無線、移動和傳感技術融合而成的微型化無線智能傳感網(wǎng)絡必將為遠程監(jiān)護系統(tǒng)的發(fā)展帶來新的突破。

參 考 文 獻

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［2］鄒焱飚，謝存禧.基于家庭的遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)進展［J］.計算機工程與應用，2005，40(10):3034.

［3］楊勇，彭承琳.國外遠程醫(yī)療發(fā)展近況［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2005，26(1):1920.

［4］李亞軍.遠程醫(yī)療在國內(nèi)的應用和發(fā)展［J］.醫(yī)學信息，2006，19(1):3940.

［5］林小蘭，肖明波.無線傳感器網(wǎng)絡MAC層協(xié)議的分析比較\\[J\\].現(xiàn)代電子技術，2007，30(24):3336.

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作者簡介

印 翀，武漢理工大學碩士研究生。主要研究方向為無線傳感器網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘。

胡君萍，武漢理工大學副教授。主要研究方向為超寬帶技術。