基于Zigbee的無線護(hù)理監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

海軍總醫(yī)院 計(jì)算機(jī)管理中心，北京 100048

基于Zigbee的無線護(hù)理監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

袁慧穎，翁盛鑫，羅晶，魏冰

海軍總醫(yī)院 計(jì)算機(jī)管理中心，北京 100048

目的在病區(qū)內(nèi)布置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)住院患者的生命體征，實(shí)現(xiàn)護(hù)理的智能化，減少陪護(hù)需求，減輕醫(yī)護(hù)人員工作量，提高護(hù)理質(zhì)量，降低醫(yī)療費(fèi)用。方法患者統(tǒng)一佩戴集成傳感器的無線監(jiān)護(hù)腕表，利用Zigbee技術(shù)在病區(qū)內(nèi)布置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，連接服務(wù)主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)患者生命體征的實(shí)時(shí)智能化監(jiān)護(hù)和管理。結(jié)果基于Zigbee的無線護(hù)理監(jiān)護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)患者的實(shí)時(shí)、主動(dòng)監(jiān)測(cè)，使醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)掌握每個(gè)患者的相關(guān)數(shù)據(jù)，用做診療的依據(jù)。結(jié)論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用，提高了患者的就醫(yī)體驗(yàn)，減輕了醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度，從而改善了醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。

無線護(hù)理監(jiān)護(hù)系統(tǒng)； Zigbee技術(shù)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；HIS

0 前言

無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于醫(yī)院信息管理系統(tǒng)中，但現(xiàn)有的病人病情監(jiān)護(hù)機(jī)制不能實(shí)時(shí)對(duì)病人的狀況進(jìn)行監(jiān)護(hù)，容易貽誤患者的最佳救治時(shí)機(jī)，已經(jīng)不能滿足護(hù)理工作需求。基于Zigbee[1]的無線護(hù)理監(jiān)護(hù)系統(tǒng)直接服務(wù)于醫(yī)護(hù)人員與患者，能實(shí)時(shí)、主動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)信息，已成為建設(shè)以患者為中心的新型醫(yī)院管理系統(tǒng)的重要組成部分。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件的構(gòu)建

1.1 Zigbee技術(shù)簡(jiǎn)介

Zigbee技術(shù)[2-4]是一種新興的近距離、低功耗、低成本、低數(shù)據(jù)率、低復(fù)雜度的雙向無線通信技術(shù)，它是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的無線協(xié)議，近年來在無線傳感領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。幾種無線傳輸方式比較，見表1。

IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和媒體訪問控制層，ZigBee聯(lián)盟制定了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，用戶可根據(jù)自己的應(yīng)用需求進(jìn)行應(yīng)用層開發(fā)。從表1可以看出，Zigbee適用于障礙多、建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、供電受限的區(qū)域。

表1 3種無線傳輸方式比較

1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)組成。基于Zigbee無線護(hù)理監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要由病人佩戴的無線監(jiān)護(hù)腕表作為采集數(shù)據(jù)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)、以病區(qū)為單位的若干個(gè)具有路由功能的無線節(jié)點(diǎn)和院內(nèi)Zigbee[5-7]中心網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組成，覆蓋整個(gè)病人活動(dòng)的區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連接Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)與醫(yī)院內(nèi)的以太網(wǎng)，是整個(gè)醫(yī)院無線網(wǎng)絡(luò)的核心部分。無線通訊技術(shù)，具有使用便捷、安裝簡(jiǎn)單、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)患者監(jiān)護(hù)腕表及臨床信息系統(tǒng)的無縫連接，對(duì)患者進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)護(hù)。移動(dòng)設(shè)備可以在醫(yī)院范圍內(nèi)不同科室間任意移動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的數(shù)據(jù)共享，非常適合臨床應(yīng)用的實(shí)際業(yè)務(wù)需求。隨著無線網(wǎng)絡(luò)各類技術(shù)的不斷成熟完善，將會(huì)逐漸取代目前的有線局域網(wǎng)方式。

控制中心主要由Zigbee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器和服務(wù)器機(jī)構(gòu)成。采用高性能的工業(yè)級(jí)32位通信處理器、工業(yè)級(jí)蜂窩無線模塊和ZigBee模塊；以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)。

CC2530芯片作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的建立和管理。病人的生命體征數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到控制中心，并通過串口傳至服務(wù)器主機(jī)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)。若生命特征數(shù)據(jù)偏離了預(yù)先設(shè)定的閾值，軟件自動(dòng)產(chǎn)生提示信息并發(fā)至相應(yīng)護(hù)士工作站。CC2530芯片具有優(yōu)秀的接收器靈敏度和健壯的抗干擾性及代碼預(yù)取功能，低功耗微控制器內(nèi)核提供了101dB的鏈路質(zhì)量；4種供電模式、多種閃存尺寸；一套廣泛的外設(shè)集，包括2個(gè)USART、12位ADC和21個(gè)通用GPIO等。

1.3 傳感器工作原理

控制單元發(fā)出開始監(jiān)測(cè)生命體征情況的指令，經(jīng)通信單元把指令發(fā)給生理信息與數(shù)據(jù)采集單元，然后對(duì)人體生理信號(hào)（體溫、血壓、脈搏、血糖、血氧等）進(jìn)行采集；再通過無線數(shù)據(jù)通信單元將數(shù)據(jù)傳給控制和顯示單元中的信息處理模塊，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示，并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

各種傳感器模塊（數(shù)字脈搏傳感器、體溫探頭、無創(chuàng)血壓測(cè)量模塊、呼吸傳感器、血氧測(cè)量模塊）集成在病人佩戴的腕表中， 要求體積小、功耗低和抗干擾能力強(qiáng)。各個(gè)傳感器模塊可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要選用不同公司的產(chǎn)品。傳感器節(jié)點(diǎn)為今后的擴(kuò)展預(yù)留了接口，如果需要其他生命體征數(shù)據(jù)，只需將相應(yīng)的傳感器模塊接入預(yù)留接口，再開發(fā)相應(yīng)的嵌入式軟件即可。傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖，見圖1。

圖1 傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)功能

現(xiàn)有的HIS，在病區(qū)信息管理方面實(shí)現(xiàn)了患者基本信息管理、藥品領(lǐng)取管理、治療執(zhí)行情況、床位管理和費(fèi)用核對(duì)等靜態(tài)數(shù)據(jù)管理。但數(shù)據(jù)的采集管理滯后于數(shù)據(jù)發(fā)生時(shí)間，不能同步，使患者的臨床醫(yī)療信息的收集與處理并未實(shí)現(xiàn)智能化管理，多數(shù)仍為手工抄寫記錄后，轉(zhuǎn)抄至信息系統(tǒng)，工作量大、步驟繁瑣，受到人為因素干擾較多，容易發(fā)生錯(cuò)誤操作。基于Zigbee的無線護(hù)理監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在一定程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)用軟件系統(tǒng)的部分功能缺陷。該監(jiān)護(hù)軟件系統(tǒng)主要功能包括:① 向傳感器發(fā)送各種指令，如配置指令、請(qǐng)求數(shù)據(jù)指令等；② 自動(dòng)身份識(shí)別，當(dāng)患者處于無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)患者身份的識(shí)別并確定患者的位置，當(dāng)本患者的位置超出其所屬病區(qū)的范圍時(shí)，防止病人走失，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警；③ 接收傳感器采集的生命體征數(shù)據(jù)（體溫、心率、血壓等）及這種指令的執(zhí)行反饋值，指令執(zhí)行異常報(bào)警；④ 按照給定周期，在數(shù)據(jù)庫(kù)中增加、刪除修改被監(jiān)測(cè)患者的生命體征數(shù)據(jù)記錄；⑤ 為護(hù)士工作站和呼叫系統(tǒng)提供兼容接口，一旦患者生命體征數(shù)據(jù)異常，通過護(hù)士站及床頭呼叫系統(tǒng)發(fā)出警示信號(hào)，提示醫(yī)生護(hù)士及時(shí)給予相應(yīng)治療；⑥ 護(hù)士通過圖形化界面，查詢患者的生命體征數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果為護(hù)士提供了輔助意見。

3 結(jié)束語(yǔ)

大多數(shù)醫(yī)院現(xiàn)有的傳統(tǒng)監(jiān)護(hù)設(shè)備體積較大且固定在床旁，使用十分不便，同時(shí)也可能造成患者生理、心理負(fù)擔(dān)，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性降低，對(duì)病情的正確診斷產(chǎn)生不良影響。另外，這類監(jiān)護(hù)儀大多非常昂貴，患者使用收費(fèi)較高，一般只在醫(yī)院的部分病區(qū)配備，如ICU、CCU，多用于重癥患者。很多其他普通病區(qū)突發(fā)病的患者（心臟病等）不能在病發(fā)初期得到及時(shí)的監(jiān)測(cè)，錯(cuò)過了最佳治療期，貽誤了病情。基于Zigbee的無線護(hù)理監(jiān)護(hù)系統(tǒng)改變了醫(yī)院的這種狀況，無線監(jiān)護(hù)腕表體積小、便于佩戴使用、移動(dòng)性能良好、不影響患者的正常活動(dòng)。無線護(hù)理監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)具有實(shí)用性、靈活性和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)。系統(tǒng)的使用減輕了醫(yī)務(wù)人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)也滿足了患者及陪護(hù)人員的需求，對(duì)醫(yī)務(wù)人員及時(shí)掌握病人信息，提升醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量及人性化的護(hù)理管理有著重大的意義。

[1] 汪豐,趙明光,符志鵬．基于Zigbee技術(shù)的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)的研究[J]．中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2008,23(12):13-16．

[2]陳曉春,衡彤,劉建業(yè),等．XE1201在無線中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,21(2):28-30．

[3] 郭世富,馬樹元,吳平東．基Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的脈搏信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)[J]．計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2007,24(4):258-260．

[4] 郭濤,嚴(yán)家明．基于CC2430的Zigbee無線數(shù)傳模塊設(shè)計(jì)[J]．微處理機(jī),2010,31(4):105-108．

[5] 石道生,任毅,羅惠謙．基于Zigbee技術(shù)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(3):394-397．

[6] 王玉柱,鄭文嶺,馬文麗,等．基于ZigBee的醫(yī)院病人追蹤定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．微計(jì)算機(jī)信息,2010,(2):55-57．

[7] 李立．無線通信技術(shù)在我院移動(dòng)查房系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2012,27(3):41-42．

Design and Application of Wireless Nursing Monitoring System Based on Zigbee

YUAN Hui-ying, WENG Sheng-xin, LUO Jing, WEI Bing
Computer Management Center, Navy General Hospital, Beijing 100048, China

ObjectiveTo arrange wireless sensor network (WSN) in wards to real-time monitor vital signs of patients, and to realize intelligent nursing to reduce demands of patient care and accompany, thus to improve nursing quality and reduce medical cost.MethodsEach patient wears a wireless monitor watch which is integrated with sensors. Deploying WSN based on Zigbee technology in wards, and using service host to monitor and manage vital signs of patients.ResultsWireless nursing monitor system based on Zigbee can real-time and actively monitor patients, which provides hospital staff with patients data for diagnois.ConclusionThe application of wireless nursing monitoring system improves treatment experience of patients and relieves labor intensity of medical staff, which shows that it has improved medical service quality.

wireless nursing monitor system; Zigbee technology; wireless sensor network; hospital information system

TP393.02

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.05.013

1674-1633(2013)05-0040-02

2012-12-11

作者郵箱：paperkristy@sina．cn