基于物聯網的智能醫用監控系統

李長伍

基于物聯網的智能醫用監控系統

李長伍

(蘇州澤德醫療器械有限公司，江蘇 蘇州 215000)

基于物聯網技術開發設計了智能醫用監控系統，在病床、醫療設備中內嵌傳感器節點，在不觸及患者身體的情況下實時采集患者的心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率、體溫、翻身次數、離床時間、藥物輸注時間和藥物輸注量等重要參數進行分析統計，實現對患者檢測、異常報警。該系統在醫療領域具有廣闊的應用前景。

物聯網；ZigBee；監控；傳感器；異常報警

0 引言

醫療監控是醫生對患者進行診治的重要環節，現有的對患者生理數據采集的醫療監護設備可分為有線和無線兩大類。有線的醫療監護設備往往因為需要線纜連接而使其體積龐大進而導致設備成本高，不便于攜帶。目前的大多數醫院仍然使用有線的醫用設備，醫務人員需要時刻在病人或者固定的醫用設備旁邊觀察病情，對重要的生命體征進行人工采集，不僅繁瑣而且工作量大，無法做到實時、不間斷地采集監測數據。

隨著科技的發展，物聯網技術越來越成熟，醫療物聯網的構建越來越受到關注。醫療物聯網也使得患者生命體征的實時監測成為可能。本文基于物聯網技術，設計出一款無線的醫療監護設備，通過無線網把采集到的數據上傳到監護人員手中，方便監護人員掌握病人的具體情況。即使監護人員不在病房內，也可以對出現異常的病人進行定位，以便醫療人員及時對病人進行救治。

1 物聯網技術

物聯網按照字面可理解為物物相連所組成的網絡，物聯網(Internet of Things)這個詞，國內外普遍公認的是Ashton教授于1999年在研究RFID時最早提出，標志著物聯網技術的誕生[1]。2005年國際電信聯盟發布的報告中重新定義了物聯網的定義和范圍，不再只是指基于RFID技術的物聯網。2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”，物聯網被列為國家五大新興戰略產業之一引來了快速發展。物聯網形式多樣、技術復雜、涉及面廣，融合了半導體、傳感器、通信技術、計算機等多種技術[2]。

本系統應用ZigBee技術來實現物聯網，把采集數據的傳感器接入ZigBee終端節點，并且把ZigBee內嵌到醫用電氣設備中。其具有自組織多跳的機制，即使某一個傳輸路徑出錯，還可以通過其他路徑進行數據傳輸，實現數據的實時監控，改變了傳統的查房采集方式。

2 系統總體方案

2.1 系統總體結構及主要功能

(3)0～10 cm土層，0.05～0.25 mm和<0.0 5 mm粒徑微團聚體有機碳對總有機碳有顯著作用；10～20 cm土層，在1～2 mm、0.05～0.25 mm粒徑，團聚體有機碳對總有機碳有顯著作用；20～40 cm和40～60 cm土層有機碳對團聚體有機碳影響不明顯。這與植物根系分布深度及耕作施肥深度有關，同時也說明了紅壤有機碳的增加通過形成或進入小團聚體而實現。

中央控制器負責對數據的運算和識別，由于手機和計算機都沒有采用ZigBee技術，因此使用WiFi模塊負責上位機與中央控制器的通信，進而實現ZigBee網絡各節點與上位機終端的通信。系統的總體架構如圖1所示。

智能醫用監控系統由無線傳感器網絡、中央控制器、WiFi模塊和上位機軟件四個部分組成。其中無線傳感器網絡又由連接傳感器和醫用設備的各個ZigBee終端節點、中繼器和協調器組成，傳感器安裝在病床上采集病人的數據，終端醫用設備(如輸注泵、監護儀等)安放在病床前。傳感器和終端醫用設備采集的數據由終端節點發送給中繼器，中繼器接收到終端節點發送過來的這些數據后發送給網絡協調器，網絡協調器負責調度整個無線傳感器網絡的數據。

圖1 系統架構

2.2 系統硬件架構

系統的軟件分為兩大塊，底層單片機程序設計和上位機編程設計。對于單片機程序的編寫，主要使用C語言編寫串口、IIC、SPI等程序與各外圍電路進行信息的交互。

射頻芯片CC2530采用了AES-128的加密算法保證數據的安全可靠，可對數據包完整性進行檢查，支持鑒權和認證。其低功耗的特性使各終端設備無需經常更換電池，方便對設備的管理和維護。其使用ZigBee技術傳輸數據，具有可移動的特性。

2.3 系統軟件架構

由CC2530射頻芯片傳送過來的各終端的信息，經中央控制器處理后通過STM32F103的串口發送給ESP8266無線WiFi模塊。

習近平指出：“從嚴治黨有其自身規律，對我們這樣一個老黨大黨來說，從嚴治黨更有其自身規律。我們黨在長期實踐中，不斷總結和運用好自己正反兩方面經驗，也積極借鑒國外執政黨建設的經驗教訓，深刻認識到了一些從嚴治黨規律，這些都要繼續運用好。”［4］28－29

W25Q128存儲芯片通過SPI接口與主控芯片連接，用于存儲系統所采集到的臨時數據方便上位機實時查詢，也可存儲用戶設置的如床位號對應的具體報警數值等特定參數。

中央控制器采用STM32F103作為主控芯片，它集成了串口、IIC和SPI通信接口，利用IIC接口可以控制液晶顯示的內容、對比度和背光等，可與其他模塊通信，實現各硬件的管控，從而實現了人機交互界面的建立。

（1）Porter，Steers & Mowday（1974）開發出一份組織承諾量表OCQ。之后，他們對此份量表做了進一步的完善，將該量表改為15個測量項目，其中6個為反向題，用來測量組織承諾的三個維度：對組織目前和價值觀的強烈認同和接受；愿意為組織貢獻自己的力量；愿意保持組織成員身份的自豪感。該量表在應用之初受到了廣泛的關注，但是近年來卻遭到了許多學者的質疑，原因主要是這個量表不能明確的界定不同類型的組織承諾。

其中Tcoh表示總的相干積分時間，Ii(m)、Qi(m)分別表示第i個總相干積分時間Tcoh內短時積分結果進行FFT變換之后得到的實部和虛部，Tp=Tcoh/M，M表示相干積分分段數，L表示每一段短時相干積分時間內的點數L=Tp/Ts，Ts表示采樣周期，Δf是本地信號與接收信號的頻差，R(τ)為L1OC信號的偽隨機碼和本地碼的互相關值，τ表示本地碼和接收信號的偽隨機碼的延遲。

3 各部分功能及構成

3.1 傳感器采集

2組患者術后1周和末次隨訪時Cobb角較術前均明顯改善，差異有統計學意義（P ＜ 0.05，表2）。術前和術后1周Cobb角2組間相比差異無統計學意義（P ＞ 0.05），末次隨訪時B組Cobb角顯著小于A組，差異有統計學意義（P ＜ 0.05，表2）。末次隨訪時，B組Cobb角丟失1.22°±0.34°，A組丟失5.62°±1.16°，差異有統計學意義（P ＜ 0.05，表2）。

傳感器是系統感知患者體征的眼睛，傳感器主要放置在病床上，將患者翻身次數、離床時間和睡眠質量等數據轉換為電信號，并且使用非接觸式采集，不額外添加接觸患者的設備；低功耗，無需經常更換電池；通過無線的方式采集傳輸，實現實時監測。

3.2 醫用設備數據采集

上位機編程可細分為Windows計算機終端、Android終端和蘋果終端，三個平臺編程方法各有不同，Windows計算機終端編程采用微軟公司提供的可視化集成開發環境Visual C++6.0，其包含許多組件，如編輯器、調試器、程序向導AppWizard、類向導Class Wizard等開發工具，非常適合Windows系統下的軟件編寫。Android終端編程采用開放源代碼、基于Java的可擴展開發平臺的Eclipse集成開發環境進行開發。蘋果終端編程采用Xcode集成開發環境，它具有統一的用戶界面設計，并且編碼、測試和調試都在一個簡單的窗口內完成。

對醫用設備的數據采集，主要通過在醫用設備中內嵌無線采集節點，把設備運行的一些例如監護儀上的人體心電信號、心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率、體溫狀態以及輸注泵上的藥物輸注時間、藥物輸注量和輸注速度等信息實時傳送給控制器，并且設備的歷史運行記錄可在需要的時候調取出來。

3.3 控制器

控制器作為整個系統硬件的心臟，負責各無線節點數據的運算整合、數據緩沖、接收和識別命令、地址識別等，還可用于各外圍電路信號交換的橋梁。通過無線WiFi模塊可將采集到的數據傳輸到醫院局域網中。

“你把這個帶去吧！放在包袱里，別叫人給你搶去，娘一個錢也沒有。若餓肚時，你就去賣掉，買個干糧吃吧！”走出門去還聽母親說：“遇見日本子，你快伏在蒿子下?！?/p>

檢測單元主要包括固定式皮帶輸送帶、可旋轉皮帶輸送帶、滾子輸送帶、CCD檢測攝像頭及圖像處理電腦、搬運機器人以及電氣控制柜等部分(圖2)，可實現對托盤中的大、小工件進行CCD檢測的功能。

3.4 上位機軟件

上位機軟件能實現數據的監控，監控到整個監控區域內的所有患者的信息；系統能為醫務人員提供患者實時的生命體征信息作為診斷參考；可為某一個患者設置某一特定的報警閾值，超過了系統自動提示報警；系統可在計算機、手機、平板電腦等不同終端上使用。

4 結論

本設計基于物聯網技術，在硬件上設計無線傳感器節點，可實時采集患者心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率、體溫等參數，對醫療診治具有非常重要的作用，該設備具有抗干擾能力強、功耗低、安全性能高、實用性強等優點。而目前國內大多數醫院無法實時地采集這些數據，智能醫用監控系統的設計主要需解決了這些難題，具有很高的實用價值。

[1] 劉云浩.物聯網導論[M].北京：科學出版社，2011.

[2] 杜軍朝，劉惠，劉傳益，等.ZigBee技術原理與實戰[M].北京：機械工業出版社，2014.

The intelligent medical monitoring system based on Internet of Things

Li Changwu

(Suzhou Zede Medical Instrument Co., Ltd., Suzhou 215000, China)

Based on Internet of Things technology, this paper develops and designs an intelligent medical monitoring system. It embeds sensor nodes in the beds and medical equipments, without touching the body of the patient to real-timely acquire the patient’s heart rate, blood oxygen saturation, blood pressure, breathing rate, body temperature, turn over times, time of leaving the bed, drug infusion time and drug infusion quantity and analyze the important parameters, realizing patients testing and alarming when abnormal.In the medical field it has a broad application prospect.

Internet of Things;ZigBee;monitoring;sensor;abnormal alarm

TN8

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.04.028

李長伍.基于物聯網的智能醫用監控系統[J].微型機與應用，2017,36(4)：94-95.

2016-09-19)

李長伍(1989-)，通信作者，男，本科，電子工程師，主要研究方向：嵌入式、醫療電子產品開發。E-mail:18862120629@qq.com。