基于短報文模塊的遠程醫(yī)療系統(tǒng)設計

宋寶++丁海勇

摘 要 隨著醫(yī)療體制的改革，遠程醫(yī)療已經成為民眾關注的焦點。本文基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的短報文功能，設計一個針對醫(yī)療患者的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括三部分，詳述從對患者信息的采集手段，至信息的預處理、嚴密處理、整理、分析與存儲，再至對患者病情的監(jiān)控與管理方式。同時對整個系統(tǒng)的技術可行性進行分析，得出該系統(tǒng)方案技術上是可行的，具備實施方便、成果可靠、時間分辨率高的特性，可實現(xiàn)“可視化”遠程監(jiān)控的目標，能夠為醫(yī)療服務部門提供便捷，加速國內醫(yī)療新格局構建。

【關鍵詞】北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) 體征信息 遠程監(jiān)控 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 短報文模塊

本項目以遠程醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸方式為切入點，將北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、單片機技術有機融合，充分利用有限的醫(yī)療資源，用比較低廉的費用享受比較優(yōu)質的服務，以滿足廣大人民群眾的基本醫(yī)療服務需求。

1 遠程醫(yī)療系統(tǒng)設計

1.1 設計的思路

本系統(tǒng)主要由患者信息端、中心數(shù)據(jù)端和監(jiān)控端、醫(yī)療救護端三部分組成（圖1）。其中，患者信息端主要功能有采集患者體征信息、獲取位置信息、報警信息提示以及查詢信息，并通過移動網將體征信息和位置信息發(fā)送給中心數(shù)據(jù)站；中心數(shù)據(jù)端和監(jiān)控端主要功能是處理、管理接收的患者信息和醫(yī)療信息，并可視化表達；醫(yī)療救護端的主要功能包括查詢患者信息、給予患者治療方案，實現(xiàn)對患者的遠程監(jiān)控。

1.2 系統(tǒng)內容設計

1.2.1 患者信息采集端

（1）北斗定位模塊。根據(jù)患者位置信息的特殊性，使用自主定位模式。它是指患者終端內置的北斗芯片獨立快速完成定位，再由傳輸模塊將定位信息發(fā)送指中心數(shù)據(jù)端。

（2）體征信息采集模塊。此模塊主要由測血壓、測心率、測體溫模塊組成。其中，測心率模塊采用綠光光電測量（不需要佩戴胸前，具有良好的抗動性）或者心動電流測量法（需要佩戴胸前，支持運動型），可根據(jù)實際情況決定，另外嵌入式北斗衛(wèi)星信號接收模塊可利用授時功能，實時校準時間數(shù)據(jù)，使測得的心律BPM值更精確；測血壓模塊采用間接式長時間血壓儀，支持24小時監(jiān)測，沒有血壓空白區(qū)，實時監(jiān)測；測體溫模塊采用微型的體溫計和傳感器，便可滿足醫(yī)療需要。

（3）語音報警模塊。 該模塊主要包括語音模塊和警報模塊，主要是在體征信息出現(xiàn)問題時，給予患者語音警示和警報求救。

（4）信息傳輸模塊。以GPRS模塊為主，通過無線通訊信號進行數(shù)據(jù)傳輸，具有網絡覆蓋廣、傳輸速度快的特點，適合信息的傳輸。同時模塊還采用無線IP技術，能夠和因特網進行無縫對接，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（5）智能控制模塊。為有效利用醫(yī)療資源，做到定位、體征信息盡量精確，在技術上我們采用了智能化的手段。當連續(xù)采集的患者體征信息變化不大，智能控制程序將降低終端數(shù)據(jù)的采集次數(shù)，減少數(shù)據(jù)和電量的浪費；當患者體征信息超過閾值時，智能控制程序將觸動報警模塊，同時將提高數(shù)據(jù)采集頻率，以此實現(xiàn)體征信息的無遺漏性，避免信息的誤判斷。

（6）供電模塊。定位、體征信息采集、報警、數(shù)據(jù)傳輸均需供電，電量的續(xù)航能力影響患者信息的準確性與連續(xù)性。供電系統(tǒng)分為主蓄電池供電系統(tǒng)、應急電池供電系統(tǒng)和太陽能電池板，在主蓄電池正常工作情況下，由它為各部件運行供電。若主蓄電池發(fā)生故障，可啟動應急供電系統(tǒng)和太陽能電池板，保證基礎模塊的運行。

1.2.2 中心數(shù)據(jù)端和監(jiān)控端

（1）中心數(shù)據(jù)端。數(shù)據(jù)端包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，一方面對采集到的位置數(shù)據(jù)、體征數(shù)據(jù)等信息進行處理，且與規(guī)定體征閾值數(shù)據(jù)比較分析，另一方面對位置數(shù)據(jù)、體征數(shù)據(jù)、處方數(shù)據(jù)等信息進行管理。

（2）監(jiān)控端。數(shù)據(jù)監(jiān)控端主要服務于患者端、醫(yī)療端，利用定位信息、處理數(shù)據(jù)，結合區(qū)域電子地圖，對患者的當前位置和身體狀況可視化表達，實現(xiàn)對患者的遠程監(jiān)控。

1.2.3 醫(yī)療救護端

醫(yī)療救護端是患者相關數(shù)據(jù)的應用端，主要服務對象是醫(yī)生，通過注冊、登錄進入醫(yī)療救助端，查詢患者姓名、位置、當前身體狀況等相關信息，給出患者治療處方。

1.3 主要功能設計

1.3.1 患者信息端

（1）健康監(jiān)測：利用體征信息采集模塊，獲取人體的血壓、體溫、心率等基本體征信息。

（2）語音報警：在患者體征信息超出閾值時，終端將給予患者語音警示或警報，作用機理如下：

根據(jù)采集的患者體征信息，與體征數(shù)據(jù)閾值比較，如果未超出規(guī)定數(shù)據(jù)，采集正常進行；如果超過規(guī)定閾值，首先觸動報警模塊，同時加快對患者體征信息的采集，將采集的全部數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸給中心數(shù)據(jù)庫，便于掌握患者信息。

（3）精準定位：采用自動定位模式，利用安置在終端內部的北斗芯片，通過接收北斗衛(wèi)星信號，獲得準確可靠的患者位置。

（4）信息查詢：可以查詢患者近期的身體狀況和處方情況。

1.3.2 中心數(shù)據(jù)端和監(jiān)控端

數(shù)據(jù)服務器結構如圖6所示，主要有數(shù)據(jù)處理模塊、管理模塊和監(jiān)控模塊。數(shù)據(jù)處理模塊主要是對患者的體征信息進行處理，與規(guī)定體征閾值數(shù)據(jù)比較分析，符合要求，轉儲數(shù)據(jù)管理模塊；不符合要求時，將危險信號發(fā)出，同時將信息轉儲至管理模塊，再進行數(shù)據(jù)采集、處理、分析、比較、轉儲，便于掌握病患的信息；數(shù)據(jù)管理模塊主要是對定位數(shù)據(jù)、體征數(shù)據(jù)、處方數(shù)據(jù)協(xié)同管理，為監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)顯示提供數(shù)據(jù)源。監(jiān)控端主要是應對于患者位置信息的可視化表達，便于急救。

1.3.3 醫(yī)療救助端

該模塊主要建立在北斗醫(yī)療中心數(shù)據(jù)庫的基礎上，醫(yī)療救助主要有急救服務和醫(yī)生救助兩大功能，一是急救中心通過病發(fā)病人的位置信息，最快速到達救助點；二是醫(yī)生通過從中心數(shù)據(jù)站里病人體征信息對病人給予治療或康復方案。以實例詳說：病人出院后的一段時間內，可能會出現(xiàn)其他并發(fā)癥，期間醫(yī)生可以遠程了解病人身體情況，給予適當?shù)目祻头桨浮?/p>

短報文數(shù)據(jù)傳輸原理（如圖4）。

利用北斗短報文板卡RD120-2w通過北斗衛(wèi)星鏈路發(fā)送到北斗中心主站；北斗用戶終端接收數(shù)據(jù)并傳送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心將北斗短報文數(shù)據(jù)轉換成病史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理。

1.4 誤差處理與技術分析

為減弱模塊誤差對系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的不良影響，用聯(lián)合卡爾曼濾波模型來處理組合導航定位系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，該算法可以有效地提高組合導航系統(tǒng)的整體濾波精度，對北斗導航系統(tǒng)進行故障檢測和隔離，同時可以提高系統(tǒng)的容錯能力和可靠性。同時設計了監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信模塊、監(jiān)控模塊和智能手環(huán)的主要模塊，在數(shù)據(jù)通信模塊、協(xié)議處理模塊、網絡通信模塊的基礎上，實現(xiàn)了監(jiān)控報警系統(tǒng)的功能，并通過軟件設計和仿真實驗驗證了該算法的精確度。

方案在研究、調試、生產及其應用的過程中，需要利用單片機技術實現(xiàn)各模塊之間和產品內部結構的連接，使用編程語言對產品后臺系統(tǒng)的進行控制，同時應該掌握北斗系統(tǒng)的定位、導航、授時及其短報文通信的基本原理，對應用過程中出現(xiàn)的位置及其他問題給予正確指導。

2 結論

本課題針對醫(yī)療改革中出現(xiàn)的問題，結合北斗的定位、導航、授時以及短報文通信四項功能，設計了一套能夠簡化治療的醫(yī)療設備和系統(tǒng)，能夠最大限度緩解醫(yī)生治療量大的壓力，保證患者的基本治療水平。目前已初步對設備系統(tǒng)進行了一個簡單外部設計（包括模型構造、界面處理、內部設計等），取到了良好的效果。下一步的工作重點我們將放在程序算法的編輯以及北斗系統(tǒng)的算法引入，更主要建立一個臨床信息系統(tǒng)（CIS），更好地去服務于大眾。

參考文獻

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[4]崔平遠，黃曉瑞.基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多傳感器信息融合算法及其應用[J].電機與控制學報，2009，5（03）：204-207.

作者單位

南京信息工程大學地理與遙感學院 江蘇省南京市 210044