基于無線傳感器網絡的遠程醫療監護系統設計＊

周杰，王申，田敏

基于無線傳感器網絡的遠程醫療監護系統設計＊

周杰，王申，田敏

（石河子大學，新疆 石河子 832003）

近年來中國人口老齡化速度加快，截至2019年初，60歲以上人口將近2.5億人，傳統的醫療模式及資源不能充分滿足老年人的醫療需求。遠程醫療監控技術在提升醫療效率的同時也可以有效降低醫療成本。為了高效、人性化地進行醫療監護，采用無線傳感器網絡進行系統設計，收集病患生理參數并及時傳送到監護中心，為醫護人員作出診斷提供幫助。

傳感器網絡；遠程醫療；體域網；慢性病

1 引言

進入21世紀以來，隨著科學技術在各個領域的迅速發展和應用，人們的生活水平和健康狀況也不斷獲得提升，然而與此同時全球很多國家都出現了人口結構失衡、人口老齡化不斷加重的趨勢。中國的老年人數量在2019年已達24 949萬人，并呈上升趨勢。中國60歲及以上的群體中，至少患一種慢性病的比例為75.8%，其中患有高血壓的比例為58.3%，血脂異常的比例為37.2%[1]。慢性病一般發病時間隨機，具有顯著的偶發性，一般通過長期的醫療檢測及藥物服用來進行防治。中國在城市化進程中家庭結構縮小，空巢老人在整個老年人中的占比也不斷提高，導致各種老人患病不能及時得到救治，社會對于醫療和護理的需求不斷提升，因此國家衛生部也不斷出臺政策來推動醫療體制改革及醫療技術革新，在這種背景下，便于進行長期護理的遠程醫療監護越來越受到醫療研究者及全社會的關注。

遠程醫療自20世紀在美國應用以來，就以其便捷性、實時性等諸多優點得到醫療工作者和患者的一致好評。遠程醫療突破時間和空間的限制，通過遠程醫療系統，醫患之間可以實時進行交流，在減少患者醫療費用的同時也使得整個醫療過程更加便捷[2]。遠程醫療監護系統作為遠程醫療的一部分，可以隔空實現對患者重要生理參數的實時傳輸分析，醫生可以根據此類信息第一時間對患者進行診斷，出現參數異?；蛘咄话l狀況，可以通知緊急聯系人及患者本人，確保突發狀況發生時患者及時就醫。在遠程醫療監護實施過程中，針對老年人和殘疾人等行動不便的人群進行日常狀態的實時監護，實現對其日?；顒拥纳韰档膶崟r評估，確定其健康狀況，對疾病進行預防和治療。因此遠程醫療監護系統的研究對中國老年人健康質量保障、慢性病防治等具有很大的現實意義。

2 遠程醫療發展研究

2.1 遠程醫療的概念

醫療監護儀器一般分為兩種，一種是醫院內由專業醫護人員進行操作對病患的生理指標進行監測評估；第二種的使用環境較為自由，如家中或者戶外，甚至是移動檢測，這類儀器是在病患及其家屬在醫護人員的指導下進行的，可以將檢測到的心跳、血壓等信息傳送到醫院的系統中，相關醫護人員進行查看。原有的監護系統使用線纜進行設備之間的連接，需要專業醫護人員進行操作，所用設備笨重，限制了患者的活動，增加了醫療費用負擔。遠程醫療監護系統可便捷獲取使用者的生理數據及影像信息并利用通信技術實時傳送到監護中心，醫療機構據此動態跟蹤病況或者進行患者健康狀況預警[3]。

遠程醫療監護是遠程醫療重要的一部分。遠程醫療結合了信息技術及醫療技術兩大領域，利用通信及多媒體技術等手段為醫護人員提供患者相關信息，便于患者得到及時高效的診療服務。遠程醫療技術自20世紀被引入中國以來，應用范圍不斷擴大，目前主要應用在專家會診、醫療檢查、遠程監護、治療指導及醫學交流等方面。遠程醫療技術因為其憑借通信技術進行數據傳輸，所以可以突破時空的限制，實現遠程診療、信息交流的功能。中國的傳統醫療相比國外起步較晚，功能較為基礎，基本是通過遠程問診實現診療功能，不能做到對患者全面監護和治療。但隨著信息技術的持續進步，遠程醫療技術信息傳輸更加流暢便捷，患者也能更加及時地得到診斷和治療。

2.2 遠程醫療發展簡介

遠程醫療的發展最早可以追溯到20世紀中葉，美國醫療機構創設了早期遠程醫療的模型，即放射學中雙向電視系統的應用。受限于信息技術的發展水平，最初的模型很簡單，實現功能也較為單一。遠程醫療作為國外醫療信息化的熱點之一，不斷引進通信及信息激素到醫學領域中，遠程醫療技術得到不斷的發展，比如到20世紀60年代，太空中宇航員已經可以得到由地面借助衛星及微波技術提供的遠程醫療服務。歐美國家的很多大學以及醫療機構對遠程醫療投入較大的研究成本，遠程醫療系統在醫療實踐中的應用范圍也越來越廣。

中國開始遠程醫療的研究相對較晚，直到1986年對船員進行的電報形式的遠程會診可以視作最早的遠程醫療的應用。隨著中國經濟狀況的不斷改善，通信及醫療領域的技術不斷得到發展、成熟，到21世紀初遠程醫療技術在軍事醫療領域已經得到較好的發展[4]。

當前醫療服務的發展越來越受到國內外研究人員的重視，遠程醫療取得了較大的發展。隨著通信技術的不斷發展，物聯網技術成為研究的熱點，物聯網領域的傳感器網絡被引進到遠程醫療領域進行研究。如基于藍牙技術的無線通信在移動通信設備與監護終端之間的應用，優化了傳統監護系統的手動輸入辦法，數據采集更加真實便捷。除此之外，穿戴式設備的發展與普及也為遠程監護提供了新的思路，研究人員使用安裝方便的穿戴設備代替傳統笨重的測量儀器來進行患者身體狀況的監測。

3 無線傳感器網絡

在對比分析現有的遠程醫療監護系統的功能及實現方案的基礎上，提出一種基于無線傳感器網絡的監護系統的建設方案。無線傳感器網絡是指大量微型傳感器通過無線通信的方式在監測區域內組成的多跳自組織的網絡系統，這些傳感器節點可以共同感知，采集處理監測區域內感知對象的數據，并將其傳輸給觀察者，傳感器、感知對象及觀察者三個重要部分共同組成了傳感器網絡。負責采集處理信息的傳感器節點包括感知模塊、處理模塊、存儲模塊、軟件通信模塊。觀察者一般是指該網絡系統的使用者，接收數據并對采集到的信息進行綜合處理，計算機及人類都可以充當這一角色。感知對象是指傳感器節點采集數據的對象，即監測目標，醫用傳感器的感知對象一般是指心跳、血壓與體溫等指標。客觀的物理信息與通信的數字世界通過無線傳感器網絡聯系在一起，增加了信息采集途徑。

無線傳感器網絡與常見的無線網絡如移動通信網、無線局域網相比具有以下3個特點：①網絡規模較大。無線傳感器網絡的基礎是監測區域內的大量傳感器節點，整體具有較高的監測精度，同時傳感器網絡的監測范圍也相對較大。大量的節點存在增加了無線傳感器網絡的容錯性，同時減低對單個節點的精度要求，降低網絡建設成本。②具有網絡自組能力。傳感器節點大量分布在監測區域內，無法對每個節點位置進行預設，無法提前確定各節點之間的關系，因此在傳感器網絡中節點自組織能力顯得尤為重要，同時具有自動配置和管理的功能。傳感器網絡節點失效情況下，無線網絡的拓撲結構可以根據這種情況發生變化，實現動態的網絡拓撲特性。③以數據為中心。應用系統如果以無線傳感器網絡為基礎，則需要管理和處理感知信息，該應用系統中每個節點同時具有端節點及路由器的功能。

4 系統設計

4.1 遠程醫療監護系統需求

以無線傳感器網絡為基礎構建的遠程醫療監護系統是為了實現對既有遠程醫療監護系統的升級。該系統在擁有醫療監護功能的同時針對實時性、人性化及智能化等特點進行優化。針對家庭環境的監護系統，對生理數據與環境數據的收集采用實時監測與定時監測共同作用的機制。如心電信號需要實時監測并傳輸到系統處理中心，定時循環監測的指標有體溫、血壓等。在系統設計時候可以對一些指標的參數進行設定，達到某界限自動預警，這樣可以隨時預發突發事件，如心臟病突發，確保相關人員第一時間獲取預警信息。除此之外，人性化對提高醫療服務質量也有很大作用。系統的人性化體現在病患與醫護人員兩方面。在該系統的使用環境下，不能過分限制病患的活動范圍，病患在活動范圍內可以自由地進行物理活動而不受該系統的限制。醫護人員對診斷事件的安排更彈性，可以在醫院遠程獲取病患的身體各項指標，遠程控制對病患的監護。

4.2 遠程醫療監護系統設計

基于無線傳感器網絡的遠程醫療監護系統含有三部分，分別是遠程監護中心、本地網關與體域網三個模塊。

遠程監控中心承擔管理、監護和診斷的任務，主要由信息管理、代理與診斷平臺組成。信息管理平臺負責用戶信息的管理，代理平臺即監控中心與網關的接口、與網關之間相互發送與接收數據，診斷平臺主要是醫護人員根據信息進行診斷的模塊。監控中心借助數據庫來進行聯系。本地網關處于監護中心與體域網之間，兩者之間的信息交互借助網關來實現，是信息的中間點，起著信息溝通橋梁的作用。體域網即無線傳感器網絡，該模塊主要由傳感器節點組成，在一定范圍內進行監護，對監護對象采集生理數據。監護對象穿戴傳感器設備同時需要一個接口PDA，該設備采集生理信息并通過接口PDA將監護對象的數據層層上傳，到達本地網關，信息再由本地網關傳送到監護中心，醫生在監護中心根據收到的信息進行診斷。

5 結語

隨著中國人口老年化趨勢加快，各種慢性病如高血壓、心腦血管疾病增多，醫療資源緊缺及醫療費用高昂的問題亟需解決，遠程醫療監護系統的發展不僅可以降低病患的醫療費用，同時還可以節省醫療資源，提高醫療效率。結合原有的遠程醫療發展狀況并根據無線傳感器網絡技術提出遠程醫療監護系統的建設方案，側重發展了系統的實時性與人性化的特點，加快現代醫療信息化的進程。

［1］江麗姣，于倩倩，尹文強，等.我國居民慢性病變化趨勢分析——基于國家五次衛生服務調查報告［J］.中國衛生事業管理，2018，35（11）：874-876，880.

［2］頓文濤，盧高飛，左秀生，等.無線傳感器網絡在遠程醫療監護系統中的應用［J］.農業網絡信息，2014（2）：43-46.

［3］彭蘭地，米明.基于3G技術的遠程醫療監護系統設計［J］.計算機與現代化，2013（1）：88-90，94.

［4］楊虹.基于無線傳感器網絡的遠程醫療監護系統的設計與實現［D］.長沙：湖南大學，2016.

TN929.5；TP212.9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.025

2095－6835（2019）13－0059－02

兵團重大科技項目子課題“遠程醫療緊急救援系統的建設與應用”（編號：2017AA005-04）；兵團重大科技項目“兵團綜合遠程醫學平臺的集成應用與示范”（編號：2017AA005）

周杰（1982—），男，湖南湘鄉人，副教授，博士，研究方向為物聯網技術。

田敏（1968—），男，河南商丘人，教授，研究方向為農業信息技術與精準農業。

〔編輯：嚴麗琴〕