基于物聯網技術的醫療設備遠程監控系統設計

楊友良 張建舒

(華北理工大學電氣工程學院 河北 唐山 063210)

引言

我國是人口大國，醫療改革一直是我國關心的主要問題。醫療條件優勢分配不均，大小城市的醫療水平差距較大。隨著物聯網技術的發展，充分發揮醫院或醫療中心先進的醫療技術和醫療器械優勢，對醫療條件薄弱地區的病人實現遠程醫療診斷、并且實現遠程監控病人的身體狀態。

將物聯網技術與醫療設備結合起來是醫療事業發展的必然趨勢，極大的解決了中國地域差異帶來的醫療水平分布不平衡問題。

一、遠程醫療技術的發展

由于物聯網技術的發展，大力提升了遠程醫療技術。遠程醫療包括遠程醫療診斷、護理、教育、醫療信息服務等醫學活動。狹義上來說，遠程醫療還包括遠程影像、診斷及會診等。國外相對于我國起步早。

一開始，遠程醫療通過雙向電視系統實現，后來通過通訊技術和電子技術進行醫學活動。由于計算機、通訊技術發展，遠程醫療將會得到劇烈發展。這對未來醫療事業的改革將產生巨大的影響

二、系統總體方案設計

方便醫護工作者對病人身體體溫、心率、血壓等身體基本參數實時監測，本方案設計基于物聯網技術設計的遠程監控系統。該系統主要由三部分組成：感知層、網絡層、應用層。系統總體設計框架如圖1所示。

圖1 系統總體設計框架

感知層通過無線傳感網絡實現對體溫、心率、血壓等參數數據采集，核心控制器采用STM32，一旦出現數據異常，會產生報警控制，提示醫護工作者，并及時采取處理。

網絡層主要由物聯網網關和云平臺組成。通過智能網關將采集到的數據通過4G網絡、Wife傳輸到云平臺并存儲，后臺需要查詢數據時，可以實時進行提取分析處理。

應用層可以根據服務器的數據信息搭建監控平臺，對醫療設備進行信息資源整合，提高實時監控能力，完成病人身體狀態預警，提高診斷效率。

三、系統硬件設計

(一)系統控制芯片選型

核心控制器選擇STM32L476芯片，該芯片后期可進行功能擴展和保持系統穩定工作的優勢。主控制器模塊和數據采集模塊采用的鋰電池LM2576s和ASM117組成的3.3V和5V電壓轉換電路進行供電，各類身體參數由專門的檢測儀表進行檢測。

(二)物聯網智能網關

智能網關是一款具備挖掘工業設備數據并接入到用戶自主開發的云平臺或物通聯博IOT套件中智能嵌入式網絡設備。它具備數據采集、協議解析、邊緣計算，4G/3G/Wifi數據傳輸和接入云平臺。從功能上講，物聯網網關主要實現以下功能，如表1所示。

表1 物聯網網關功能介紹

四、系統軟件設計

(一)MCU驅動程序設計

醫療設備監控系統在設計程序算法時要考慮到降低鋰電池的供電損耗，使得控制器不工作時可切換到休眠狀態，使得能耗降到最低。并通過冗余檢查和軟件濾波的方式處理傳感器參數，優化數據，增強數據的準確性和可靠性。

(二)IoT連接管理平臺插件設計

IoT連接管理平臺具有數據、設備和運營管理等能力，而且在網絡接入、各種終端適配、海量數據采集上做到安全、靈活和分析處理。將采集到的16進制數據進行解碼操作，得到服務器能識別JSON格式的數據。下發的數據則解碼成16進制的格式方便設備“理解執行”。

設備描述性文件由一個概括整體的設備描述文件和分別對應體溫、血壓檢測功能的兩個服務型文件。

(三)應用程序設計

醫療設備監控系統的頂層應用程序設計，首先創建一個Web工程，基于myeclipse集成開發環境下進行編譯、調試，然后部署一個Web服務器，實現將云平臺數據至云服務器下儲存。Web應用程序主要由兩個部分組成：提供Web服務的服務器端網站以及向服務器提出信息瀏覽要求的客戶端瀏覽器。客戶端主要是通過編譯HTML文件中的內容，將網頁的執行結果呈現在瀏覽器窗口中,優點是不需要下載和安裝，直接就可以使用。可隨時隨地通過電腦對病人體溫、血壓進行監控。并且可根據身體參數數值來診斷病人身體情況，實現遠程監控，大大增加了便利。

五、系統測試應用

系統的主要功能是完成對病人身體各項參數監控，以便實時了解病人身體狀態為了檢驗該系統的可靠性，通過對比的方式監測病人身體各個參數。利用體溫計、血壓檢測儀分別測量病人參數，對其進行20h的檢測，以每隔2h間隔對其測量，檢測病人身體參數變化，并與系統所測的數據進行對比。利用所測得的數據畫出體溫、血壓誤差對比圖驗證該系統的可靠性。如圖2、圖3所示。

圖2 體溫誤差對比

圖3 血壓誤差對比

由圖2、3可知，通過物聯網技術和Java web技術，該醫療設備遠程監控系統實時監測到的身體參數的變化與實際測量儀所測得的數據由圖可清晰的看出兩條曲線幾乎重合，誤差范圍在1%以內，并且該遠程監系統于實地測試半年未發現異常，所有參數誤差都在合理的范圍之內，工作情況穩定，效果明顯，通過回訪調查，該系統體現了較強的實用性、可靠性，可滿足現代對遠程醫療監控需求。

六、結論

本方案基于物聯網技術設計的醫療設備遠程監控系統，利用傳感器輸入模塊采集病人各身體參數實時數據信息，對病人進行實時監測，再利用智能網關模塊將傳感器所測的實時數據傳送至云平臺，通過云平臺或者應用程序進行監控、控制及數據的存儲，進而對實現對病人遠程診斷。

通過實地的測試和反饋，證明了該系統的實時性、可靠性和高效性。用戶通過客戶端可以方便查看病人身體數據變化的歷史數據，從而實現對病人的診斷護理，為實現遠程醫療，解決醫療資源分配不均做出巨大貢獻，也為其他智能產業的發展打下了良好的基礎。