基于无线网络的智能监护系统设计

尚蔚

太原理工大学



基于无线网络的智能监护系统设计

尚蔚

太原理工大学

本文介绍目前医疗监护系统的现状，对分析了该系的需求分析，并设计了基于无线网络的智能医疗监护系统，实现智能手机与医疗监护中心信息网络相连接，通过蓝牙技术将便携式健康监护器与智能手机形成畅通的信息反馈系统，搭建一个基于无线通信技术组成的医疗生理监控数据系统。

无线网络 智能监护 多参数

1　引言

在信息技术、通信技术、信息硬件技术高速发展的带动下，远程医疗的概念逐渐走入我们的生活，并演变成为一个完善的学科科目。广义上理解，远程医疗是指借助现代信息科技和新型通信工具来实现对医患远程分离后疾病的诊断、治疗和康复等综合治疗的医疗方式，这其中包括多种专业技术，例如远程问诊、异地疾病诊疗、远程医疗会议、超距离可视电话医疗信息服务等医疗活动。狭义上看，远程医疗是指一系列具体的远程医疗治疗行为，例如远程诊断、远程手术、远程专家坐诊等。

2　系统相关技术简介

2.1生理参数采集原理

对于疾病患者来说，采集各项与疾病相关的生理数据是一项必要的疾病监控工作。其中可以大体分为如下四种数据测量工作：机械测量：测量患者心肺、脉搏等振动频率；测量患者血压、胸气压以及血管内部压力数据；测量患者肌肉松弛度、心脏张力等。热学方法：一般用来采集患者体温数据。光学技术：针对患者的心血管静电量、血氧含量等进行数据采集。化学检测：可以采集患者体内pH值、呼吸压力等数据。

2.2GPRS无线网

GPRS是一种相对成熟的通信技术，具有覆盖范围广的特点，其本身具备超强的数据处理功能，数据处理效率相对较高，平均速度可达128kbps，可为传输医疗数据提供良好的稳定性保证。GPRS网络对硬件要求不高，所需硬件体积较小，故障率较低，具有远程数据传输的优势。正是上述优点，本文决定采用GPRS作为连接智能手机与服务器的通信网络。

2.3蓝牙无线网

蓝牙技术是一种新型短距离通信技术，基于无线射频原理，常见于个人或者家庭即时通信，在许多民用数据通信产品中都有所体现。蓝牙通信网络使用公用ISM频段，因此不需要专门的许可证审批，可以在世界任何一个角落使用。目前，蓝牙技术由于耗能低、反应快、成本小的优点被广泛普及使用。其硬件设备主要为一块8×8毫米的芯片，可以方便地嵌入到个人通信终端，具有很强的应用功能。

2.4医疗传感器

传感器分生物和物理两类，前者是动物天生具备的生理功能，后者是人工模拟技术的产物，能够敏感地捕捉外部环境中特殊的信号，并将信号如实传导给信息控制中枢进行处理。物理传感器的出现弥补了人类自身生理功能的不足，能够扩大对未知世界的感知范围，提高了改造自然的能力，现代传感器都依托电子信息技术对外部环境信息进行有效捕捉。这几年来，医学界开始普遍装备传感器，在许多医疗设备中都具有这类功能，并且传感器逐渐朝着智能化、微小化和远程操控等方向发展。

3　系统总体设计

3.1系统功能

精准收集各种人体生理指标，例如脉搏、心率、血压等；监控设备将收集到的生理数据通过通信技术发送到智能手机，再由其进行通信处理；智能手机收到数据信息后，对其加以处理和分析，按照对应的特征发出不同的信号，给患者和医生发出警告提示；借助第三代移动通信技术，实现手机与医疗中心顺畅连接，二者之间可以及时传送病人生理数据和治疗方案等信息；医疗中心服务器接受不同手机终端发来的病人数据，并一一处理再反馈处理方案。

3.2系统总体架构

健康监控系统由多个设备组成，主要有生理数据采集仪、手机终端、数据处理器和通信服务器等。患者随身携带的佩戴式多功能健康监护终端。监控仪器一种多功能病人便携式设备，它具备采集人体生理数据、数据分析、数据信息反馈和发送等多种功能，是本文移动医疗系统中重要的仪器设备之一。其硬件种类主要有蓝牙设备、预警系统、传感器功能、数据通信设备等。

3.3监护中心站

监控中心是远程医疗系统的关键组成，它负责协调网络综合运行、数据分析和信息传输等工作。所有远程监控设备和终端的通信连接都必须通过监控中心来实现，所有传输数据的处理和收集最终归集到监控中心统一处理，根据检测终端发送的数据反馈患者病情报告信息，将医生的诊断方案和决定发送到患者终端处。

3.4通信网络

整个医疗监控系统通信功能负责连接上述功能模块。其中手机终端与生理监控终端由蓝牙网络连接，而手机终端与生理监控端的连接依靠GPRS来完成。

4　系统软件结构

4.1监护终端子系统

健康终端的主要功能内容有负责采集病人生理数据、发送数据到智能手机处，完成一手信息的收集工作。该监控监控系统主要组成部分有蓝牙系统、协议数据、定时发送系统、数据分析归类程序、显示终端、数据分析、传感器等多个模块。

4.2通信子系统

病人和医生之间的沟通依靠通信系统来完成。通过当前的第三代移动通信技术，将手机终端与健康监控中心服务器相连接，病人的生理数据被监控终端采集后发送到健康监控中心，由此组成远程监控框架；利用蓝牙通信技术可以实现手机终端与监控终端的通信，并即时传送一手数据资料。手机终端并不只会简单地传送数据，也具备一定的分析功能，它可以简单分析病人生理数据，形成初步的医疗分析报告，同时根据事先设定的参数发出不通过的警报信号。通信子系统由如下模块构成：SOCKET通信、协议封装、蓝牙通信、数据处理、数据存储、显示单元、报警等。

4.3中心服务器子系统

监控中心服务器设在医院内，依靠防火墙实现与外网的连接，在硬件上组成一个局域网络，可以接受和处理所有监控终端采集并发来的健康数据。中心服务器主要由数据库系统、路由器以及终端接受装备组成。利用监控中心服务器的功能，可以实现对病人病理的远程监控，记录病症变化情况，并在突发情况出现之前及时预警，医疗团队可以通过分析病人的监控数据及时做出诊治方案。中心服务器的构成相对复杂，主要由如下部分组成：数据分析设备、数据传送器、数据采集系统、诊断设备、通信协议、显示终端、监控终端等。

5　结论

本文以无线网络技术为基础构建无线监护系统，具有功率低、体积小、网络运营费用低等优点，但同时也存在着诸多问题有待深入研究，如信息安全问题、节点定位问题、容错机制等，随着无线通信技术的发展，有着低成本、高灵活性等优点的无线传感器网络在医院以及社区医疗监护服务中将有着广阔的应用前景。

［1］ 田红成.远程医学的三大支撑技术［J］.中华医学图书情报，2009，14（4）：35-38

［2］ 余海钱.基于GPRS 的便携式健康监测系统的设计［D］.重庆大学，2008

［3］ 武秋红.基于无线传感器网络的远程医疗监护系统［J］.科技信息，2011，11：6

尚蔚（1980.11---）汉族，山西省长治人，太原理工大学在职硕士研究生，从事通信工作，工作单位：中国联合网络通信有限公司长治分公司