基于物联网的智能医用监控系统

李长伍

基于物联网的智能医用监控系统

李长伍

(苏州泽德医疗器械有限公司，江苏 苏州 215000)

基于物联网技术开发设计了智能医用监控系统，在病床、医疗设备中内嵌传感器节点，在不触及患者身体的情况下实时采集患者的心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率、体温、翻身次数、离床时间、药物输注时间和药物输注量等重要参数进行分析统计，实现对患者检测、异常报警。该系统在医疗领域具有广阔的应用前景。

物联网；ZigBee；监控；传感器；异常报警

0 引言

医疗监控是医生对患者进行诊治的重要环节，现有的对患者生理数据采集的医疗监护设备可分为有线和无线两大类。有线的医疗监护设备往往因为需要线缆连接而使其体积庞大进而导致设备成本高，不便于携带。目前的大多数医院仍然使用有线的医用设备，医务人员需要时刻在病人或者固定的医用设备旁边观察病情，对重要的生命体征进行人工采集，不仅繁琐而且工作量大，无法做到实时、不间断地采集监测数据。

随着科技的发展，物联网技术越来越成熟，医疗物联网的构建越来越受到关注。医疗物联网也使得患者生命体征的实时监测成为可能。本文基于物联网技术，设计出一款无线的医疗监护设备，通过无线网把采集到的数据上传到监护人员手中，方便监护人员掌握病人的具体情况。即使监护人员不在病房内，也可以对出现异常的病人进行定位，以便医疗人员及时对病人进行救治。

1 物联网技术

物联网按照字面可理解为物物相连所组成的网络，物联网(Internet of Things)这个词，国内外普遍公认的是Ashton教授于1999年在研究RFID时最早提出，标志着物联网技术的诞生[1]。2005年国际电信联盟发布的报告中重新定义了物联网的定义和范围，不再只是指基于RFID技术的物联网。2009年8月温家宝总理提出“感知中国”，物联网被列为国家五大新兴战略产业之一引来了快速发展。物联网形式多样、技术复杂、涉及面广，融合了半导体、传感器、通信技术、计算机等多种技术[2]。

本系统应用ZigBee技术来实现物联网，把采集数据的传感器接入ZigBee终端节点，并且把ZigBee内嵌到医用电气设备中。其具有自组织多跳的机制，即使某一个传输路径出错，还可以通过其他路径进行数据传输，实现数据的实时监控，改变了传统的查房采集方式。

2 系统总体方案

2.1 系统总体结构及主要功能

(3)0～10 cm土层，0.05～0.25 mm和<0.0 5 mm粒径微团聚体有机碳对总有机碳有显著作用；10～20 cm土层，在1～2 mm、0.05～0.25 mm粒径，团聚体有机碳对总有机碳有显著作用；20～40 cm和40～60 cm土层有机碳对团聚体有机碳影响不明显。这与植物根系分布深度及耕作施肥深度有关，同时也说明了红壤有机碳的增加通过形成或进入小团聚体而实现。

中央控制器负责对数据的运算和识别，由于手机和计算机都没有采用ZigBee技术，因此使用WiFi模块负责上位机与中央控制器的通信，进而实现ZigBee网络各节点与上位机终端的通信。系统的总体架构如图1所示。

智能医用监控系统由无线传感器网络、中央控制器、WiFi模块和上位机软件四个部分组成。其中无线传感器网络又由连接传感器和医用设备的各个ZigBee终端节点、中继器和协调器组成，传感器安装在病床上采集病人的数据，终端医用设备(如输注泵、监护仪等)安放在病床前。传感器和终端医用设备采集的数据由终端节点发送给中继器，中继器接收到终端节点发送过来的这些数据后发送给网络协调器，网络协调器负责调度整个无线传感器网络的数据。

图1 系统架构

2.2 系统硬件架构

系统的软件分为两大块，底层单片机程序设计和上位机编程设计。对于单片机程序的编写，主要使用C语言编写串口、IIC、SPI等程序与各外围电路进行信息的交互。

射频芯片CC2530采用了AES-128的加密算法保证数据的安全可靠，可对数据包完整性进行检查，支持鉴权和认证。其低功耗的特性使各终端设备无需经常更换电池，方便对设备的管理和维护。其使用ZigBee技术传输数据，具有可移动的特性。

2.3 系统软件架构

由CC2530射频芯片传送过来的各终端的信息，经中央控制器处理后通过STM32F103的串口发送给ESP8266无线WiFi模块。

习近平指出：“从严治党有其自身规律，对我们这样一个老党大党来说，从严治党更有其自身规律。我们党在长期实践中，不断总结和运用好自己正反两方面经验，也积极借鉴国外执政党建设的经验教训，深刻认识到了一些从严治党规律，这些都要继续运用好。”［4］28－29

W25Q128存储芯片通过SPI接口与主控芯片连接，用于存储系统所采集到的临时数据方便上位机实时查询，也可存储用户设置的如床位号对应的具体报警数值等特定参数。

中央控制器采用STM32F103作为主控芯片，它集成了串口、IIC和SPI通信接口，利用IIC接口可以控制液晶显示的内容、对比度和背光等，可与其他模块通信，实现各硬件的管控，从而实现了人机交互界面的建立。

（1）Porter，Steers & Mowday（1974）开发出一份组织承诺量表OCQ。之后，他们对此份量表做了进一步的完善，将该量表改为15个测量项目，其中6个为反向题，用来测量组织承诺的三个维度：对组织目前和价值观的强烈认同和接受；愿意为组织贡献自己的力量；愿意保持组织成员身份的自豪感。该量表在应用之初受到了广泛的关注，但是近年来却遭到了许多学者的质疑，原因主要是这个量表不能明确的界定不同类型的组织承诺。

其中Tcoh表示总的相干积分时间，Ii(m)、Qi(m)分别表示第i个总相干积分时间Tcoh内短时积分结果进行FFT变换之后得到的实部和虚部，Tp=Tcoh/M，M表示相干积分分段数，L表示每一段短时相干积分时间内的点数L=Tp/Ts，Ts表示采样周期，Δf是本地信号与接收信号的频差，R(τ)为L1OC信号的伪随机码和本地码的互相关值，τ表示本地码和接收信号的伪随机码的延迟。

3 各部分功能及构成

3.1 传感器采集

2组患者术后1周和末次随访时Cobb角较术前均明显改善，差异有统计学意义（P ＜ 0.05，表2）。术前和术后1周Cobb角2组间相比差异无统计学意义（P ＞ 0.05），末次随访时B组Cobb角显著小于A组，差异有统计学意义（P ＜ 0.05，表2）。末次随访时，B组Cobb角丢失1.22°±0.34°，A组丢失5.62°±1.16°，差异有统计学意义（P ＜ 0.05，表2）。

传感器是系统感知患者体征的眼睛，传感器主要放置在病床上，将患者翻身次数、离床时间和睡眠质量等数据转换为电信号，并且使用非接触式采集，不额外添加接触患者的设备；低功耗，无需经常更换电池；通过无线的方式采集传输，实现实时监测。

3.2 医用设备数据采集

上位机编程可细分为Windows计算机终端、Android终端和苹果终端，三个平台编程方法各有不同，Windows计算机终端编程采用微软公司提供的可视化集成开发环境Visual C++6.0，其包含许多组件，如编辑器、调试器、程序向导AppWizard、类向导Class Wizard等开发工具，非常适合Windows系统下的软件编写。Android终端编程采用开放源代码、基于Java的可扩展开发平台的Eclipse集成开发环境进行开发。苹果终端编程采用Xcode集成开发环境，它具有统一的用户界面设计，并且编码、测试和调试都在一个简单的窗口内完成。

对医用设备的数据采集，主要通过在医用设备中内嵌无线采集节点，把设备运行的一些例如监护仪上的人体心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率、体温状态以及输注泵上的药物输注时间、药物输注量和输注速度等信息实时传送给控制器，并且设备的历史运行记录可在需要的时候调取出来。

3.3 控制器

控制器作为整个系统硬件的心脏，负责各无线节点数据的运算整合、数据缓冲、接收和识别命令、地址识别等，还可用于各外围电路信号交换的桥梁。通过无线WiFi模块可将采集到的数据传输到医院局域网中。

“你把这个带去吧！放在包袱里，别叫人给你抢去，娘一个钱也没有。若饿肚时，你就去卖掉，买个干粮吃吧！”走出门去还听母亲说：“遇见日本子，你快伏在蒿子下。”

检测单元主要包括固定式皮带输送带、可旋转皮带输送带、滚子输送带、CCD检测摄像头及图像处理电脑、搬运机器人以及电气控制柜等部分(图2)，可实现对托盘中的大、小工件进行CCD检测的功能。

3.4 上位机软件

上位机软件能实现数据的监控，监控到整个监控区域内的所有患者的信息；系统能为医务人员提供患者实时的生命体征信息作为诊断参考；可为某一个患者设置某一特定的报警阈值，超过了系统自动提示报警；系统可在计算机、手机、平板电脑等不同终端上使用。

4 结论

本设计基于物联网技术，在硬件上设计无线传感器节点，可实时采集患者心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率、体温等参数，对医疗诊治具有非常重要的作用，该设备具有抗干扰能力强、功耗低、安全性能高、实用性强等优点。而目前国内大多数医院无法实时地采集这些数据，智能医用监控系统的设计主要需解决了这些难题，具有很高的实用价值。

[1] 刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2011.

[2] 杜军朝，刘惠，刘传益，等.ZigBee技术原理与实战[M].北京：机械工业出版社，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

李长伍.基于物联网的智能医用监控系统[J].微型机与应用，2017,36(4)：94-95.

2016-09-19)

李长伍(1989-)，通信作者，男，本科，电子工程师，主要研究方向：嵌入式、医疗电子产品开发。E-mail:18862120629@qq.com。