基于物联网技术的医疗设备远程监控系统设计

杨友良 张建舒

(华北理工大学电气工程学院 河北 唐山 063210)

引言

我国是人口大国，医疗改革一直是我国关心的主要问题。医疗条件优势分配不均，大小城市的医疗水平差距较大。随着物联网技术的发展，充分发挥医院或医疗中心先进的医疗技术和医疗器械优势，对医疗条件薄弱地区的病人实现远程医疗诊断、并且实现远程监控病人的身体状态。

将物联网技术与医疗设备结合起来是医疗事业发展的必然趋势，极大的解决了中国地域差异带来的医疗水平分布不平衡问题。

一、远程医疗技术的发展

由于物联网技术的发展，大力提升了远程医疗技术。远程医疗包括远程医疗诊断、护理、教育、医疗信息服务等医学活动。狭义上来说，远程医疗还包括远程影像、诊断及会诊等。国外相对于我国起步早。

一开始，远程医疗通过双向电视系统实现，后来通过通讯技术和电子技术进行医学活动。由于计算机、通讯技术发展，远程医疗将会得到剧烈发展。这对未来医疗事业的改革将产生巨大的影响

二、系统总体方案设计

方便医护工作者对病人身体体温、心率、血压等身体基本参数实时监测，本方案设计基于物联网技术设计的远程监控系统。该系统主要由三部分组成：感知层、网络层、应用层。系统总体设计框架如图1所示。

图1 系统总体设计框架

感知层通过无线传感网络实现对体温、心率、血压等参数数据采集，核心控制器采用STM32，一旦出现数据异常，会产生报警控制，提示医护工作者，并及时采取处理。

网络层主要由物联网网关和云平台组成。通过智能网关将采集到的数据通过4G网络、Wife传输到云平台并存储，后台需要查询数据时，可以实时进行提取分析处理。

应用层可以根据服务器的数据信息搭建监控平台，对医疗设备进行信息资源整合，提高实时监控能力，完成病人身体状态预警，提高诊断效率。

三、系统硬件设计

(一)系统控制芯片选型

核心控制器选择STM32L476芯片，该芯片后期可进行功能扩展和保持系统稳定工作的优势。主控制器模块和数据采集模块采用的锂电池LM2576s和ASM117组成的3.3V和5V电压转换电路进行供电，各类身体参数由专门的检测仪表进行检测。

(二)物联网智能网关

智能网关是一款具备挖掘工业设备数据并接入到用户自主开发的云平台或物通联博IOT套件中智能嵌入式网络设备。它具备数据采集、协议解析、边缘计算，4G/3G/Wifi数据传输和接入云平台。从功能上讲，物联网网关主要实现以下功能，如表1所示。

表1 物联网网关功能介绍

四、系统软件设计

(一)MCU驱动程序设计

医疗设备监控系统在设计程序算法时要考虑到降低锂电池的供电损耗，使得控制器不工作时可切换到休眠状态，使得能耗降到最低。并通过冗余检查和软件滤波的方式处理传感器参数，优化数据，增强数据的准确性和可靠性。

(二)IoT连接管理平台插件设计

IoT连接管理平台具有数据、设备和运营管理等能力，而且在网络接入、各种终端适配、海量数据采集上做到安全、灵活和分析处理。将采集到的16进制数据进行解码操作，得到服务器能识别JSON格式的数据。下发的数据则解码成16进制的格式方便设备“理解执行”。

设备描述性文件由一个概括整体的设备描述文件和分别对应体温、血压检测功能的两个服务型文件。

(三)应用程序设计

医疗设备监控系统的顶层应用程序设计，首先创建一个Web工程，基于myeclipse集成开发环境下进行编译、调试，然后部署一个Web服务器，实现将云平台数据至云服务器下储存。Web应用程序主要由两个部分组成：提供Web服务的服务器端网站以及向服务器提出信息浏览要求的客户端浏览器。客户端主要是通过编译HTML文件中的内容，将网页的执行结果呈现在浏览器窗口中,优点是不需要下载和安装，直接就可以使用。可随时随地通过电脑对病人体温、血压进行监控。并且可根据身体参数数值来诊断病人身体情况，实现远程监控，大大增加了便利。

五、系统测试应用

系统的主要功能是完成对病人身体各项参数监控，以便实时了解病人身体状态为了检验该系统的可靠性，通过对比的方式监测病人身体各个参数。利用体温计、血压检测仪分别测量病人参数，对其进行20h的检测，以每隔2h间隔对其测量，检测病人身体参数变化，并与系统所测的数据进行对比。利用所测得的数据画出体温、血压误差对比图验证该系统的可靠性。如图2、图3所示。

图2 体温误差对比

图3 血压误差对比

由图2、3可知，通过物联网技术和Java web技术，该医疗设备远程监控系统实时监测到的身体参数的变化与实际测量仪所测得的数据由图可清晰的看出两条曲线几乎重合，误差范围在1%以内，并且该远程监系统于实地测试半年未发现异常，所有参数误差都在合理的范围之内，工作情况稳定，效果明显，通过回访调查，该系统体现了较强的实用性、可靠性，可满足现代对远程医疗监控需求。

六、结论

本方案基于物联网技术设计的医疗设备远程监控系统，利用传感器输入模块采集病人各身体参数实时数据信息，对病人进行实时监测，再利用智能网关模块将传感器所测的实时数据传送至云平台，通过云平台或者应用程序进行监控、控制及数据的存储，进而对实现对病人远程诊断。

通过实地的测试和反馈，证明了该系统的实时性、可靠性和高效性。用户通过客户端可以方便查看病人身体数据变化的历史数据，从而实现对病人的诊断护理，为实现远程医疗，解决医疗资源分配不均做出巨大贡献，也为其他智能产业的发展打下了良好的基础。