基于面向家庭的遠程健康監(jiān)護醫(yī)療系統(tǒng)的設計

1 引 言

遠程醫(yī)療監(jiān)護是指通過通信網絡將遠端的生理和醫(yī)學信號傳送到監(jiān)護中心進行分析，并給出診斷意見的一種技術手段。他是隨著計算機技術、現代通信技術的發(fā)展而發(fā)展起來的。計算機技術與現代通訊的發(fā)展為遠程醫(yī)療服務帶來新的機遇，使得人們可通過應用計算機技術和現代通信，實現個人與醫(yī)院間，醫(yī)院和醫(yī)院間的醫(yī)學信息的遠程傳輸和監(jiān)控，遠程會診、醫(yī)療急救、遠程醫(yī)療教育與交流等。其中面向家庭的遠程醫(yī)療健康監(jiān)護是在配備先進適宜的醫(yī)療設備的條件下，將千家萬戶和醫(yī)療機構聯(lián)系起來，實現醫(yī)療進入家庭，在病人家中實施監(jiān)護、診斷、治療、康復和保健多位一體的一種新的遠程醫(yī)療模式。遠程病人監(jiān)護已經越來越引起人們的極大關注。其快速發(fā)展有很強的社會現實背景：

(1)隨著環(huán)境污染的加劇、人民生活習慣的改變，工作壓力的增強，威脅人類健康的疾病也出現了新的情況。惡性疾病和慢性疾病如心血管疾病、腦血管疾病及惡性新生物已成為威脅人類健康的頭號殺手。

(2)隨著生活水平的提高，醫(yī)療衛(wèi)生條件的改善，人類壽命日益延長，老齡化趨勢非常明顯。

(3)現代通信技術的發(fā)展，尤其是移動通信技術和互聯(lián)網技術的飛速發(fā)展為遠程監(jiān)護提供了強有力的技術支持。

這種新的遠程醫(yī)療模式是一項非常重要的技術，且具有很多的優(yōu)點。首先他極大地方便了廣大的病患者，尤其是一些特殊的人群，如：行動不便的殘疾病人和患慢性的老人，需要定期檢查的孕婦和兒童，需要長期到醫(yī)院復查病情的慢性病患者(如糖尿病，心臟病患者)，遠離醫(yī)院交通不便的病人等。其次這種新的遠程醫(yī)療模式也有效地降低醫(yī)院門診的工作負荷，使得醫(yī)院門診可集中精力于危急重癥和疑難雜癥，有效地配置和使用有限的醫(yī)療資源，為生活節(jié)奏緊張時間緊迫的城市人提供了一個隨時隨地的家庭醫(yī)療保健。人們攜帶無線傳感設備可以自由地移動，可以在熟悉的環(huán)境中時刻監(jiān)護他們的生理參數而無需去醫(yī)院。他不僅可以輔助治療，還能在患者病情突然惡化時報警。醫(yī)護人員可以在遠端的監(jiān)護中心觀察病人的健康狀況并提供實時的診斷和建議，也可以長期對病人進行監(jiān)護。另一方面，對健康人群的遠程監(jiān)護，還可以發(fā)現疾病的早期癥狀，從而達到保健和預防疾病的目的。

本文設計的是一種新的網絡式監(jiān)護裝置及系統(tǒng)，他基于無線傳感器網絡技術，由傳感器采集人體各種健康參數。這些模擬信號經過前置電路的處理，以數字信號的形式輸入微控制器，通過無線數據傳輸和計算機通用串行總線接口進入PC機，由Internet發(fā)送到遠程監(jiān)護中心，為專業(yè)醫(yī)療人員提供各種重要的生理參數變化。然后由其對數據進行統(tǒng)計觀察，提供必要的咨詢服務，實現遠程醫(yī)療。目的是利用高頻率的無線多通道數據傳輸方式，傳遞醫(yī)療傳感器與監(jiān)護控制儀器之間的信息，減少監(jiān)護設備與醫(yī)療傳感器之間的連線，使得被監(jiān)護人能夠擁有較多的自由活動空間。

2 系統(tǒng)結構

面向家庭的遠程健康監(jiān)護醫(yī)療系統(tǒng)主要由2大部分組成：遠程醫(yī)療儀器感測系統(tǒng)和通信傳遞系統(tǒng)。遠程醫(yī)療儀器感測系統(tǒng)作用是采集用戶的身體狀態(tài)資料，作為網絡化居家生理監(jiān)視理療器具，遠程監(jiān)護系統(tǒng)必須穩(wěn)定、可靠，有一定的自檢功能，操作簡單。從病人的安全角度考慮，應盡量使用成熟、可靠的技術，并且盡量能和現成的系統(tǒng)兼容并共享數據，并根據需要進行擴展。而通信技術則為實現遠程醫(yī)療提供強而有力的技術支持，根據遠程醫(yī)療應用中傳送的信息量大小和實時性要求的不同，可采用不用的通信技術。本文的面向家庭的健康監(jiān)護系統(tǒng)中，無線傳感器網絡數據傳輸是各種監(jiān)測設備與計算機及遠程主干通信網的主要連接方式。與有線傳輸相比，他的的優(yōu)點是：

(1)具有足夠快的速度，能夠滿足設備間的數據傳輸需要；

(2)具有很好的擴展性，系統(tǒng)內設備進行增加或減少都不會影響其他設備的使用；

(3)具有很好的適應性，便捷性和移動能力，不受物理環(huán)境的約束。

本文設計的監(jiān)護系統(tǒng)由監(jiān)護基站和傳感器節(jié)點構成一個微型監(jiān)護網絡；傳感器節(jié)點對使用者的各項生命指標進行數據采集，通過無線通信方式將數據發(fā)送至監(jiān)護基站，并由該基站將數據傳輸至所連接的PC機，通過Internet網絡可以將數據傳輸至遠程醫(yī)療監(jiān)護中心，由專業(yè)醫(yī)療人員對數據進行統(tǒng)計觀察，提供必要的咨詢服務，實現遠程醫(yī)療。

用戶還可以通過個人PC對所采集數據進行一個初步的分析，并通過電腦所給出的一個初步判斷采取應急的措施。醫(yī)療生物傳感器節(jié)點可以根據不同的需要而設置，因此該系統(tǒng)具有極大的靈活性和擴展性。同時，將該系統(tǒng)接Internet網絡，可以形成更大的社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護網絡、醫(yī)院網絡乃至整個城市和全國的醫(yī)療監(jiān)護網絡。圖1為本系統(tǒng)的結構圖。

3 監(jiān)護傳感器節(jié)點和監(jiān)護基站設計

傳感器節(jié)點用于測量生理參數，所取得的數據通過無線傳感網傳送到基站。而所組成的網絡所需要的傳感器節(jié)點可以根據需要進行擴展。圖2是傳感器節(jié)點的框圖器節(jié)點的框圖，他由傳感器、信號調理電路、處理器、無線通信模塊共4個主要部分組成。其中無線通信模塊是實現無線監(jiān)護的關鍵。

基站單元可以采集并顯示測試得到的數據信息，并能夠對異常情況進行報警。如果必要的話，數據將自動被發(fā)送給遠程的監(jiān)護中心，尋求醫(yī)生的建議和幫助。因此本系統(tǒng)中的監(jiān)護基站設備被設計成一種隨身攜帶設備，同時監(jiān)護基站設備可以和系統(tǒng)中的多個傳感器節(jié)點進行通信以完成數據的采集和顯示等功能。在使用過程中，監(jiān)護基站設備通過無線信道向傳感器節(jié)點發(fā)送控制命令來啟動傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點接收到命令后進行相應的數據采集動作采集人體生理指標數據，采集結束后通過無線通信的方式將數據返回到監(jiān)護基站，由監(jiān)護基站進行進一步地顯示、存儲等操作?；镜闹饕煞职ㄓ脩艚换ソ缑婺K、無線通信模塊、報警模塊及數據傳輸模塊。與遠程監(jiān)護中心的通信方式可以根據應用需要、網絡建設情況進行選擇。圖3是基站的框圖。

無線通信模塊主要完成和傳感器節(jié)點間的數據交互?；究梢酝ㄟ^串口、USB接口及網絡適配器接入本地計算機，然后再通過因特網傳輸到遠程監(jiān)護中心。監(jiān)護基站設備在正常工作狀態(tài)下使用電池進行供電，因此在設計過程中尤其注意了低功耗的管理與控制。在不工作的時刻，系統(tǒng)會進入低功耗以及休眠狀態(tài)來節(jié)省系統(tǒng)能量。

4 用戶自診斷系統(tǒng)的設計

在本系統(tǒng)中，PC機不僅是一個負責客戶登陸網絡服務器并和醫(yī)生進行實時通訊交流的工具。他還擔任了一個很重要的工作，即提供一個自診斷信息數據庫并為用戶實現自診斷服務功能。

診斷系統(tǒng)的主要功能就是在把由傳感器采集來的體溫、脈搏、血壓等數據發(fā)送給醫(yī)院之前對數據進行一個初步的分析。在對數據進行完一個設定好的信號處理分析并計算出對應的人體信息數據后，通過對得出的人體數據進行判斷決定是否將數據發(fā)送出去，同時用戶端的診斷軟件還提供類似與專家系統(tǒng)作用的白診斷功能，提供給用戶參考使用。圖4是自診斷分析系統(tǒng)的流程圖。

5 結 語

遠程監(jiān)護利用傳感技術和現代通信技術將病人的監(jiān)護范圍從醫(yī)院內擴展到通信網絡可以到達的任何地方，從而實現病人與診所、診所與醫(yī)院或醫(yī)院間醫(yī)療信息的傳送。遠程監(jiān)護提供一種通過對被監(jiān)護者生理參數進行連續(xù)監(jiān)測研究遠地對象生理功能的方法，他縮短了醫(yī)生和病人之間的距離，醫(yī)生可以根據這些遠地傳來的生理信息為患者提供及時的醫(yī)療服務，遠程監(jiān)護系統(tǒng)不僅能提高老人的生活質量，而且能夠及時捕捉老人的發(fā)病先兆，結合重要生理參數的遠程監(jiān)護，可以提高老年人的家庭護理水平。這對于患者獲得高水平的醫(yī)療服務及在緊急情況時的急救支援，具有重要意義。遠程監(jiān)護系統(tǒng)是順應信息社會發(fā)展和人們對醫(yī)療保健的需求而產生和發(fā)展起來的。隨著信息技術的不斷發(fā)展，其形式將更加多樣，無線、移動和傳感技術融合而成的微型化無線智能傳感網絡必將為遠程監(jiān)護系統(tǒng)的發(fā)展帶來新的突破。