基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周正貴

(安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽蕪湖 241002)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，為設(shè)計(jì)新的醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)提供了理論及實(shí)踐支持。目前國(guó)內(nèi)外都在積極研發(fā)遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)，以便更好的服務(wù)于人類(lèi)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀藶橹行牡倪h(yuǎn)程醫(yī)療體系［1-3］。人們不用去醫(yī)院就可進(jìn)行體檢。

遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)可以應(yīng)用在家庭、學(xué)校、社區(qū)等場(chǎng)所。系統(tǒng)終端安裝有檢測(cè)各種健康儀器的設(shè)備，如血壓計(jì)、心電監(jiān)護(hù)儀、脈搏檢測(cè)儀等，人們通過(guò)終端設(shè)備可自行檢測(cè)，檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給醫(yī)院醫(yī)生進(jìn)行診斷，醫(yī)生再把診斷的結(jié)果反饋到相應(yīng)人的手機(jī)等接收裝置，隨時(shí)對(duì)個(gè)人健康進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)的應(yīng)用，改善了居民的就醫(yī)途徑，提高了居民的健康狀況，降低了看病成本等優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過(guò)各種類(lèi)型傳感器或其他感知器件采集低層數(shù)據(jù)，然后通過(guò)無(wú)線或有線通信方式把數(shù)據(jù)送給處理器處理并在PC平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)可視化的智能控制目的。感知層主要是負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，如RFID射頻識(shí)別技術(shù)、一維碼或二維碼形式的電子標(biāo)簽、傳感器等;數(shù)據(jù)傳輸層即網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的流通，如ZigBee網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙等;應(yīng)用層的作用是根據(jù)底層采集的數(shù)據(jù)做出智能判斷或結(jié)論分析，實(shí)現(xiàn)智能感知、智能控制、智能決策的目的［4-5］。

1 遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)平臺(tái)組成

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是繼互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)后的又一個(gè)里程碑，集電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及軟件技術(shù)于一體的綜合應(yīng)用技術(shù)。遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3層架構(gòu)組成。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖

感知層主要是用來(lái)采集終端信息的底層。如血壓計(jì)、心電監(jiān)護(hù)儀、脈搏檢測(cè)儀等，通常這些設(shè)備都是在醫(yī)院醫(yī)生去操作完成的，系統(tǒng)中這些設(shè)備安裝在公共場(chǎng)所供人們使用，人們可以方便的通過(guò)這些設(shè)備去檢測(cè)。為了方便設(shè)備的安裝和數(shù)據(jù)發(fā)送，每種檢測(cè)設(shè)備安裝一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)，最終感知層數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給Android智能平臺(tái)。

網(wǎng)絡(luò)層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑O(shè)計(jì)有效的網(wǎng)絡(luò)通道可以提高網(wǎng)絡(luò)的速度、數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、穩(wěn)定性等特征。數(shù)據(jù)傳輸路徑的流程是:(1)感知層數(shù)據(jù)的集采采用ZigBee通信技術(shù)，在Android智能平臺(tái)上含有一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)，平臺(tái)上的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為協(xié)調(diào)器，其他終端節(jié)點(diǎn)與之相通信，最終把檢測(cè)的數(shù)據(jù)送到平臺(tái)顯示器上顯示，同時(shí)用戶(hù)在平臺(tái)上輸入本人的手機(jī)號(hào)碼后，可啟動(dòng)平臺(tái)上手機(jī)模塊，該模塊通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)信息發(fā)送到用戶(hù)手機(jī)上。(2)用戶(hù)手機(jī)接收到檢測(cè)信息后，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)把信息發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器上安裝有GPRS手機(jī)短息接收模塊，GPRS手機(jī)短息接收模塊通過(guò)串口把數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

應(yīng)用層是人機(jī)交互界面的接口。應(yīng)用層軟件部署在服務(wù)器上，采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)或其他大型數(shù)據(jù)庫(kù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)網(wǎng)站等，數(shù)據(jù)庫(kù)中使用手機(jī)號(hào)去區(qū)分待檢測(cè)者信息。醫(yī)生登陸遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)網(wǎng)站，輸入個(gè)人信息后，可以去查看待檢測(cè)者的數(shù)據(jù)，根據(jù)感知層發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，醫(yī)生在相應(yīng)文本框中寫(xiě)下診斷結(jié)果。用戶(hù)可以登陸該網(wǎng)站查看醫(yī)生的診斷結(jié)論或結(jié)果發(fā)送至用戶(hù)手機(jī)，進(jìn)而確認(rèn)自身的健康情況。

1.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)中，硬件部分主要包含:感知層數(shù)據(jù)采集模塊、Android智能平臺(tái)模塊和服務(wù)器模塊。

感知層數(shù)據(jù)采集模塊。采用TI公司CC2530芯片作處理器，CC2530內(nèi)部集成了8位單片機(jī)控制器、射頻收發(fā)模塊等，其結(jié)合開(kāi)源的ZigBee協(xié)議棧，建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)或MESH通信系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線采集功能。ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點(diǎn)足夠多、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好、節(jié)點(diǎn)耗電量低、成本低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在短距離無(wú)線智能控制系統(tǒng)中。感知層硬件電路節(jié)點(diǎn)圖如圖2所示，CC2530應(yīng)用最小系統(tǒng)包含有:電源電路、復(fù)位電路、晶震電路、射頻收發(fā)電路等。心電監(jiān)護(hù)儀、血壓計(jì)、脈搏檢測(cè)儀等設(shè)備配備相同的ZigBee節(jié)點(diǎn)電路，心電監(jiān)護(hù)儀把檢測(cè)結(jié)果送CC2530的P0端口，單片機(jī)處理后經(jīng)無(wú)線收發(fā)模塊發(fā)送給協(xié)調(diào)器，同樣血壓計(jì)、脈搏檢測(cè)儀等設(shè)備把檢測(cè)結(jié)果送CC2530的P0端口，然后發(fā)送給協(xié)調(diào)器，最終協(xié)調(diào)器把接收的所有數(shù)據(jù)送上位機(jī)平臺(tái)顯示并通過(guò)手機(jī)模塊發(fā)送給用戶(hù)手機(jī)，用戶(hù)再根據(jù)接收的數(shù)據(jù)判斷是否要發(fā)送給醫(yī)院服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程健康診斷的目的。

Android智能平臺(tái)模塊的硬件結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖3。作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的ZigBee節(jié)點(diǎn)在接收到底層設(shè)備采集的數(shù)據(jù)后，需要在Android智能平臺(tái)上顯示采集的數(shù)據(jù)，這樣方便人們直接觀看，達(dá)到可視化的效果。處理器選擇Cortex-A9處理器，其內(nèi)部串口資源用于和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器之間串口通信，接收檢測(cè)的數(shù)據(jù)，并且驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示;同時(shí)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線把檢測(cè)的數(shù)據(jù)送GPRS手機(jī)模塊，該手機(jī)模塊內(nèi)嵌一張移動(dòng)手機(jī)卡，用戶(hù)可以輸入個(gè)人手機(jī)號(hào)接收檢測(cè)的數(shù)據(jù)。用戶(hù)手機(jī)接收到的數(shù)據(jù)可以發(fā)送至遠(yuǎn)程醫(yī)療中心服務(wù)器，等待醫(yī)院醫(yī)生的診斷。

圖2 感知層硬件電路節(jié)點(diǎn)電路圖

圖3 Android智能平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

服務(wù)器模塊。服務(wù)器模塊硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。服務(wù)器通過(guò)COM1串口轉(zhuǎn)USB口與手機(jī)模塊通信，即該手機(jī)與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，能夠自動(dòng)讀取手機(jī)接收到的信息。用戶(hù)手機(jī)接收的數(shù)據(jù)來(lái)至于Android智能平臺(tái)，用戶(hù)如需要把數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器，可把數(shù)據(jù)發(fā)送到固定的服務(wù)器手機(jī)模塊。然后服務(wù)器手機(jī)模塊在把接收到的信息含用戶(hù)手機(jī)號(hào)一起發(fā)送給服務(wù)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫(kù)單元，用戶(hù)手機(jī)號(hào)標(biāo)識(shí)用戶(hù)身份。

圖4 服務(wù)器模塊硬件結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的工作原理

遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要有底層ZigBee組網(wǎng)設(shè)計(jì)、手機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的設(shè)計(jì)等。感知層信息的采集是利用無(wú)線組網(wǎng)方式完成的，在ZigBee協(xié)議棧的基礎(chǔ)上去設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的組建，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線采集。ZigBee協(xié)議棧規(guī)定了MAC和PHY層、RF射頻通信規(guī)則、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)，底層網(wǎng)絡(luò)中存在一協(xié)調(diào)器和Android智能平臺(tái)通信，其他節(jié)點(diǎn)與之通信即可完成網(wǎng)絡(luò)的組建。在程序設(shè)計(jì)中協(xié)調(diào)負(fù)責(zé)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)組建請(qǐng)求，并規(guī)定物理通道、頻道號(hào)、相關(guān)地址等，其程序設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。協(xié)調(diào)器發(fā)起網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)后，其他節(jié)點(diǎn)上電后加入該網(wǎng)絡(luò)，等所有節(jié)點(diǎn)加入成功后，網(wǎng)絡(luò)組建完成。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)后，根據(jù)節(jié)點(diǎn)地址判斷是哪種設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給Android智能平臺(tái)顯示數(shù)據(jù)。

Android智能平臺(tái)安裝一手機(jī)模塊，該手機(jī)利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與用戶(hù)手機(jī)進(jìn)行通信，用戶(hù)接收到檢測(cè)的信息后，如需要進(jìn)一步診斷，可發(fā)送檢測(cè)信息至服務(wù)器配備的手機(jī)信息中，手機(jī)接收到信息后馬上發(fā)到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。其軟件控制流程圖如6所示。

圖5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建軟件流程圖

圖6 軟件控制流程圖

數(shù)據(jù)庫(kù)在系統(tǒng)中起非常重要的作用，如采用Oracel大型數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)需求分析應(yīng)包含的數(shù)據(jù)項(xiàng)有用戶(hù)手機(jī)號(hào)、姓名、性別、年齡、住址等信息。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取接收到的手機(jī)信息后，能夠唯一的確定待診斷用戶(hù)的詳細(xì)信息。只要有新的用戶(hù)信息發(fā)送過(guò)來(lái)，會(huì)在線提示醫(yī)院醫(yī)生，醫(yī)生訪問(wèn)服務(wù)器查看待診斷用戶(hù)的信息，根據(jù)信息內(nèi)容做出醫(yī)療診斷，并把診斷結(jié)果保存在系統(tǒng)中。當(dāng)用戶(hù)的診斷結(jié)果出來(lái)后，發(fā)送一條信息到用戶(hù)手機(jī)，告知診斷結(jié)果;或用戶(hù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)登錄遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)站，輸入個(gè)人信息后查看診斷結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)能夠給我國(guó)的醫(yī)療系統(tǒng)提供新的模式，如終端可采集血壓、心跳頻率等生理參數(shù)值，醫(yī)生可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。系統(tǒng)的應(yīng)用給百姓帶來(lái)了極大的益處，如省去了醫(yī)院排隊(duì)掛號(hào)、繳費(fèi)等手續(xù)，提高了醫(yī)療資源運(yùn)行效率;讓更多的人都能及時(shí)的掌握自身的健康狀況，同時(shí)減少了家庭醫(yī)療費(fèi)用。

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