ZigBee遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)中的研究與實(shí)現(xiàn)

任 苗 公富康

?

ZigBee遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)中的研究與實(shí)現(xiàn)

任 苗 公富康

天津科技大學(xué)，天津 300222

我們以往在醫(yī)院里看到的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)基本上都是采用有線網(wǎng)絡(luò)的形式進(jìn)行監(jiān)視，其主要通過(guò)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)與主機(jī)之間的布線來(lái)實(shí)現(xiàn)，病人不能移動(dòng)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障則需要專業(yè)人員上門來(lái)修理，造成諸多不便。隨著科技成果在醫(yī)療領(lǐng)域中的轉(zhuǎn)化，無(wú)線技術(shù)與醫(yī)療管理系統(tǒng)之間的切合也在逐步摸索中進(jìn)行，而ZigBee作為一種新型的無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，憑借其功耗小、成本低等特點(diǎn)受到越來(lái)越多專家技術(shù)人員的青睞。遠(yuǎn)程定位監(jiān)護(hù)系統(tǒng)正是在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用多節(jié)點(diǎn)定位和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，通過(guò)多跳中繼方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)患者的實(shí)時(shí)定位與監(jiān)護(hù)，為搶救患者贏得了時(shí)間，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性[1]。

ZigBee；遠(yuǎn)程定位；醫(yī)療監(jiān)護(hù)

1 研究背景

隨著人們對(duì)醫(yī)療服務(wù)水平需求的不斷提高，越來(lái)越多的慢性病患者或老年病患者需要進(jìn)行醫(yī)療監(jiān)護(hù)[2]，但傳統(tǒng)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)必須在專業(yè)醫(yī)生的親自操作下進(jìn)行，或者是在醫(yī)生的指導(dǎo)下，由患者家屬協(xié)助醫(yī)院完成。這樣造成了資源的極大浪費(fèi)，而且往往由于醫(yī)院病床緊張、費(fèi)用高昂、攜帶不便、家屬不夠?qū)I(yè)等缺陷延誤病情診治。在此背景下，不局限于病床而能隨意運(yùn)動(dòng)，體積小、傳輸快、能夠被專業(yè)醫(yī)生實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的無(wú)線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)已成為研究的重點(diǎn)。

2 研究目標(biāo)及工作基礎(chǔ)

2.1 研究目標(biāo)

本文所述的這一遠(yuǎn)程定位監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，是在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用多節(jié)點(diǎn)定位和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，通過(guò)多跳中繼方式，實(shí)現(xiàn)了病患生理數(shù)據(jù)和位置信息在PC上的動(dòng)態(tài)顯示，對(duì)突變病情進(jìn)行預(yù)警，從而彌補(bǔ)傳統(tǒng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的不足，有效解決醫(yī)護(hù)中心無(wú)法及時(shí)處理突發(fā)狀況，降低醫(yī)療事故發(fā)生率。

2.2 工作基礎(chǔ)

該監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是由ZigBee數(shù)據(jù)采集傳送網(wǎng)絡(luò)搭建而成，其中包括一個(gè)Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、4個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)，還有連接PC上位機(jī)以及綜合檢測(cè)設(shè)備。具體工作原理為：PC上位機(jī)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)連接云端服務(wù)器，云端服務(wù)器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接個(gè)人移動(dòng)終端設(shè)備或監(jiān)控中心的監(jiān)控設(shè)備。當(dāng)監(jiān)控到檢測(cè)設(shè)備傳來(lái)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的預(yù)警，并快速確定患者位置，通知醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者及時(shí)搶救和幫助。

3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

3.1 研究?jī)?nèi)容

該監(jiān)護(hù)系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的節(jié)點(diǎn)定位算法，利用多節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低、精度較高的室內(nèi)定位[3]。 利用構(gòu)建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，通過(guò)多跳中繼方式，由PC 上位機(jī)處理協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，從而獲得被監(jiān)護(hù)人員的具體位置，并將傳感器采集到的病人生理參數(shù)傳到監(jiān)護(hù)基站，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的實(shí)時(shí)定位與監(jiān)護(hù)[4]。當(dāng)監(jiān)測(cè)到患者的生理數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，可以快速實(shí)現(xiàn)精確定位，從而為快速搶救提供了基礎(chǔ)。

3.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

定位精度進(jìn)一步提高。在該遠(yuǎn)程定位監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中,所采用的射頻通信頻段是一種低功耗、低成本、高效率的無(wú)線通信技術(shù)。在實(shí)際操作中根據(jù)坐標(biāo)參考節(jié)點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算處理，對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行定位，以此解決定位精確度較低，環(huán)境適應(yīng)能力較差和系統(tǒng)不穩(wěn)定等問(wèn)題。

引進(jìn)短距離通訊技術(shù)。在醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域引用短距離通訊的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在信號(hào)覆蓋不到的任何地方可以組網(wǎng)，簡(jiǎn)單、易實(shí)行。

預(yù)警信息更為及時(shí)。當(dāng)移動(dòng)檢測(cè)設(shè)備將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)（如血糖、血氧、血壓、心率、體溫等數(shù)據(jù)）實(shí)時(shí)傳輸?shù)絇C上位機(jī)后，會(huì)經(jīng)過(guò)處理上傳到云端服務(wù)器，云端服務(wù)器會(huì)利用現(xiàn)有監(jiān)控軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤處理，它根據(jù)人體生理參數(shù)及定位信息建立危情預(yù)警機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，作出快速反應(yīng)，使搶救具有及時(shí)性和高效性。多種學(xué)科技術(shù)有效融合。本項(xiàng)目將嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳輸、心血管疾病生理病理學(xué)、人體生理學(xué)等學(xué)科相結(jié)合，具有較高的研究?jī)r(jià)值。無(wú)線節(jié)點(diǎn)為傳感器的擴(kuò)展留了很多接口，如果需要其他指標(biāo)的擴(kuò)展，則僅需將相應(yīng)的模塊接入預(yù)留的接口[5]，形成一個(gè)新的無(wú)線節(jié)點(diǎn)，并有相應(yīng)的配套處理軟件為之服務(wù)。

4 系統(tǒng)軟硬件要求

4.1 硬件要求

個(gè)人移動(dòng)終端設(shè)備可以是個(gè)人智能手機(jī)或 IPAD 等智能便攜式設(shè)備，監(jiān)控中心的監(jiān)控設(shè)備可以是一個(gè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)或筆記本電腦。

4.2 軟件要求

直接使用定位系統(tǒng)提供的配套圖形監(jiān)護(hù)軟件，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件由于功能各異需要編寫相應(yīng)的嵌入式軟件系統(tǒng)。

5 項(xiàng)目研發(fā)中的不足

應(yīng)用當(dāng)前的定位算法和測(cè)距方法，還存在一定誤差，需要不斷論證參數(shù)范圍，提高精確度；在軟件開(kāi)發(fā)中，需要有自己的上位機(jī)管理界面，不局限于對(duì)生理數(shù)據(jù)的記錄，還要做到分析診斷，真正做到智能化。

6 預(yù)期成果

本文所述的遠(yuǎn)程定位監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，還有較大的改進(jìn)和提升空間，隨著網(wǎng)絡(luò)智能化的迅猛發(fā)展，各種制約瓶頸也會(huì)迎刃而解。相信不久的將來(lái)，Zigbee遠(yuǎn)程定位在醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域一定會(huì)發(fā)生深刻變革，使真正的遠(yuǎn)程智能醫(yī)療成為可能。（1）采集心率、體溫等人體基本生理信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸和接收終端的動(dòng)態(tài)顯示，并作出綜合判斷，提供最佳解決方案。（2）實(shí)時(shí)接收并記錄數(shù)據(jù)，在PC機(jī)上開(kāi)發(fā)高效、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理算法，并針對(duì)不同的患者使用不同的監(jiān)護(hù)終端，搭建網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)，提高診治專業(yè)化水平。（3）搭建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的實(shí)時(shí)定位，拓展延伸服務(wù)區(qū)域，為患者隨時(shí)隨地提供咨詢指導(dǎo)。（4）建立網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器危情預(yù)警機(jī)制，當(dāng)患者出現(xiàn)異常情況時(shí)自動(dòng)報(bào)警，快速確定患者位置，通知醫(yī)護(hù)人員及時(shí)處理，做到對(duì)患者的及時(shí)搶救和幫助。

[1]鄧蕊.依托寬帶信息網(wǎng)絡(luò)家庭疾病監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的初步研究[J].生物醫(yī)學(xué)工程與臨床，2003，7（3）：138-140.

[2]高振海，劉亞軍，徐新喜.遠(yuǎn)程醫(yī)療裝備及其車載系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2003（9）：3

[3]任小紅，樂(lè)英高. Zigbee技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011(2)：23-27.

[4]任小紅，樂(lè)英高，徐衛(wèi)東，周天鵬.無(wú)線傳感Zigbee技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011(3)：45-49.

[5]夏華.無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：69-72.

Research and Implementation of ZigBee Remote Positioning System of Medical Care

Miao any public Beverly

Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300222

In the past, we have seen in the hospital care system basically takes the form of a wired network is monitored by the wiring between the main monitor and the host node to achieve, the patient cannot move, once the device is faulty then the need for professionals door repairs, resulting in inconvenience. With the suit are gradually explored between the scientific and technological achievements in the medical field, the wireless technology and health management system is carried out, and as a new ZigBee wireless networking technology, by virtue of its small power consumption, low cost favored by more and more experts and technical personnel. Remote location monitoring system described herein, it is based on ZigBee technology, the use of multi-node location and Wi-Fi zone, multi-hop relay, enabling a real-time location of patients and care for patients to win the rescue time , with a strong practical and operational[1].

ZigBee; remote location; medical care

R540.4

A

1009-6434(2016)07-0170-02

任苗（1994—），女，漢族，籍貫河南省溫縣，本科學(xué)歷，天津科技大學(xué)。公富康（1994—），男，漢族，籍貫山東省臨沂市，本科學(xué)歷，天津科技大學(xué)。

本論文研究工作受到了天津市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201510057044）資助。