物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的應(yīng)用研究

蔡洪濤

[摘要]在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的今天，醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。醫(yī)療領(lǐng)域的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)利用先進(jìn)的便攜式數(shù)字醫(yī)療物聯(lián)傳感器，并融合多媒體相關(guān)技術(shù)及短途無線通信技術(shù)，在醫(yī)院中對病人的身體狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，使病人可以得到及時(shí)有效的醫(yī)療救助。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)；遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)；傳感技術(shù)；醫(yī)療救助

[DOI]1013939/jcnkizgsc201619054

新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過信息傳感器（對信息進(jìn)行監(jiān)控）、GPRS、激光掃描器等技術(shù)，對各時(shí)間段的信息進(jìn)行有效監(jiān)控及有效采集。數(shù)據(jù)采集主要指聲音、光能、熱能等各種實(shí)體的物理現(xiàn)象，通過對數(shù)據(jù)的綜合處理，并利用網(wǎng)絡(luò)信息傳輸，實(shí)現(xiàn)人與物之間的連接和識別。物聯(lián)網(wǎng)及其相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)物資管理的可視化、醫(yī)療信息的數(shù)字化和醫(yī)療過程的數(shù)字化。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)一般分為標(biāo)識、感知、信息傳送和數(shù)據(jù)處理四個(gè)環(huán)節(jié)。其核心技術(shù)主要包括射頻識別技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)等。

11射頻識別技術(shù)

射頻識別技術(shù)（即RFID技術(shù)）是一種無接觸的自動(dòng)識別技術(shù)，利用射頻信號及其空間耦合傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對靜態(tài)或移動(dòng)待識別物體的自動(dòng)識別，用于對監(jiān)控對象的信息進(jìn)行系統(tǒng)化標(biāo)識。RFID與互聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)ΡO(jiān)控對象在大范圍領(lǐng)域跟蹤及信息共享，在物聯(lián)網(wǎng)識別信息和短途無線通信上有重要的作用。

12傳感技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是信息采集，信息采集主要是通過傳感器、傳感節(jié)點(diǎn)和電子標(biāo)簽等方式完成的。利用傳感器及傳感網(wǎng)技術(shù)，對監(jiān)控的物體或環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將傳感器收集到的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)中心，存儲到大型數(shù)據(jù)庫，然后進(jìn)行智能化處理和顯示，形成傳感信息系統(tǒng)。

13網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)在信息傳遞方面包括短途通信技術(shù)和遠(yuǎn)距離通信技術(shù)兩個(gè)方面。短途通信技術(shù)包括射頻識別技術(shù)、藍(lán)牙傳輸?shù)确矫娴募夹g(shù)。遠(yuǎn)距離通信技術(shù)則涵蓋互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)、網(wǎng)關(guān)等相關(guān)技術(shù)。

2物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療領(lǐng)域遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用

像體溫、脈搏、呼吸和血壓等人體生命體征的參數(shù)是人體內(nèi)在活動(dòng)的客觀反映，是判斷人體健康狀態(tài)的基本依據(jù)和指標(biāo)。當(dāng)人體受到傷害時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)如體溫、脈搏、呼吸、血壓及血氧飽和度首先出現(xiàn)不同程度的異常，通過獲取人體內(nèi)這些相關(guān)的數(shù)據(jù)可以反映出病情的發(fā)展變化。通過給病人佩戴無線傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，利用這些傳感器實(shí)時(shí)采集病人的體溫、脈搏、血壓等生理數(shù)據(jù)，再通過無線接入AP傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)中心后進(jìn)行綜合處理，醫(yī)生能夠通過監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及時(shí)獲取有關(guān)的數(shù)據(jù)，掌握監(jiān)護(hù)病人的病情變化，及時(shí)救治。目前，常用的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)形式有以下兩種。

1腕帶式佩戴手環(huán)

通過物聯(lián)網(wǎng)及RFID技術(shù)，可以幫助我們實(shí)現(xiàn)對病人進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理。

目前，醫(yī)院監(jiān)護(hù)系統(tǒng)通常采用固定的醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備，首先利用傳感器來采集人體的生理參數(shù)數(shù)據(jù)，然后通過線纜把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)中心，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。這種傳統(tǒng)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，因?yàn)槭墙⒃诰€纜連接基礎(chǔ)上的，往往設(shè)備體積大、功耗大，非常不方便攜帶；同時(shí)，也在一定程度上限制了病人和醫(yī)護(hù)人員的行動(dòng)，不僅增加了他們的負(fù)擔(dān)，而且風(fēng)險(xiǎn)巨大，這種傳統(tǒng)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)方法容易增加病人心理壓力和緊張情緒，如果影響到病人身體狀況，那么診斷數(shù)據(jù)與病人真實(shí)的生理狀況會產(chǎn)生差異，影響對病情的正確診斷，尤其是對病人進(jìn)行連續(xù)、長時(shí)間的監(jiān)測，數(shù)據(jù)容易失真。

因此，無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)技術(shù)越來越受到關(guān)注，尤其是經(jīng)常需要測量生理參數(shù)的患者，如果能夠在隨意運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下接受監(jiān)護(hù)，那將會大大提高醫(yī)療數(shù)據(jù)的質(zhì)量。以無線局域網(wǎng)技術(shù)和RFID技術(shù)為基礎(chǔ)，通過采用智能型手持?jǐn)?shù)據(jù)終端為移動(dòng)中的人員提供隨身數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)智能化無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)服務(wù)。

我們可以將腕式RFID標(biāo)簽佩戴于工作人員和病人手腕。病人出現(xiàn)緊急情況時(shí)，可通過標(biāo)簽上的緊急按鈕進(jìn)行呼叫。這樣可以實(shí)現(xiàn)對醫(yī)護(hù)人員和患者的定位和追蹤。腕式標(biāo)簽應(yīng)具有防拆卸功能，預(yù)防病人佩戴的標(biāo)簽被非法拆卸或破壞。

醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)可利用WiFi無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)，通過智能型手持?jǐn)?shù)據(jù)終端，來獲取全面醫(yī)療數(shù)據(jù)的信息服務(wù)系統(tǒng)；同時(shí)，可借由病人佩戴在手上的裝有RFID的手環(huán)，讀取該患者目前的檢查進(jìn)度及歷史記錄和臨床檢查結(jié)果，與醫(yī)院信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交互后，可以對比患者病情的變化情況。

據(jù)悉，目前在國際上基于WiFi定位技術(shù)的RTLS系統(tǒng)已經(jīng)成為一種主流技術(shù)，主要在醫(yī)療領(lǐng)域進(jìn)行醫(yī)院的資產(chǎn)、設(shè)備和病人的追蹤，可以及時(shí)了解和掌握關(guān)鍵工作人員、資產(chǎn)和醫(yī)療設(shè)備的實(shí)時(shí)位置信息。

2智慧型藥柜

在醫(yī)療方面，慢性病患者與獨(dú)居老年人按時(shí)服藥尤其重要，為了提醒他們能夠按時(shí)吃藥，亞洲大學(xué)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種“智慧型藥柜”，所采用的技術(shù)是RFID無線射頻技術(shù)。首先用戶佩戴有RFID身份辨識的標(biāo)簽，并把從醫(yī)院拿回來的藥進(jìn)行專屬的RFID標(biāo)簽配置，智慧型藥柜將會對各種藥品的用法與用量，以及必須服用的時(shí)間進(jìn)行記錄。當(dāng)需要服藥時(shí)，藥柜就會自動(dòng)發(fā)出語音的提示，同時(shí)藥柜上的屏幕也會播放出所需服用的藥品照片及名稱。通過采用RFID技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測和記錄藥品取出和返回藥柜的頻率，可以幫助用戶獲取是否已經(jīng)服藥的信息，防止服藥次數(shù)過于頻繁。因?yàn)橛脩襞溆蠷FID身份辨識的標(biāo)簽，因此，用戶一旦拿錯(cuò)了藥，藥柜就會發(fā)出警示。

3物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思路

1實(shí)時(shí)獲取與傳輸生理數(shù)據(jù)

遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)的四層體系結(jié)構(gòu)，從各種醫(yī)療傳感器中實(shí)時(shí)獲取生命體征數(shù)據(jù)，通過藍(lán)牙方式把數(shù)據(jù)傳輸給PDA，PDA通過3G網(wǎng)或者因特網(wǎng)把數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心，應(yīng)用層分析并處理數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，為每個(gè)病人建立健康模型。病人的生理在指定的NFC設(shè)備上進(jìn)行采集并實(shí)時(shí)傳輸?shù)街醒牍?jié)點(diǎn)，利用串口連接中央節(jié)點(diǎn)模塊發(fā)送給ARM控制中心。與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)中心連接的方式有兩種，一是通過串中連接GPRS模塊，然后通過GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。二是通過USB連接WIFI模塊，通過WIFI數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)中心。

由于GPRS網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，而基于GSM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，正是借助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信號，利用短信自助業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳遞。因此可以利用GSM的短信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上存儲和轉(zhuǎn)接。通過通信接口在物理層上實(shí)現(xiàn)GSM模塊的連接，達(dá)到遠(yuǎn)程的目的。系統(tǒng)中各模塊相互獨(dú)立，彼此又相互依賴，共同完成數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊在系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，是系統(tǒng)的核心模塊。人體的生命體征，即體溫、脈搏、呼吸、血壓及血氧飽和度分別由相應(yīng)電子模塊采集并傳入控制器，控制器通過監(jiān)護(hù)裝置按鍵或超級管理員手機(jī)進(jìn)行顯示和設(shè)定。控制器根據(jù)設(shè)定的手機(jī)號碼利用GSM網(wǎng)絡(luò)將測得的數(shù)據(jù)編輯為一條短信發(fā)送給監(jiān)控中心主機(jī)進(jìn)行處理或發(fā)送給指定手機(jī)。

2遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)服務(wù)器功能的實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)端的界面設(shè)計(jì)通常采用JSP、Servlet、Spring三層架構(gòu)（Spring Model-View-Controller，Spring MVC）、JS、AJAX、Java Mail。Spring MVC框架是Java EE信息系統(tǒng)開發(fā)過程中所使用的一個(gè)重要的應(yīng)用程序編程接口，它提供了構(gòu)建Web應(yīng)用程序的全功能MVC模塊。使用Spring MVC構(gòu)架，可以實(shí)現(xiàn)很多功能模塊的分別處理，更加容易實(shí)現(xiàn)不同功能的定制處理。此框架還兼容主流媒體移動(dòng)設(shè)備平臺的統(tǒng)一UI接口系統(tǒng)以及前端開發(fā)框架。

數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)構(gòu)建方式具體方法為：首先配置開發(fā)環(huán)境，開發(fā)硬件需要在服務(wù)器端搭建Java開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境，安裝JDK、eclipse、MySQL數(shù)據(jù)庫；所使用的Web服務(wù)器為Tomcat服務(wù)器。利用eclipse編寫Java代碼，逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，進(jìn)行系統(tǒng)uI設(shè)計(jì)完成系統(tǒng)頁面制作；連接數(shù)據(jù)庫，利用Tomcat運(yùn)行項(xiàng)目并進(jìn)行測試；在服務(wù)器端利用個(gè)人電腦搭建站點(diǎn)，將開發(fā)機(jī)設(shè)置為服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)中心對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過使用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)將處理的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和報(bào)警。

4結(jié)論

醫(yī)療領(lǐng)域遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線傳感技術(shù)對病人生理特征的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、傳輸、綜合處理來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。它對病人的監(jiān)控提供更方便、更快捷的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法和途徑。此外，監(jiān)護(hù)對象也可以是正常人，如我國已經(jīng)步入了老齡化社會，利用遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)對老人的健康進(jìn)行監(jiān)護(hù)的需求也日趨擴(kuò)大。

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