基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

周杰，王申，田敏

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

周杰，王申，田敏

（石河子大學(xué)，新疆 石河子 832003）

近年來中國人口老齡化速度加快，截至2019年初，60歲以上人口將近2.5億人，傳統(tǒng)的醫(yī)療模式及資源不能充分滿足老年人的醫(yī)療需求。遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控技術(shù)在提升醫(yī)療效率的同時(shí)也可以有效降低醫(yī)療成本。為了高效、人性化地進(jìn)行醫(yī)療監(jiān)護(hù)，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，收集病患生理參數(shù)并及時(shí)傳送到監(jiān)護(hù)中心，為醫(yī)護(hù)人員作出診斷提供幫助。

傳感器網(wǎng)絡(luò)；遠(yuǎn)程醫(yī)療；體域網(wǎng)；慢性病

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展和應(yīng)用，人們的生活水平和健康狀況也不斷獲得提升，然而與此同時(shí)全球很多國家都出現(xiàn)了人口結(jié)構(gòu)失衡、人口老齡化不斷加重的趨勢。中國的老年人數(shù)量在2019年已達(dá)24 949萬人，并呈上升趨勢。中國60歲及以上的群體中，至少患一種慢性病的比例為75.8%，其中患有高血壓的比例為58.3%，血脂異常的比例為37.2%[1]。慢性病一般發(fā)病時(shí)間隨機(jī)，具有顯著的偶發(fā)性，一般通過長期的醫(yī)療檢測及藥物服用來進(jìn)行防治。中國在城市化進(jìn)程中家庭結(jié)構(gòu)縮小，空巢老人在整個(gè)老年人中的占比也不斷提高，導(dǎo)致各種老人患病不能及時(shí)得到救治，社會(huì)對于醫(yī)療和護(hù)理的需求不斷提升，因此國家衛(wèi)生部也不斷出臺政策來推動(dòng)醫(yī)療體制改革及醫(yī)療技術(shù)革新，在這種背景下，便于進(jìn)行長期護(hù)理的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)越來越受到醫(yī)療研究者及全社會(huì)的關(guān)注。

遠(yuǎn)程醫(yī)療自20世紀(jì)在美國應(yīng)用以來，就以其便捷性、實(shí)時(shí)性等諸多優(yōu)點(diǎn)得到醫(yī)療工作者和患者的一致好評。遠(yuǎn)程醫(yī)療突破時(shí)間和空間的限制，通過遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)，醫(yī)患之間可以實(shí)時(shí)進(jìn)行交流，在減少患者醫(yī)療費(fèi)用的同時(shí)也使得整個(gè)醫(yī)療過程更加便捷[2]。遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)作為遠(yuǎn)程醫(yī)療的一部分，可以隔空實(shí)現(xiàn)對患者重要生理參數(shù)的實(shí)時(shí)傳輸分析，醫(yī)生可以根據(jù)此類信息第一時(shí)間對患者進(jìn)行診斷，出現(xiàn)參數(shù)異?；蛘咄话l(fā)狀況，可以通知緊急聯(lián)系人及患者本人，確保突發(fā)狀況發(fā)生時(shí)患者及時(shí)就醫(yī)。在遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)實(shí)施過程中，針對老年人和殘疾人等行動(dòng)不便的人群進(jìn)行日常狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，實(shí)現(xiàn)對其日?；顒?dòng)的生理參數(shù)的實(shí)時(shí)評估，確定其健康狀況，對疾病進(jìn)行預(yù)防和治療。因此遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究對中國老年人健康質(zhì)量保障、慢性病防治等具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展研究

2.1 遠(yuǎn)程醫(yī)療的概念

醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀器一般分為兩種，一種是醫(yī)院內(nèi)由專業(yè)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行操作對病患的生理指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測評估；第二種的使用環(huán)境較為自由，如家中或者戶外，甚至是移動(dòng)檢測，這類儀器是在病患及其家屬在醫(yī)護(hù)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行的，可以將檢測到的心跳、血壓等信息傳送到醫(yī)院的系統(tǒng)中，相關(guān)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行查看。原有的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)使用線纜進(jìn)行設(shè)備之間的連接，需要專業(yè)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行操作，所用設(shè)備笨重，限制了患者的活動(dòng)，增加了醫(yī)療費(fèi)用負(fù)擔(dān)。遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可便捷獲取使用者的生理數(shù)據(jù)及影像信息并利用通信技術(shù)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)護(hù)中心，醫(yī)療機(jī)構(gòu)據(jù)此動(dòng)態(tài)跟蹤病況或者進(jìn)行患者健康狀況預(yù)警[3]。

遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)是遠(yuǎn)程醫(yī)療重要的一部分。遠(yuǎn)程醫(yī)療結(jié)合了信息技術(shù)及醫(yī)療技術(shù)兩大領(lǐng)域，利用通信及多媒體技術(shù)等手段為醫(yī)護(hù)人員提供患者相關(guān)信息，便于患者得到及時(shí)高效的診療服務(wù)。遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)自20世紀(jì)被引入中國以來，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，目前主要應(yīng)用在專家會(huì)診、醫(yī)療檢查、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)、治療指導(dǎo)及醫(yī)學(xué)交流等方面。遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)因?yàn)槠鋺{借通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以可以突破時(shí)空的限制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診療、信息交流的功能。中國的傳統(tǒng)醫(yī)療相比國外起步較晚，功能較為基礎(chǔ)，基本是通過遠(yuǎn)程問診實(shí)現(xiàn)診療功能，不能做到對患者全面監(jiān)護(hù)和治療。但隨著信息技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)信息傳輸更加流暢便捷，患者也能更加及時(shí)地得到診斷和治療。

2.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展簡介

遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展最早可以追溯到20世紀(jì)中葉，美國醫(yī)療機(jī)構(gòu)創(chuàng)設(shè)了早期遠(yuǎn)程醫(yī)療的模型，即放射學(xué)中雙向電視系統(tǒng)的應(yīng)用。受限于信息技術(shù)的發(fā)展水平，最初的模型很簡單，實(shí)現(xiàn)功能也較為單一。遠(yuǎn)程醫(yī)療作為國外醫(yī)療信息化的熱點(diǎn)之一，不斷引進(jìn)通信及信息激素到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)得到不斷的發(fā)展，比如到20世紀(jì)60年代，太空中宇航員已經(jīng)可以得到由地面借助衛(wèi)星及微波技術(shù)提供的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。歐美國家的很多大學(xué)以及醫(yī)療機(jī)構(gòu)對遠(yuǎn)程醫(yī)療投入較大的研究成本，遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)在醫(yī)療實(shí)踐中的應(yīng)用范圍也越來越廣。

中國開始遠(yuǎn)程醫(yī)療的研究相對較晚，直到1986年對船員進(jìn)行的電報(bào)形式的遠(yuǎn)程會(huì)診可以視作最早的遠(yuǎn)程醫(yī)療的應(yīng)用。隨著中國經(jīng)濟(jì)狀況的不斷改善，通信及醫(yī)療領(lǐng)域的技術(shù)不斷得到發(fā)展、成熟，到21世紀(jì)初遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)在軍事醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)得到較好的發(fā)展[4]。

當(dāng)前醫(yī)療服務(wù)的發(fā)展越來越受到國內(nèi)外研究人員的重視，遠(yuǎn)程醫(yī)療取得了較大的發(fā)展。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的傳感器網(wǎng)絡(luò)被引進(jìn)到遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域進(jìn)行研究。如基于藍(lán)牙技術(shù)的無線通信在移動(dòng)通信設(shè)備與監(jiān)護(hù)終端之間的應(yīng)用，優(yōu)化了傳統(tǒng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的手動(dòng)輸入辦法，數(shù)據(jù)采集更加真實(shí)便捷。除此之外，穿戴式設(shè)備的發(fā)展與普及也為遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)提供了新的思路，研究人員使用安裝方便的穿戴設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)笨重的測量儀器來進(jìn)行患者身體狀況的監(jiān)測。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

在對比分析現(xiàn)有的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的功能及實(shí)現(xiàn)方案的基礎(chǔ)上，提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)方案。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是指大量微型傳感器通過無線通信的方式在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)組成的多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些傳感器節(jié)點(diǎn)可以共同感知，采集處理監(jiān)測區(qū)域內(nèi)感知對象的數(shù)據(jù)，并將其傳輸給觀察者，傳感器、感知對象及觀察者三個(gè)重要部分共同組成了傳感器網(wǎng)絡(luò)。負(fù)責(zé)采集處理信息的傳感器節(jié)點(diǎn)包括感知模塊、處理模塊、存儲模塊、軟件通信模塊。觀察者一般是指該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用者，接收數(shù)據(jù)并對采集到的信息進(jìn)行綜合處理，計(jì)算機(jī)及人類都可以充當(dāng)這一角色。感知對象是指傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的對象，即監(jiān)測目標(biāo)，醫(yī)用傳感器的感知對象一般是指心跳、血壓與體溫等指標(biāo)。客觀的物理信息與通信的數(shù)字世界通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起，增加了信息采集途徑。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與常見的無線網(wǎng)絡(luò)如移動(dòng)通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)相比具有以下3個(gè)特點(diǎn)：①網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量傳感器節(jié)點(diǎn)，整體具有較高的監(jiān)測精度，同時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測范圍也相對較大。大量的節(jié)點(diǎn)存在增加了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性，同時(shí)減低對單個(gè)節(jié)點(diǎn)的精度要求，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。②具有網(wǎng)絡(luò)自組能力。傳感器節(jié)點(diǎn)大量分布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，無法對每個(gè)節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行預(yù)設(shè)，無法提前確定各節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，因此在傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)自組織能力顯得尤為重要，同時(shí)具有自動(dòng)配置和管理的功能。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)失效情況下，無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以根據(jù)這種情況發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦?。③以?shù)據(jù)為中心。應(yīng)用系統(tǒng)如果以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，則需要管理和處理感知信息，該應(yīng)用系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)具有端節(jié)點(diǎn)及路由器的功能。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)需求

以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)構(gòu)建的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)對既有遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的升級。該系統(tǒng)在擁有醫(yī)療監(jiān)護(hù)功能的同時(shí)針對實(shí)時(shí)性、人性化及智能化等特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。針對家庭環(huán)境的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，對生理數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)的收集采用實(shí)時(shí)監(jiān)測與定時(shí)監(jiān)測共同作用的機(jī)制。如心電信號需要實(shí)時(shí)監(jiān)測并傳輸?shù)较到y(tǒng)處理中心，定時(shí)循環(huán)監(jiān)測的指標(biāo)有體溫、血壓等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)候可以對一些指標(biāo)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，達(dá)到某界限自動(dòng)預(yù)警，這樣可以隨時(shí)預(yù)發(fā)突發(fā)事件，如心臟病突發(fā)，確保相關(guān)人員第一時(shí)間獲取預(yù)警信息。除此之外，人性化對提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量也有很大作用。系統(tǒng)的人性化體現(xiàn)在病患與醫(yī)護(hù)人員兩方面。在該系統(tǒng)的使用環(huán)境下，不能過分限制病患的活動(dòng)范圍，病患在活動(dòng)范圍內(nèi)可以自由地進(jìn)行物理活動(dòng)而不受該系統(tǒng)的限制。醫(yī)護(hù)人員對診斷事件的安排更彈性，可以在醫(yī)院遠(yuǎn)程獲取病患的身體各項(xiàng)指標(biāo)，遠(yuǎn)程控制對病患的監(jiān)護(hù)。

4.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)含有三部分，分別是遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心、本地網(wǎng)關(guān)與體域網(wǎng)三個(gè)模塊。

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心承擔(dān)管理、監(jiān)護(hù)和診斷的任務(wù)，主要由信息管理、代理與診斷平臺組成。信息管理平臺負(fù)責(zé)用戶信息的管理，代理平臺即監(jiān)控中心與網(wǎng)關(guān)的接口、與網(wǎng)關(guān)之間相互發(fā)送與接收數(shù)據(jù)，診斷平臺主要是醫(yī)護(hù)人員根據(jù)信息進(jìn)行診斷的模塊。監(jiān)控中心借助數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行聯(lián)系。本地網(wǎng)關(guān)處于監(jiān)護(hù)中心與體域網(wǎng)之間，兩者之間的信息交互借助網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)，是信息的中間點(diǎn)，起著信息溝通橋梁的作用。體域網(wǎng)即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，該模塊主要由傳感器節(jié)點(diǎn)組成，在一定范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)護(hù)，對監(jiān)護(hù)對象采集生理數(shù)據(jù)。監(jiān)護(hù)對象穿戴傳感器設(shè)備同時(shí)需要一個(gè)接口PDA，該設(shè)備采集生理信息并通過接口PDA將監(jiān)護(hù)對象的數(shù)據(jù)層層上傳，到達(dá)本地網(wǎng)關(guān)，信息再由本地網(wǎng)關(guān)傳送到監(jiān)護(hù)中心，醫(yī)生在監(jiān)護(hù)中心根據(jù)收到的信息進(jìn)行診斷。

5 結(jié)語

隨著中國人口老年化趨勢加快，各種慢性病如高血壓、心腦血管疾病增多，醫(yī)療資源緊缺及醫(yī)療費(fèi)用高昂的問題亟需解決，遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展不僅可以降低病患的醫(yī)療費(fèi)用，同時(shí)還可以節(jié)省醫(yī)療資源，提高醫(yī)療效率。結(jié)合原有的遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展?fàn)顩r并根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)方案，側(cè)重發(fā)展了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與人性化的特點(diǎn)，加快現(xiàn)代醫(yī)療信息化的進(jìn)程。

［1］江麗姣，于倩倩，尹文強(qiáng)，等.我國居民慢性病變化趨勢分析——基于國家五次衛(wèi)生服務(wù)調(diào)查報(bào)告［J］.中國衛(wèi)生事業(yè)管理，2018，35（11）：874-876，880.

［2］頓文濤，盧高飛，左秀生，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2014（2）：43-46.

［3］彭蘭地，米明.基于3G技術(shù)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2013（1）：88-90，94.

［4］楊虹.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.長沙：湖南大學(xué)，2016.

TN929.5；TP212.9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.025

2095－6835（2019）13－0059－02

兵團(tuán)重大科技項(xiàng)目子課題“遠(yuǎn)程醫(yī)療緊急救援系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用”（編號：2017AA005-04）；兵團(tuán)重大科技項(xiàng)目“兵團(tuán)綜合遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)平臺的集成應(yīng)用與示范”（編號：2017AA005）

周杰（1982—），男，湖南湘鄉(xiāng)人，副教授，博士，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)。

田敏（1968—），男，河南商丘人，教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)信息技術(shù)與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕