0引言

醫(yī)療監(jiān)控是醫(yī)生對患者進行診治的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)有的對患者生理數(shù)據(jù)采集的醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備可分為有線和無線兩大類。有線的醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備往往因為需要線纜連接而使其體積龐大進而導(dǎo)致設(shè)備成本高，不便于攜帶。目前的大多數(shù)醫(yī)院仍然使用有線的醫(yī)用設(shè)備，醫(yī)務(wù)人員需要時刻在病人或者固定的醫(yī)用設(shè)備旁邊觀察病情，對重要的生命體征進行人工采集，不僅繁瑣而且工作量大，無法做到實時、不間斷地采集監(jiān)測數(shù)據(jù)。

隨著科技的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越成熟，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建越來越受到關(guān)注。醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)也使得患者生命體征的實時監(jiān)測成為可能。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計出一款無線的醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備，通過無線網(wǎng)把采集到的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)護人員手中，方便監(jiān)護人員掌握病人的具體情況。即使監(jiān)護人員不在病房內(nèi)，也可以對出現(xiàn)異常的病人進行定位，以便醫(yī)療人員及時對病人進行救治。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)按照字面可理解為物物相連所組成的網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)這個詞，國內(nèi)外普遍公認的是Ashton教授于1999年在研究RFID時最早提出，標志著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的誕生［1］。2005年國際電信聯(lián)盟發(fā)布的報告中重新定義了物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍，不再只是指基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)。2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”，物聯(lián)網(wǎng)被列為國家五大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一引來了快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)形式多樣、技術(shù)復(fù)雜、涉及面廣，融合了半導(dǎo)體、傳感器、通信技術(shù)、計算機等多種技術(shù)［2］。

本系統(tǒng)應(yīng)用ZigBee技術(shù)來實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，把采集數(shù)據(jù)的傳感器接入ZigBee終端節(jié)點，并且把ZigBee內(nèi)嵌到醫(yī)用電氣設(shè)備中。其具有自組織多跳的機制，即使某一個傳輸路徑出錯，還可以通過其他路徑進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，改變了傳統(tǒng)的查房采集方式。

2系統(tǒng)總體方案

2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及主要功能

智能醫(yī)用監(jiān)控系統(tǒng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、中央控制器、WiFi模塊和上位機軟件四個部分組成。其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)又由連接傳感器和醫(yī)用設(shè)備的各個ZigBee終端節(jié)點、中繼器和協(xié)調(diào)器組成，傳感器安裝在病床上采集病人的數(shù)據(jù)，終端醫(yī)用設(shè)備（如輸注泵、監(jiān)護儀等）安放在病床前。傳感器和終端醫(yī)用設(shè)備采集的數(shù)據(jù)由終端節(jié)點發(fā)送給中繼器，中繼器接收到終端節(jié)點發(fā)送過來的這些數(shù)據(jù)后發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負責調(diào)度整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。

中央控制器負責對數(shù)據(jù)的運算和識別，由于手機和計算機都沒有采用ZigBee技術(shù)，因此使用WiFi模塊負責上位機與中央控制器的通信，進而實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點與上位機終端的通信。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

2.2系統(tǒng)硬件架構(gòu)

中央控制器采用STM32F103作為主控芯片，它集成了串口、IIC和SPI通信接口，利用IIC接口可以控制液晶顯示的內(nèi)容、對比度和背光等，可與其他模塊通信，實現(xiàn)各硬件的管控，從而實現(xiàn)了人機交互界面的建立。

射頻芯片CC2530采用了AES128的加密算法保證數(shù)據(jù)的安全可靠，可對數(shù)據(jù)包完整性進行檢查，支持鑒權(quán)和認證。其低功耗的特性使各終端設(shè)備無需經(jīng)常更換電池，方便對設(shè)備的管理和維護。其使用ZigBee技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，具有可移動的特性。

W25Q128存儲芯片通過SPI接口與主控芯片連接，用于存儲系統(tǒng)所采集到的臨時數(shù)據(jù)方便上位機實時查詢，也可存儲用戶設(shè)置的如床位號對應(yīng)的具體報警數(shù)值等特定參數(shù)。

由CC2530射頻芯片傳送過來的各終端的信息，經(jīng)中央控制器處理后通過STM32F103的串口發(fā)送給ESP8266無線WiFi模塊。

2.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)的軟件分為兩大塊，底層單片機程序設(shè)計和上位機編程設(shè)計。對于單片機程序的編寫，主要使用C語言編寫串口、IIC、SPI等程序與各外圍電路進行信息的交互。

上位機編程可細分為Windows計算機終端、Android終端和蘋果終端，三個平臺編程方法各有不同，Windows計算機終端編程采用微軟公司提供的可視化集成開發(fā)環(huán)境Visual C++6.0，其包含許多組件，如編輯器、調(diào)試器、程序向?qū)ppWizard、類向?qū)lass Wizard等開發(fā)工具，非常適合Windows系統(tǒng)下的軟件編寫。Android終端編程采用開放源代碼、基于Java的可擴展開發(fā)平臺的Eclipse集成開發(fā)環(huán)境進行開發(fā)。蘋果終端編程采用Xcode集成開發(fā)環(huán)境，它具有統(tǒng)一的用戶界面設(shè)計，并且編碼、測試和調(diào)試都在一個簡單的窗口內(nèi)完成。

3各部分功能及構(gòu)成

3.1傳感器采集

傳感器是系統(tǒng)感知患者體征的眼睛，傳感器主要放置在病床上，將患者翻身次數(shù)、離床時間和睡眠質(zhì)量等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號，并且使用非接觸式采集，不額外添加接觸患者的設(shè)備；低功耗，無需經(jīng)常更換電池；通過無線的方式采集傳輸，實現(xiàn)實時監(jiān)測。

3.2醫(yī)用設(shè)備數(shù)據(jù)采集

對醫(yī)用設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，主要通過在醫(yī)用設(shè)備中內(nèi)嵌無線采集節(jié)點，把設(shè)備運行的一些例如監(jiān)護儀上的人體心電信號、心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率、體溫狀態(tài)以及輸注泵上的藥物輸注時間、藥物輸注量和輸注速度等信息實時傳送給控制器，并且設(shè)備的歷史運行記錄可在需要的時候調(diào)取出來。

3.3控制器

控制器作為整個系統(tǒng)硬件的心臟，負責各無線節(jié)點數(shù)據(jù)的運算整合、數(shù)據(jù)緩沖、接收和識別命令、地址識別等，還可用于各外圍電路信號交換的橋梁。通過無線WiFi模塊可將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)结t(yī)院局域網(wǎng)中。

3.4上位機軟件

上位機軟件能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，監(jiān)控到整個監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的所有患者的信息；系統(tǒng)能為醫(yī)務(wù)人員提供患者實時的生命體征信息作為診斷參考；可為某一個患者設(shè)置某一特定的報警閾值，超過了系統(tǒng)自動提示報警；系統(tǒng)可在計算機、手機、平板電腦等不同終端上使用。

4結(jié)論

本設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在硬件上設(shè)計無線傳感器節(jié)點，可實時采集患者心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率、體溫等參數(shù)，對醫(yī)療診治具有非常重要的作用，該設(shè)備具有抗干擾能力強、功耗低、安全性能高、實用性強等優(yōu)點。而目前國內(nèi)大多數(shù)醫(yī)院無法實時地采集這些數(shù)據(jù)，智能醫(yī)用監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計主要需解決了這些難題，具有很高的實用價值。

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