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基于蓝牙技术的远程医疗监护系统的设计和应用
摘 要：基于蓝牙无线传感网络设计实现了病人身体状态实时监控系统,目的是实时监测病人的各项生理状态参数,了解病人院外活动过程中的身体状态,保障病人的安全.本文首先介绍蓝牙技术及其原理,其次基于蓝牙技术设计了远程医疗监护系统并对系统结构进行重点阐述,再次对远程医疗监护系统的实际应用展开探讨,最后在分析监护系统的优点基础上管窥其未来发展趋势,以期对远程医疗监护系统及其相关领域的发展有所贡献.
关键词：蓝牙技术；远程医疗；无线；设计及应用
引言
随着社会的发展和科技的进步,各种基于互联网的技术软件得到不断地开发和应用,其中,无线通信异军突起,广受欢迎,其在医疗方面的也取得了很好的发展,远程医疗的方式逐渐被人们接受.远程医疗主要是通过先进的通信技术以及便携设备,医生和患者远距离进行医疗诊断、治疗的一种新型医疗方式.通过远程医疗,医生和患者可以进行视频会诊,对其病症进行诊断,且随着互联网以及信息技术的不断进步,各地医疗系统相继入网,使得患者能够找到更好的医疗专家就诊,得到治疗.目前,远程医疗已经具有相对完善的体系,包括远程诊断、远程医疗视频会议、远程专家坐诊等.
一、蓝牙技术及原理概述
蓝牙技术是一种无线数据的近距离传输方式,通过将无线信号与语音信息进行转化进行近距离通讯,能够代替采用有线方式相接的移动或是固定通信设备.蓝牙技术所依托的设备初投资比较低,考虑到该技术的成熟度,已广泛应用于各种便携移动设备,成为一种能很好地连接移动与固定设备的通信方式.蓝牙技术的核心部件是9mmX9mm 的微芯片,编写相应的代码程序.假设将蓝牙技术应用在移动鼠标或是移动键盘与个人笔记本电脑之间,就可以省去连接电缆,一方面,节省空间、材料,节省资源,另一方面,可以扩大设备的适用范围,具有实用性.目前,已经在打印机、传真机、游戏操纵杆等设备得到了应用,使得设备使用更加方便.另外,蓝牙无线技术也可用于连接无线网络与外部设备接口组建一个局域网的设备群.
二、基于蓝牙技术的远程医疗监护系统设计
1. 系统结构分析.随着我国的经济快速发展,居民生活水平的进一步提高,手机作为生活必需品,成为了目前主要的移动通信设备,通信技术的不断更新,也给手机衍生产品的发展迎来了机遇.本文设计了基于蓝牙技术的远程医疗,与手机等便捷相连,且通过手机与远程的监控中心通讯,实现患者的远程医疗监控系统,一方面能够向终端传输医疗数据信息,在终端作出分析,另一方面能够接受终端的指令并传输给监控中心,从而实现对社区人员的身心情况的监护.
2. 硬件设备分析
（1）电路结构.根据医疗系统的功能需求以及信号采集的速度、精度要求,基于蓝牙技术,采用无线设备,设计了无线医疗监控终端的电路结构,如图1 所示,主要由前端的数据采集模块、MSP430 核心数据处理模块、蓝牙传输模块以及Flash 存储模块等几个模块组成.
（2）模块功能.ECG 前端采集电路的作用是区分信号信息进行隔离处理,将无用信息过滤,减少电路载荷,针对心电信号设置了放大电路,将信号进行两级放大,见图2.该监护系统初期设计规模较小,故其控制与计算单元设计选用TI 公司的超低功耗16bit 单片机MSP430FG4618.首先是心电信号的采样,可以通过单片机内部集成的转换器实现,需对采样频率进行相应的设置；然后是信号储存,选择MX25I.1605DMlI-12G 的Flash 芯片.该芯片是串行芯片,储存范围较广.储存信号在单片机内部经过USCIA 模块的SPI模式实现与Flash 芯片之间的传输.同时为保证心电数据检索的准确性,Flash 存储空间又被设置为独立的两个区域；传输采用蓝牙通信技术,通过蓝牙模块IDS-BM4A 完成.单片机通过内部自带的UART 接口与蓝牙模块连接,实现通讯,以保证监护终端能够对蓝牙模块进行远程操作,保证蓝牙无线通信技术的高效性.
（3）关键技术.GPRS 无线通信技术也是目前发展相对完善的一种通信方式,该技术的应用范围广泛,数据处理速度快,可以达到128kbps.通过便携式移动设备,能够方便地实现医疗数据的通讯,使远程医疗得到了保障.
蓝牙通信网络.该网络技术现在发展的非常成熟,且应用规模极广,使用的是公用I 频,使远程医疗的实现没有地域性限制.另外,蓝牙技术成本低、能耗小,操作使用方便,成为了远程通信的不二之选.
医疗传感器.医学上的传感器一般包括两个种类,分别是为生物类和物理类.生物传感器是指动物与生俱来的生理功能,生物体本身对外界刺激做出反应的器官.而物理传感器作为对照,则是人为创造出来的科技产品,能够模拟生物体对外界进行感知,并将信息转化为信号,传输到处理中心.物理传感器的出现,在一定程度上弥补了生物体本省机能的不足,使得人们更好的认识周围世界,认识自然,对信息进行更有效的识别.
3. 软件系统分析.监护终端子系统.监控终端的主要功能内容是采集患者的生理信息,并负责将数据转化成信号传输至手机APP,完成一整套的数据采集程序.该监护终端主要包括传感器、蓝牙系统、协议数据、发送模块、数据分析程序、显示模块等几个部分.
通信子系统.患者与诊断专家及医护人员之间的沟通交流借助该系统来实现.通过移动通信及网络技术,手机APP可以轻松地与监控中心进行数据传输,采集来的病人数据也可通过该技术将数据传输给监护中心；其次是蓝牙通讯,使用的是公用I 频段,在一定范围内,将手机终端与监控终端连接,操作方便,将资料及时传送.除了传输采集数据,手机终端依赖手机自身功能,还能对数据进行简单的分析,得到初步的分析报告,根据报告结果,手机终端可给出相应的建议或警报,减缓患者病情的恶化.
中心服务器子系统.中心服务器安装在医院内,在防火墙的保障下与外网连接,与外部硬件设备构成局部网络系统,接受来自监护终端采集的数据并进行分析处理.中心服务器子系统主要的组成部分包括中心数据库、路由器以及硬件接受装备等,来保证中心服务器实现其功能.通过该服务器,就能够对患者的生理情况进行远程监控,并将病情的变化记录在病例,及时对采集的数据处理分析,做出预警以及给出可行性的建议,或是给出治疗方案.中心服务器还包括诊断设备、显示终端等.
4. 系统测试.远程监护系统的设计针对Android 手机平台的,通过和心电采集模块进行连接,充分利用其数据采集、显示以及存储功能.手机程序开启后,通过搜索附近的蓝牙设备并进行配对,连接至心电采集模块,点击开始按钮,即可进行数据采集接受以及心电数据的发送,并将结果实时显示在手机终端,如图3 所示.
三、基于蓝牙技术的远程医疗监护系统的应用
随着现代科学技术的迅猛发展,人们的生活方式发生了翻天覆地的变化,最为突出的莫过于远程技术的应用,在计算机网络以及各项电子技术的帮助下,人们足不出户就能享受到面对面的医疗、教育等服务.在远程医疗服务中,各种高科技设备都充分得到了应用,而且近几年远程医疗卫生服务有了突飞猛进的发展,尤其是远程监护系统在远程医疗中发展最快,应用最广,远程医疗监护系统的开展离不开蓝牙技术的应用.借助于远程医疗监护系统,首先节省了病人的住院开支,其次为家人照顾病人提供了便利的条件,再次,可以减缓医院病房紧张的问题,也避免了病人在就医途中因各种交通原因造成的对病情的耽误.而这些作用的发挥只需要一个带有蓝牙芯片的探测器,这种芯片探测器保存传送数据,又轻巧便捷,容易携带,然后借助于网络将探测器数据传送到医院,医生就能对病人在家中的情况掌握的一清二楚.
四、基于蓝牙技术的监护系统的优点与未来展望
（1）无需电缆：传统的医疗监护系统的组成设备主要是通过电缆连接,进行信号连接.室内电缆的布线还得精心设计,后期的维修也比较麻烦,成本总体高.而蓝牙通讯技术使用的公用I 频,通过局域的无线网络来代替传统电缆,节省了空间,且该技术能耗小、成本低,节省了初期成本.
（2）组网灵活：蓝牙模块的使用要求不高,给系统无线通信网络的组建提供了保证,通过将蓝牙模块插入到病床与监护站即可实现蓝牙中心监护网络,使用操作简单.蓝牙技术的使用能够灵活快速地进行网络组建.
（3）接入口多且传输较高：蓝牙技术采用的频率基带协议配套有仿真Rs232 控制以及控制信号,从而可以保证中心监护端能够实现近距离数据和语音通讯.且物理总线接口采用的是USB 接口,大大地提高了传输速度,达到实时监控的目的.
（4）具备简便的语音功能：蓝牙技术本身支持语音通讯,方便快捷,医生和患者之间能够直接进行语音沟通及联系.
（5）方便接入远程医疗网络系统：利用以太网接口能够把蓝牙中心监护网接人医院的IAN(I0cal Area Network),从而能够进行医院内会诊；接入Intemet,可以实现医院之间的专家会诊.
结束语
本文针对远程医疗监护系统中蓝牙技术的应用进行了分析,详细阐述了监护系统的硬件设备、系统运行原理、关键技术和软件系统分析的过程,并结合实例Android 平台的系统测试等应用阐述了蓝牙芯片在整个无线远程医疗监护系统中的作用以及大面积应用的可能性.此外,在目前蓝牙技术应用的基础上本,文中除了对基于蓝牙的远程医疗监测系统的优点进行描述外,还指出了对蓝牙技术目前存在的一些问题,提出了改进措施,有助于对未来蓝牙技术在监护系统中的更好地为病人服务,从而为远程医疗做出阶段性的贡献.
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