醫療物聯網中無線網絡的接入應用實踐

應俊，何史林，周丹

中國人民解放軍總醫院，北京 100853

醫療物聯網中無線網絡的接入應用實踐

應俊，何史林，周丹

中國人民解放軍總醫院，北京 100853

以醫院中泛在感知設備的互聯互通為特點的醫療物聯網實現了醫療健康信息自動化采集、智能化傳輸、全面化匯集、全局化決策分析和全流程輔助。隨著醫院計算機網絡的普及和醫療信息系統應用需求的擴大，傳統的固定部署計算機的方式存在點位固定、布線復雜、移動受限等問題，制約了醫院信息化終端向移動性、便攜性、小型化的發展。無線網絡具有終端可移動性、接入靈活方便等特點，打破了傳統有線部署的局限性，在越來越多的醫院得到規?；慕ㄔO。大量異構無線網絡、移動醫療設備、智能終端、傳感器、RFID標簽等在醫院中的推廣應用，逐漸改變傳統的信息化應用模式，進一步提高醫療服務能力與效率，改善醫療服務質量與模式[1-2]，實現面向全程健康管理的智慧醫療。

1 醫療物聯網的總體架構

醫療物聯網的總體架構由多層組成，由下至上分別為感知層、網絡層、云平臺層和應用層，見圖1。感知層由各類終端設備與傳感器組成，包括移動或固定聯網的醫療設備、健康檢測設備，分別部署在家庭、社區以及醫療機構，對不同對象進行識別、定位、狀態感知與采集。網絡層通過有線網、移動通信網和無線網的異構互聯，連接醫院、社區和家庭，實現醫療健康信息的智能化傳輸。云平臺作為醫療物聯網的運行支撐平臺，承擔著醫療物聯網的系統連接、信息處理、數據存儲、網絡管理，為醫療物聯網應用服務提供支撐運行環境。同時，針對醫療健康領域的應用需求，在各層面提供必要的安全隱私保障。應用層直接面向使用者，緊密結合醫療業務需求，包括一系列應用服務系統與界面，應用層為醫療活動的參與者提供精確、高效、便捷、實時的應用服務。移動終端通過無線網絡接入是構建物聯網的基礎性工程，包括了異構、多模態數據從感知層傳送到網絡層所涉及的平臺建設、技術手段、硬件設計、數據接口等。

圖1 醫療物聯網架構圖

2 無線組網方案

醫院無線網絡主要部署住院病區內，網絡拓撲圖，見圖2。每個醫療樓宇設有一個核心交換機向上連接醫院主干網絡，向下連接樓層交換機。每層設有一個POE（Power Over Ethernet）交換機，取獨立布放無線AP（Access Point）的方式進行WLAN（Wireless Local Area Network）覆蓋，平均每4 個病房部署1臺AP，POE交換機通過五類線與AP相連，實現數據傳輸和供電。AP采取3個頻點復用，同層之間相鄰、樓層之間上下相鄰的AP 需避免相同頻點，以免造成同頻干擾。每個AP區域內，部署1臺多功能無線物聯網網關，該設備能夠兼容Bluetooth、Zigbee、RF等無線通信方式，支持輕量級IPv6協議棧，將異構網絡的數據轉換成TCP/IP數據包，實現與有線局域網互通，從而實現各種無線物理設備互聯互通。AP與多功能網關的搭配使用，實現醫院無線通信的全面覆蓋。

圖2 無線網絡拓撲圖

3 移動終端設備

移動終端設備是生理信號或醫療數據采集與顯示的節點，物聯網數據產生的起源之一[3-4]。醫院中移動終端設備部署在臨床環境中，借助無線通信技術，能夠在移動狀態下向醫護人員、患者提供實時數據服務，具有其他固定式設備不具備的功能，主要特點如下：移動便攜性；低功耗抗干擾；在網內實現唯一識別；可支持數據與控制信息的無線傳遞；便于消毒。 目前醫院中成功應用的移動終端包括3類。

（1）生理信號采集設備包括無線體溫計、無線血壓計、無線血氧儀與移動心電圖機。此類設備能夠采集患者常規生理參數，支持24 h實時測量，一般由患者隨身佩戴，減少了對患者活動的限制。

（2）移動醫護終端包括基于智能平板電腦的移動醫生工作站以及基于手持PDA與移動護理車的護理工作站。此類設備能夠執行數據采集，信息錄入，RFID標簽掃描，設備定位等。

（3）院內通訊設備主要是指患者佩戴各類無線呼叫器，該類設備由患者隨身攜帶，應急情況下按動呼叫器按鈕可發出預警信息，根據無線網關獲得定位信息，兩類信息同時通過無線網絡可上傳到護理工作站。

4 接入方式

醫療無線網中所涉及的主要接入方式包括WLAN、Bluetooth、ZigBee、RFID。根據應用需求、設備功耗、傳輸距離、傳輸速度、使用環境等因素選擇移動終端設備最合適的接入方式[5]。終端主要設備的無線接入方式選擇，見表1。

表1 各類移動設備接入方式

在上述的無線傳輸方式中，無線醫療設備主要采用WLAN或者藍牙方式，藍牙適用于病房內小型的無線醫療終端設備，此類設備功耗低，活動區域有限，主要適合在幾個病房內部署。院內無線呼叫器主要采用Zigbee連接，Zigbee的組網規模大于藍牙網絡，通過多功能物聯網網關中的Zigbee模塊在病區范圍內進行無線組網。WLAN主要通過無線AP實現與醫院有線網之間的通信，由于其他無線接入方式在硬件接口、通信協議、數據類型均不同，多功能醫療物聯網網關可實現了異構無線通信的數據統一，實現了各類醫療物聯網感知設備的接入。

多功能網關是醫療物聯網中的一個實現多網匯一的關鍵設備。其主要功能如下。

（1）實現相互獨立、小規模、異構的無線通信的互聯，將多個提供某種特定服務的無線傳感器網絡融合成一個提供全面服務的物聯網，并且提供多種手段將物聯網接入到傳統互聯網上[6-7]。

（2）傳感器節點的低功耗和低能量特點導致通過節點自身來實現網絡管理并不現實，直接對數量龐大的物聯網節點進行控制的方式過于復雜，利用醫療物聯網網關是實現對醫療設備管理的最佳選擇。醫療物聯網網關不僅要實現異構網絡互聯、協議翻譯以及路由聚合、地址分配和回收、數據匯聚、節點控制等功能，還將實現對設備提供的服務進行抽象和管理，為用戶提供方便的訪問接口。

5 應用模式

5.1 移動生理信號采集

移動與無線技術實現了病區內的床旁檢測與24 h隨身監測。通過移動無線醫療終端臨床醫生可以進行患者生命體征參數長期監測，包括血壓、血氧、心電、體溫等參數及相關波形。生理參數通過無線網絡傳輸到醫院信息系統，系統將監護設備上產生的患者數據信息實時記錄到電子病歷系統，確?；颊呱w征數據的定時定量自動采集與存儲。生理參數自動采集后電子病歷系統自動完成評估與評分，為醫生提供決策支持。對于手術室、監護病房等特殊環境下監護設備可直接移動在病人床旁使用，實現實時監測生命體征，從而減少患者不便，保障患者安全。

5.2 患者應急呼叫

患者在住院期間佩戴無線呼叫器，實現應急情況下緊急呼叫，無論患者在住院病房、物理治療室、急救病房、輸液室、衛生間等位置，只要屬于無線覆蓋范圍內，應急呼叫器保持與無線網關之間的連接?；颊叱霈F意外或者緊急情況下，呼叫器通過無線網絡發出預警信息，直接傳導到護士站。根據給呼叫器連接的網關可實現迅速的定位，確保提醒醫護人員到達現場處置。

5.3 移動醫生工作站

移動醫生工作站主要用于無線查房，醫生在查房的過程中，手持便攜式的智能移動終端如平板電腦，PDA等可直接連接到WLAN。移動終端主要實現兩個功能，一是便于醫生隨時調取患者的電子病歷信息，二是可根據患者當時的具體病情直接在設備上下醫囑。通過移動工作站的方式有助于醫護人員更加準確、及時、全面的了解患者的病史詳情和治療過程。無線網絡的應用，避免傳統紙質病歷記錄本的不便與調用困難，有助于患者也能夠得到及時、準確的診治。

5.4 移動護理工作站

移動護理工作站通過PDA或者移動護理車上的WiFi網卡連接WLAN。移動護理車實現床旁的閉環醫囑執行和給藥確認功能。通過掃描患者腕帶標識、藥品單劑量包裝標識，從而記錄護士執行操作與執行時間，同時實現對醫囑執行過程的信息支持和給藥時醫囑—患者—藥品的計算機輔助查對，一旦出現給藥錯誤時終端設備自動進行提醒。無線移動護理的實施實現了對醫囑實際執行的全過程跟蹤，醫囑的生命周期的閉環式管理，極大程度提高醫療質量、減少醫療差錯。護士還可在護理工作站上進行生命體征調取、護理文書的錄入、患者健康教育、不良事件上報等操作。

5.5 醫療設備標簽管理

無線物聯網在設備管理中主要運用無線PDA與RFID識別技術。重點對醫院內規模大或價值高的醫療設備或者基礎設備進行統一的RFID標簽管理。在進行設備盤點時，通過PDA掃描RFID可對重要設備進行自動識別，并實時采集設備的標識、定位、保養記錄與運行狀態。由于無線PDA能夠在全院范圍內與WLAN相連，管理人員手持PDA直接在設備應用的臨床現場可調取設備管理數據庫內的基本信息進行核對，同時將現場的設備維保信息直接錄入到數據庫。

6 結論

移動與無線技術在醫療行業中的應用已經成為行業的熱點，醫療物聯網的無線終端應用模式在很多方面改善我們的醫療系統，改變了傳統的工作方式，創新出新的管理模式。物聯網還可以在病人身份管理、移動醫囑、診療體征錄入、移動藥物管理、移動檢驗標本管理、移動病案管理、嬰兒防盜、護理流程、臨床路徑等應用中發揮重要作用。無線、有線網絡和各應用系統的有機結合，在醫院中實現了醫療、管理信息的廣泛采集、高度共享和有效利用，從而達到提高醫療服務質量、安全與效率的根本目的。

[1] 胡錚．物聯網[M]．北京:科學出版社,2010:15-17．

[2] 王升才,周承仙．無線局域網在醫療系統中的應用[J]．沈陽工業大學學報,2005,27(3):61-65．

[3] 劉強,崔莉,陳海明．物聯網關鍵技術與應用[J]．計算機科學, 2010,37(6):1-4．

[4] 朱洪波,楊龍祥,朱琦．物聯網產業化發展思路與泛在無線通信技術研究[J]．中興通訊技術,2012,18(2):5-7．

[5] 羅俊海,周應賓,鄧霄博．物聯網網關系統設計[J]．電信科學, 2011,27(2):105-110．

[6] 何劍虎,周慶利．互聯網環境下的醫療數據安全交換技術研究[J]．中國醫療設備,2013,28(4):44-47．

[7] 傅德勝,王強．XML數字簽名在工作流系統中的應用[J]．計算機應用,2011,31(3):807-811．

Application Practice of Accessing Wireless Network to Medical Internet of Things

YING Jun, HE Shi-lin, ZHOU Dan

The General Hospital of PLA, Beijing 100853, China

無線接入是醫療物聯網連接感知層到網絡層的基礎性環節，本文對此提出了多功能網關、無線組網、終端分布等關鍵技術的解決方案。通過應用實踐實現了異構無線網絡與有線網絡的互聯互通，移動醫療設備、通信設備與手持智能終端無縫連接。醫院應用實踐證明無線移動技術的應用為確保醫療安全，提高醫療工作的質量與效率發揮了重要作用。

醫療物聯網；移動醫療設備；WLAN；多功能網關；RFID

This paper introduces a solution composed of key technologies including multifunctional gateway, wireless networking and terminal distribution for wireless access which is the fundamental linking technology between perception layer and network layer in IOT. The application practices of access technologies have implemented the interconnection between heterogeneous wireless network and wired network, which has implemented the seamless connection among mobile and medical equipment, communication equipment, hand-held and intelligent terminal. It is proved that the application of wireless access would play an important role in ensuring the safety, quality and effciency of medical work.

medical internet of things; mobile and medical equipment; WLAN; multifunction gateway; RFID

0 前言

TP393.17

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.05.014

1674-1633(2014)05-0044-03

2013-12-20

2014-01-09

解放軍總醫院臨床扶持基金課題（2012FC-TSYS-4009）資助。

周丹，博士，高級工程師。

作者郵箱：yingjun301@sina．com