ZigBee遠程定位系統在醫療監護中的研究與實現

任 苗 公富康

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ZigBee遠程定位系統在醫療監護中的研究與實現

任 苗 公富康

天津科技大學，天津 300222

我們以往在醫院里看到的監護系統基本上都是采用有線網絡的形式進行監視，其主要通過監控節點與主機之間的布線來實現，病人不能移動，一旦設備出現故障則需要專業人員上門來修理，造成諸多不便。隨著科技成果在醫療領域中的轉化，無線技術與醫療管理系統之間的切合也在逐步摸索中進行，而ZigBee作為一種新型的無線組網技術，憑借其功耗小、成本低等特點受到越來越多專家技術人員的青睞。遠程定位監護系統正是在ZigBee技術的基礎上，利用多節點定位和無線網絡區域，通過多跳中繼方式，實現了對患者的實時定位與監護，為搶救患者贏得了時間，具有較強的實用性和可操作性[1]。

ZigBee；遠程定位；醫療監護

1 研究背景

隨著人們對醫療服務水平需求的不斷提高，越來越多的慢性病患者或老年病患者需要進行醫療監護[2]，但傳統的醫療監護必須在專業醫生的親自操作下進行，或者是在醫生的指導下，由患者家屬協助醫院完成。這樣造成了資源的極大浪費，而且往往由于醫院病床緊張、費用高昂、攜帶不便、家屬不夠專業等缺陷延誤病情診治。在此背景下，不局限于病床而能隨意運動，體積小、傳輸快、能夠被專業醫生實時監護的無線醫療監護系統已成為研究的重點。

2 研究目標及工作基礎

2.1 研究目標

本文所述的這一遠程定位監護系統，是在ZigBee技術的基礎上，利用多節點定位和無線網絡區域，通過多跳中繼方式，實現了病患生理數據和位置信息在PC上的動態顯示，對突變病情進行預警，從而彌補傳統醫療監護系統中的不足，有效解決醫護中心無法及時處理突發狀況，降低醫療事故發生率。

2.2 工作基礎

該監護系統是由ZigBee數據采集傳送網絡搭建而成，其中包括一個Zigbee協調器節點、4個參考定位節點，還有連接PC上位機以及綜合檢測設備。具體工作原理為：PC上位機通過無線數據傳輸網絡連接云端服務器，云端服務器通過無線網絡連接個人移動終端設備或監控中心的監控設備。當監控到檢測設備傳來的數據出現異常時，可以實現實時的預警，并快速確定患者位置，通知醫護人員對患者及時搶救和幫助。

3 項目研究內容和主要創新點

3.1 研究內容

該監護系統以物聯網技術為基礎，根據現有技術中的節點定位算法，利用多節點定位技術實現復雜度低、精度較高的室內定位[3]。 利用構建的無線網絡區域，通過多跳中繼方式，由PC 上位機處理協調器節點的位置坐標，從而獲得被監護人員的具體位置，并將傳感器采集到的病人生理參數傳到監護基站，實現對患者的實時定位與監護[4]。當監測到患者的生理數據出現異常時，可以快速實現精確定位，從而為快速搶救提供了基礎。

3.2 主要創新點

定位精度進一步提高。在該遠程定位監護系統中,所采用的射頻通信頻段是一種低功耗、低成本、高效率的無線通信技術。在實際操作中根據坐標參考節點，通過計算處理，對移動終端進行定位，以此解決定位精確度較低，環境適應能力較差和系統不穩定等問題。

引進短距離通訊技術。在醫療監護領域引用短距離通訊的無線傳感器網絡技術，在信號覆蓋不到的任何地方可以組網，簡單、易實行。

預警信息更為及時。當移動檢測設備將檢測到的數據（如血糖、血氧、血壓、心率、體溫等數據）實時傳輸到PC上位機后，會經過處理上傳到云端服務器，云端服務器會利用現有監控軟件對數據進行跟蹤處理，它根據人體生理參數及定位信息建立危情預警機制來應對突發情況，作出快速反應，使搶救具有及時性和高效性。多種學科技術有效融合。本項目將嵌入式系統開發、物聯網無線傳輸、心血管疾病生理病理學、人體生理學等學科相結合，具有較高的研究價值。無線節點為傳感器的擴展留了很多接口，如果需要其他指標的擴展，則僅需將相應的模塊接入預留的接口[5]，形成一個新的無線節點，并有相應的配套處理軟件為之服務。

4 系統軟硬件要求

4.1 硬件要求

個人移動終端設備可以是個人智能手機或 IPAD 等智能便攜式設備，監控中心的監控設備可以是一個監控計算機，如臺式計算機或筆記本電腦。

4.2 軟件要求

直接使用定位系統提供的配套圖形監護軟件，網絡節點軟件由于功能各異需要編寫相應的嵌入式軟件系統。

5 項目研發中的不足

應用當前的定位算法和測距方法，還存在一定誤差，需要不斷論證參數范圍，提高精確度；在軟件開發中，需要有自己的上位機管理界面，不局限于對生理數據的記錄，還要做到分析診斷，真正做到智能化。

6 預期成果

本文所述的遠程定位監護系統，還有較大的改進和提升空間，隨著網絡智能化的迅猛發展，各種制約瓶頸也會迎刃而解。相信不久的將來，Zigbee遠程定位在醫療監護領域一定會發生深刻變革，使真正的遠程智能醫療成為可能。（1）采集心率、體溫等人體基本生理信息，實現數據的無線傳輸和接收終端的動態顯示，并作出綜合判斷，提供最佳解決方案。（2）實時接收并記錄數據，在PC機上開發高效、實時的數據處理算法，并針對不同的患者使用不同的監護終端，搭建網絡專家系統，提高診治專業化水平。（3）搭建無線網絡區域，實現對患者的實時定位，拓展延伸服務區域，為患者隨時隨地提供咨詢指導。（4）建立網絡協調器危情預警機制，當患者出現異常情況時自動報警，快速確定患者位置，通知醫護人員及時處理，做到對患者的及時搶救和幫助。

[1]鄧蕊.依托寬帶信息網絡家庭疾病監護系統的初步研究[J].生物醫學工程與臨床，2003，7（3）：138-140.

[2]高振海，劉亞軍，徐新喜.遠程醫療裝備及其車載系統的發展現狀[J].醫療衛生裝備，2003（9）：3

[3]任小紅，樂英高. Zigbee技術在物聯網中的應用研究[J].單片機與嵌入式系統應用，2011(2)：23-27.

[4]任小紅，樂英高，徐衛東，周天鵬.無線傳感Zigbee技術在物聯網中的應用[J].電子技術應用，單片機與嵌入式系統應用，2011(3)：45-49.

[5]夏華.無線通信模塊設計與物聯網應用開發[M].北京：電子工業出版社，2011：69-72.

Research and Implementation of ZigBee Remote Positioning System of Medical Care

Miao any public Beverly

Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300222

In the past, we have seen in the hospital care system basically takes the form of a wired network is monitored by the wiring between the main monitor and the host node to achieve, the patient cannot move, once the device is faulty then the need for professionals door repairs, resulting in inconvenience. With the suit are gradually explored between the scientific and technological achievements in the medical field, the wireless technology and health management system is carried out, and as a new ZigBee wireless networking technology, by virtue of its small power consumption, low cost favored by more and more experts and technical personnel. Remote location monitoring system described herein, it is based on ZigBee technology, the use of multi-node location and Wi-Fi zone, multi-hop relay, enabling a real-time location of patients and care for patients to win the rescue time , with a strong practical and operational[1].

ZigBee; remote location; medical care

R540.4

A

1009-6434(2016)07-0170-02

任苗（1994—），女，漢族，籍貫河南省溫縣，本科學歷，天津科技大學。公富康（1994—），男，漢族，籍貫山東省臨沂市，本科學歷，天津科技大學。

本論文研究工作受到了天津市大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：201510057044）資助。