基于短報文模塊的遠程醫療系統設計

宋寶++丁海勇

摘 要 隨著醫療體制的改革，遠程醫療已經成為民眾關注的焦點。本文基于北斗衛星導航系統的短報文功能，設計一個針對醫療患者的遠程監控系統，該系統主要包括三部分，詳述從對患者信息的采集手段，至信息的預處理、嚴密處理、整理、分析與存儲，再至對患者病情的監控與管理方式。同時對整個系統的技術可行性進行分析，得出該系統方案技術上是可行的，具備實施方便、成果可靠、時間分辨率高的特性，可實現“可視化”遠程監控的目標，能夠為醫療服務部門提供便捷，加速國內醫療新格局構建。

【關鍵詞】北斗衛星導航系統 體征信息 遠程監控 數據庫系統 短報文模塊

本項目以遠程醫療數據傳輸方式為切入點，將北斗衛星導航系統、傳感器系統、單片機技術有機融合，充分利用有限的醫療資源，用比較低廉的費用享受比較優質的服務，以滿足廣大人民群眾的基本醫療服務需求。

1 遠程醫療系統設計

1.1 設計的思路

本系統主要由患者信息端、中心數據端和監控端、醫療救護端三部分組成（圖1）。其中，患者信息端主要功能有采集患者體征信息、獲取位置信息、報警信息提示以及查詢信息，并通過移動網將體征信息和位置信息發送給中心數據站；中心數據端和監控端主要功能是處理、管理接收的患者信息和醫療信息，并可視化表達；醫療救護端的主要功能包括查詢患者信息、給予患者治療方案，實現對患者的遠程監控。

1.2 系統內容設計

1.2.1 患者信息采集端

（1）北斗定位模塊。根據患者位置信息的特殊性，使用自主定位模式。它是指患者終端內置的北斗芯片獨立快速完成定位，再由傳輸模塊將定位信息發送指中心數據端。

（2）體征信息采集模塊。此模塊主要由測血壓、測心率、測體溫模塊組成。其中，測心率模塊采用綠光光電測量（不需要佩戴胸前，具有良好的抗動性）或者心動電流測量法（需要佩戴胸前，支持運動型），可根據實際情況決定，另外嵌入式北斗衛星信號接收模塊可利用授時功能，實時校準時間數據，使測得的心律BPM值更精確；測血壓模塊采用間接式長時間血壓儀，支持24小時監測，沒有血壓空白區，實時監測；測體溫模塊采用微型的體溫計和傳感器，便可滿足醫療需要。

（3）語音報警模塊。 該模塊主要包括語音模塊和警報模塊，主要是在體征信息出現問題時，給予患者語音警示和警報求救。

（4）信息傳輸模塊。以GPRS模塊為主，通過無線通訊信號進行數據傳輸，具有網絡覆蓋廣、傳輸速度快的特點，適合信息的傳輸。同時模塊還采用無線IP技術，能夠和因特網進行無縫對接，保證數據傳輸的穩定性。

（5）智能控制模塊。為有效利用醫療資源，做到定位、體征信息盡量精確，在技術上我們采用了智能化的手段。當連續采集的患者體征信息變化不大，智能控制程序將降低終端數據的采集次數，減少數據和電量的浪費；當患者體征信息超過閾值時，智能控制程序將觸動報警模塊，同時將提高數據采集頻率，以此實現體征信息的無遺漏性，避免信息的誤判斷。

（6）供電模塊。定位、體征信息采集、報警、數據傳輸均需供電，電量的續航能力影響患者信息的準確性與連續性。供電系統分為主蓄電池供電系統、應急電池供電系統和太陽能電池板，在主蓄電池正常工作情況下，由它為各部件運行供電。若主蓄電池發生故障，可啟動應急供電系統和太陽能電池板，保證基礎模塊的運行。

1.2.2 中心數據端和監控端

（1）中心數據端。數據端包括數據處理系統和數據管理系統，一方面對采集到的位置數據、體征數據等信息進行處理，且與規定體征閾值數據比較分析，另一方面對位置數據、體征數據、處方數據等信息進行管理。

（2）監控端。數據監控端主要服務于患者端、醫療端，利用定位信息、處理數據，結合區域電子地圖，對患者的當前位置和身體狀況可視化表達，實現對患者的遠程監控。

1.2.3 醫療救護端

醫療救護端是患者相關數據的應用端，主要服務對象是醫生，通過注冊、登錄進入醫療救助端，查詢患者姓名、位置、當前身體狀況等相關信息，給出患者治療處方。

1.3 主要功能設計

1.3.1 患者信息端

（1）健康監測：利用體征信息采集模塊，獲取人體的血壓、體溫、心率等基本體征信息。

（2）語音報警：在患者體征信息超出閾值時，終端將給予患者語音警示或警報，作用機理如下：

根據采集的患者體征信息，與體征數據閾值比較，如果未超出規定數據，采集正常進行；如果超過規定閾值，首先觸動報警模塊，同時加快對患者體征信息的采集，將采集的全部數據通過GPRS傳輸給中心數據庫，便于掌握患者信息。

（3）精準定位：采用自動定位模式，利用安置在終端內部的北斗芯片，通過接收北斗衛星信號，獲得準確可靠的患者位置。

（4）信息查詢：可以查詢患者近期的身體狀況和處方情況。

1.3.2 中心數據端和監控端

數據服務器結構如圖6所示，主要有數據處理模塊、管理模塊和監控模塊。數據處理模塊主要是對患者的體征信息進行處理，與規定體征閾值數據比較分析，符合要求，轉儲數據管理模塊；不符合要求時，將危險信號發出，同時將信息轉儲至管理模塊，再進行數據采集、處理、分析、比較、轉儲，便于掌握病患的信息；數據管理模塊主要是對定位數據、體征數據、處方數據協同管理，為監控平臺數據顯示提供數據源。監控端主要是應對于患者位置信息的可視化表達，便于急救。

1.3.3 醫療救助端

該模塊主要建立在北斗醫療中心數據庫的基礎上，醫療救助主要有急救服務和醫生救助兩大功能，一是急救中心通過病發病人的位置信息，最快速到達救助點；二是醫生通過從中心數據站里病人體征信息對病人給予治療或康復方案。以實例詳說：病人出院后的一段時間內，可能會出現其他并發癥，期間醫生可以遠程了解病人身體情況，給予適當的康復方案。

短報文數據傳輸原理（如圖4）。

利用北斗短報文板卡RD120-2w通過北斗衛星鏈路發送到北斗中心主站；北斗用戶終端接收數據并傳送到數據中心，數據中心將北斗短報文數據轉換成病史數據進行統一管理。

1.4 誤差處理與技術分析

為減弱模塊誤差對系統數據采集的不良影響，用聯合卡爾曼濾波模型來處理組合導航定位系統的定位數據，該算法可以有效地提高組合導航系統的整體濾波精度，對北斗導航系統進行故障檢測和隔離，同時可以提高系統的容錯能力和可靠性。同時設計了監控中心的數據通信模塊、監控模塊和智能手環的主要模塊，在數據通信模塊、協議處理模塊、網絡通信模塊的基礎上，實現了監控報警系統的功能，并通過軟件設計和仿真實驗驗證了該算法的精確度。

方案在研究、調試、生產及其應用的過程中，需要利用單片機技術實現各模塊之間和產品內部結構的連接，使用編程語言對產品后臺系統的進行控制，同時應該掌握北斗系統的定位、導航、授時及其短報文通信的基本原理，對應用過程中出現的位置及其他問題給予正確指導。

2 結論

本課題針對醫療改革中出現的問題，結合北斗的定位、導航、授時以及短報文通信四項功能，設計了一套能夠簡化治療的醫療設備和系統，能夠最大限度緩解醫生治療量大的壓力，保證患者的基本治療水平。目前已初步對設備系統進行了一個簡單外部設計（包括模型構造、界面處理、內部設計等），取到了良好的效果。下一步的工作重點我們將放在程序算法的編輯以及北斗系統的算法引入，更主要建立一個臨床信息系統（CIS），更好地去服務于大眾。

參考文獻

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作者單位

南京信息工程大學地理與遙感學院 江蘇省南京市 210044