物聯網技術在社區醫院嬰幼兒體溫自動監測中的應用

胡秀麗 內蒙古電子信息職業技術學院

一、引言

隨著5G通信技術以及傳感器技術的快速發展，進一步推動了物聯網技術的迅猛發展。在國家“互聯網+”到“智能+”政策的引導下，物聯網將不同場景中不同形態的“物”接入到網絡，正在實現“智慧+”，近兩年，在工業、農業、牧業、交通、醫療、環境、氣象等各領域越來越得到廣泛應用。

隨著近幾年國家大力推行社區衛生服務，提倡提高常見病、多發病的診療、護理、康復等服務，社區衛生服務逐漸成為城市衛生服務體系的重要組成部分，其職能是為轄區居民提供就近、方便的基礎性醫療衛生服務，如康復、計劃生育技術指導、防疫保健等。例如在嬰幼兒防疫保健方面職能比較凸顯，一般嬰幼兒接種疫苗時需要預先測量體溫，注射疫苗15分鐘后需要觀察并再次測量體溫，而這些操作目前都是人為使用玻璃體溫計、額溫計或者耳溫計來測量，對于玻璃體溫計，水銀的性能穩定，測量準確、穩定性好，而且價格低廉，不需要使用電池或者充電，但是它容易破碎，破碎易造成中毒，而且讀取溫度數據費事，測量所需時間也比較長，有時候嬰幼兒不能很好地配合，配合不好易造成測量不準確。紅外額溫計，在測量時受毛發、其他障礙物以及環境影響較大，例如，從寒冷的室外進入室內，測量時會使得體溫數據不準確而失真。耳溫計測量要求比較高，需要對準耳膜，但是有的人耳道天生彎曲，也會造成測量不準確，并且這些電子測溫計都需要充電或者使用電池，所以，目前各類體溫計都或多或少存在一些測量不準確或者受環境影響等問題。一方面社區醫院工作人員短缺，不能及時測量，一方面嬰幼兒發熱速度迅速，病情轉換快，需要頻繁測量，這些過程無形中增加了醫護人員的工作負擔，同時不能及時了解嬰幼兒發熱程度。而且這些測量體溫的方式和數據記錄方法在很多方面存在不足和局限，如時間長、效率低、測量工作費時費力，手持紅外額溫計或者耳溫計雖然可以快速測量嬰幼兒體溫，但不能及時記錄存儲和匯總體溫數據，無法準確、及時地追蹤到病人體溫狀況等，也不能根據體溫變化進行監測并做出預警。

鑒于以上原因，本文設計一個智能實時的溫度采集定位預警系統，將物聯網應用于社區醫院，設定采集周期，體溫傳感器自動采集溫度，并通過ZigBee節點發送到PC服務終端，PC服務端進行數據處理分析及存儲，將物聯網技術引入社區醫院的工作場景，可以加快智慧型社區醫院的快速發展。此外，智能實時的溫度監測和定位在社區醫院中如嬰幼兒日常保健、患兒監護、臨床診斷、嬰幼兒預防疫苗注射及大規模傳染病預防和控制中具有的應用價值，尤其在某些傳染性疾病的發病前期，體溫不斷升高是一個重要的體征，在監測體溫的同時可以及時得到嬰幼兒目標對象的行動路徑，根據路徑數據快速劃分隔離區域，防止病源的擴張。

目前國內一些高校也正在研究將物聯網應用于醫院、校園、公共場所中，尤其隨著新冠肺炎的出現及傳播，進一步推動了體溫測量的應用。現在使用比較多的有溫度傳感器、紅外體溫測量、熱成像等，但是很多場所大多使用的是溫度傳感器，根據實際場景和要求，選擇傳輸數據的方式也不同，主要有有線和無線兩類通信方式，有線通信局限性較大，需要連接線路，隨著通信技術尤其5G通信的發展，逐漸被無線取代，當前常用的無線通信方式是WiFi和藍牙，不受空間限制，而且比較經濟。

本文綜合考慮社區醫院職能、常見社區醫院建筑環境，應用物聯網技術設計一個社區醫院的嬰幼兒體溫實時監測與跟蹤預警系統。

二、系統架構及工作過程

本文擬應用溫度傳感器和蜂鳴片進行體溫感知和預警，使用無線網絡和物聯網ZigBee進行網絡傳輸，編寫一個GUI應用軟件將從網絡節點傳回的體溫數據進行保存，并實時地顯示到媒體屏幕終端。

系統主要功能有：

（1）體溫生理數據自動釆集功能。體溫數據釆集節點通過體溫傳感器采集嬰幼兒的體溫參數，并需保證其采集生理參數的實時性、穩定性和準確性。

（2）數據無線傳輸功能。采集到的體溫數據通過無線網絡傳輸到PC服務端，使社區醫院的服務監控中心隨時了解嬰幼兒體溫變化，便于在第一時間做出響應措施。

（3）體溫預警功能。預先設定溫度閾值，當所測體溫達到閾值，溫度傳感器綁定的蜂鳴器會發出警報，從而提醒監護人和醫護人員及時就行處理。

（4）數據處理及存儲功能。從無線網絡傳回的數據根據字段規范要求提取出溫度，并讀取標簽信息進行綁定，然后將數據以固定的存儲形式存儲到數據庫中。

（5）大屏顯示功能。將數據庫表中存儲的數據讀出來，按某種方式以不同時間點滾動顯示嬰幼兒個體對應的體溫溫度。

整個軟硬件架構由體溫感知層、網絡傳輸層和應用展示層組成。其中，體溫感知層由電子標簽、體溫傳感器和蜂鳴片組成，主要負責數據的采集和預警；網絡傳輸層包括 Wi-Fi 無線網絡和ZigBee節點，主要負責對采集好的數據進行傳輸；應用層主要負責將網絡傳輸回的數據進行處理，截取有效的溫度字段數據，將其對應地存儲到數據庫中，同時記錄序列測溫時間，并且將溫度實時地顯示在屏幕上。架構圖如圖1所示。

此系統利用體溫傳感器釆集嬰幼兒體溫生理信息，通過橋接協調節點將采集的生理數據由無線網絡傳輸至醫療監控中心。同時將一系列生理傳感節點的體溫數據在大屏顯示系統顯示。具體工作過程如下：采集節點通過啟動體溫傳感器開始采集過程，首先讀取體溫傳感器數據，所在轄區范圍內的ZigBee節點接收數據，通過組網自動將數據傳輸到PC服務端，PC服務端對傳回的數據進行分解和處理，在數據處理過程中，按照系統預先定義的格式對數據進行分解，并分別提取電子標簽數據和體溫數據，通過電子標簽數據查找嬰幼兒詳細信息，將嬰幼兒詳細信息與其體溫信息對應整合，添加到數據庫表中。

PC服務端軟件包含用戶管理模塊和數據查詢模塊。用戶管理模塊包括嬰幼兒個人基本信息的增、刪、改、查，以及嬰幼兒個體與溫度傳感對應標簽的綁定。數據查詢模塊提供嬰幼兒體溫信息時間點或時間段的查詢。體溫傳感器、電子標簽和蜂鳴器通過專用腕帶固定在嬰幼兒腕部，將溫度和所在轄區位置實時地以無線的方式傳送到PC服務端，可以設置體溫采集周期，自動連續發送體溫數據，設定閾值，如果體溫超過設定閾值，腕部蜂鳴器會發出警告，從而提醒醫護人員和監護人溫度的變化，并作出及時的診斷和處理。通過此系統的設計與實現，為社區醫院減少了人力成本和消耗品成本，減少了人與人之間的接觸傳染，同時也能通過系統自動進行數據匯總和存儲。實現過程及功能如圖2所示。

圖2 社區醫院嬰幼兒體溫自動監測系統功能及工作過程

三、系統設備及實施應用環境和條件

目前市面上有很多種溫度傳感器，根據實際需求選擇翼盟30205 MAX30205MTA 人體溫度傳感器模塊DHT11溫度傳感器，精度可以達到0.1攝氏度。

圖3 溫度傳感器電路圖

系統實施和應用環境及條件如下：社區醫院整個建筑環境中要求已經實現了WiFi 網絡的全覆蓋，并要保證信號要好，在PC服務端工作站中要有網絡接入到社區醫院的局域網中，醫院有自己的數據庫系統。目前，近距離的無線連接方式有紅外、藍牙、Wi-Fi、Zigbee等，本項目根據普通社區醫院的建筑結構及規模，選擇使用ZigBee網絡，為了減少信號損耗和建筑物的遮擋，在社區醫院多個位置部署強信號的Wi-Fi網絡服務，在本項目中使用具有穿墻功能和增強信號的榮耀分布式雙頻WiFi千兆穿墻王智能無線信號路由器。此外，體溫傳感器和蜂鳴器以及數字標簽的綁定粘貼要合適，不會影響到溫度的精確采集。