基于ZigBee技术的病房监控系统的设计文献综述
2020-04-30 16:12:07
随着工业化、城镇化、人口老龄化进程加快以及受不健康生活方式等因素影响,近年来我国慢性病发病率呈快速上升趋势,人们的健康问题愈发突出,医院就医人数逐年增多。但现阶段,医院对病房病人的监控和管理的手段仍然比较落后。传统单一固定的诊疗模式已经无法满足人民的需要,并且患有慢性病的病人需要长时间对病人身体参数的观察和治疗,对于刚术后的患者更是如此。医生和护士不可能时刻在患者旁边监护,所以如何在保障医疗服务质量的前提下对现阶段医院的服务方式进行改进成为了目前医疗系统急需解决的问题。
远程医疗监护[1]指的是通过网络通信将远端医学与生理信号传送至监护中心并进行分析,并对此进行诊断的技术手段。随着现代通讯技术和计算机技术以及无线传感器网络技术的飞速发展,远程医疗监护迎来了新的机遇。它通过医用传感器采集病人的生理信息,并传送至网关,再发送给远程的监控中心,该中心分析生理数据并进行诊断,从而实现对病人的远程监护与医疗。远程监护系统由三部分组成[2] :通信传输设备、医疗监测设备与监护中心。其中,医疗检测设备主要采集人体的各项生理信息,比如血压、体温、心率、血氧饱和度、脉搏等生理信息,目前医院使用的监护仪器体积非常大,而且比较固定。通信传输设备主要负责监护设备和监护中心的数据通信,它可以采用有线或者无线两种方式。监护中心则主要负责把采集到的生理数据信息进行分析与处理。
目前大部分医院仍旧使用固定的监护设备,这些设备缺点明显,移动不便、体积大、功耗大,并且各种复杂的连线会形成压抑的氛围,对病人的心理造成极大的压力,甚至可能会使测量的数据出现异常[3]。现阶段的基于无线传感器网络技术的远程监控系统则会规避这些问题,无线传感器节点携带于病人的身上,这些传感器非常轻巧且使用方便,不会限制病人的行动自由,也能有效降低病人的心理负担,并能够实时地将病人的生理信息采集下来,通过自组网发送给监护中心的医生,这样医生就能随时了解病人的身体信息,并能对病人长时间的身体参数进行规律性的分析[4]。此外,医用无线传感器体积小、功耗小,不会对病人的正常生活带来影响。
建立起来的系统能够解决传统的人力巡逻检查带来的工作效率低、易发生危险等问题,对于患者来说也是非常的便利,不必让陪同者日夜守护,减少劳累。同时可以降低医院其他有线设备的成本,减少医院开支。另外本系统具有很大的独立性,不依赖于其他的系统,可移植性非常强,适用于各类医院。可以大大缩短实施的周期。同时可以极大提高医院的服务质量,患者的安全也能够得到保障。
国内对于病房病人的医疗监控无线化系统的研究落后较多,目前常用的远程会诊方式主要是通过点对点电话线与卫星通信;这类服务的对象主要是军队的日常执勤医疗和战场会诊。在中国,最主要的远程医疗发展集中在基础建设上,早在20世纪八十年代中期就开始了建设涉及全国范围的三个主要远程医疗网络,分别是卫生部主导的金卫工程(GHN)、IMNC网络、以及解放军远程医疗网[5]。2002年,解放军总医院利用卫星和德国的一家医院讨论了神经外科的远程病例。2003年8月,中国海军总医院与北京航空航天大学的机器人研究所一起开发出来的操作远程医用机器人,其中互联网络也扮演了非常重要的角色。清华大学也曾设计出了采用程控电话网进行通讯的家庭血压、血电远程医疗监护系统。第四军医大学设计了一套军用的远程医疗监护系统。
但是,目前国内远程医疗监护依然没有得到普及,有很多原因,首先便是医疗成本的问题,无论是电话网会诊还是普通卫星会诊,成本都非常高,很多人都承担不起。
远程医疗在全球各个地区的发展并不相同,美国与欧洲这些发达国家与地区远程医疗的研究比较成熟,美国最先提出把远程医学系统作为一个开放的分布式系统的概念[6]。在新加坡南洋理工大学设计了一个无线局域网移动式的远程医疗监护系统,此系统可以实时传输医疗数据、图像和声音,同时还可以实现病人与医生的互动。香港远程医疗领域的学者设计了一种远程医疗监护系统,该系统通过手持式设备如手机进行通讯。在西欧卢森堡有学者通过卫星网络进行远程医学教学,虽然卫星通讯是一个覆盖面广、数据传输速度非常快的通讯方式,但费用太昂贵,无法普及。英国学者Smith设计了一个远程医疗紧急救护系统,此系统由远程医疗的移动单元与咨询单元组成,能够对生理参数如血压、心电信号导联、心率等参数进行采集,还能够对静态图像进行传输,传输协议用HTTP协议来实现。希腊研制出了一种安装在救护车上的监护系统,通过网络可以与医院监护中心进行联系,能够随时对患者的生理参数进行检测,以便及时地获取专家的指导,从而争取到抢救时间,此系统己在瑞典、希腊、塞浦路斯与意大利等多个国家投入上线。美国的军方研制出了一套供战争时使用的个人身体状态监护仪,士兵佩带这套微型的仪器后,携带者的体温、呼吸、心率以及其它生理参数都在其监护之下。日本北海道大学设计了一个远程医疗监护研究小组,他们研究出了多种移动通讯方式的远程医疗系统,能够用于轮船、飞机、救护车等。澳大利亚、英国、日本、香港与南非等国家与地区也都相继开展各种各样形式的远程医疗监护活动。
2003年,苏黎世ETH大学向世人展示了他们的研究成果AMON。AMON是一个为患有心脏病和呼吸疾病的病人设计的可穿着的医疗监控报警系统。该系统采用多参数采集机制,对病人的血压、脉搏、体温、血液含氧量进行监控,采集后的信号通过蓝牙传输到腕戴装置,然后经由蜂窝网络(GSM/GPRS)传输到医疗总控中心进行信号分析处理,从而实施监控。
2004年,美国的哈佛大学对Code-Blue项目进行研究,该项目主旨在于提供紧急救助或灾难情况下的现场医疗监控。研究人员自行开发设计了便于携带的小型血氧仪、ECG,并结合了先进的Zigbee通讯协议,将信号传输给手持触板式计算机的医疗救助人员。通过信号采集传输,和计算机的计算处理,灾难现场的救助人员可以有效的了解病人需要救助的优先性病可以实时传输病人的生理信号指标给医院的总控制室,从而便于医院里的医疗人员做好提前的救助准备。