CN109951230A - 基于可见光通信的医疗保健系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于可见光通信的医疗保健系统，属于医疗保健系统技术领域。包括传感器部分，其用于获取医疗环境与患者健康的音频和视频信息数据；发射器部分将传感器部分获取的数据转换成二进制代码信息并调制到LED的驱动电路上，再由LED发光组件将二进制代码信息的光信号发送出去；接收器部分接收从LED发光组件发出的二进制光信号，再将二进制信息转换成传感器获得的原始信息后输出。本发明解决射频Wi‑Fi引起诸如用户的信号阻塞、信号干扰和一些对射频辐射危险的医疗保健环境场所，对心跳、血压、温度、人员运动及各类其他医院环境和人体安全数据提供实时监视和信息传输，以取得更快的诊断，允许人们通过无线电波仪器访问互联网。

Description

基于可见光通信的医疗保健系统

技术领域

本发明涉及基于可见光通信的医疗保健系统，属于医疗保健系统技术领域。

背景技术

LED可见光通信是近年来出现并发展迅速的一个新型光通信技术，它是现代光学无线通信的一个分支。该技术利用LED的快速开关特性和光电探测器件的快速光脉冲响应特性，可以在LED照明的同时实现快速大容量的数据传输的通信功能。可见光光谱在380nm-780nm的波长范围，覆盖385THz-789 THz波段。

与目前广泛使用的射频无线通信相比，LED可见光通信不仅具有更快、信息容量更大和不受射频信号干扰等优势，而且可以用于不能使用射频辐射的医院、飞机及一些工业环境中，系统标准是符合并遵循规定的。此外，LED可见光通信还具有不受无线电频谱管理的限制。

可见光通信系统还可以进一步开发应用，可以用现有的低成本的、广泛使用在医院与保健环境下的低成本元器件设计该系统。此外，也可以开发应用于要求无线静默的国防与国家安全场所，也可以开发应用于水下高速大容量通信。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种基于可见光通信的医疗保健系统，其具有多种数据获取与抗干扰传输能力，从而保证能够实时监测医疗环境和患者保健所需的准确而可靠的信息数据。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种基于可见光通信的医疗保健系统，其特征在于，包括：

传感器部分，其用于获取医疗环境与患者健康的音频和视频信息数据；所述的传感器部分包括：

温度传感器，其用于测量房间环境温度和患者的身体温度；

心搏传感器，其用于测量患者脉动率，记录下脉动率并更新到突然的脉动率，以及时发现与患者有关的任何健康问题；

被动红外传感器，其用于监测未经允许而进入受限区域内的人，有助于向有关管理部门报警，且该传感器也能探测房间内人的活动情况；

微电子机械系统MEMS，其用于确定患者的位置，特别是患瘫痪或者麻痹症状患者的位置，所述的位置用X，Y和Z来定义，MEMS能探测到影响瘫痪患者的任何运动，且X，Y和Z这3个参量值的变化有助于医生分析患者的行为做出进一步的诊断；

血压传感器，其用于测量人体的血压。

发射器部分，其将传感器部分获取的数据转换成二进制代码信息并调制到LED的驱动电路上，再由LED发光组件将二进制代码信息的光信号发送出去；

接收器部分，其用于接收从LED发光组件发出的、经自由空间光无线信道后入射到接收部分的光电探测器光敏面上的二进制光信号，并经光电子放大器放大后，再将二进制信息转换成传感器获得的原始信息后输出。

优选的，所述的发射器部分包括LED发光组件和与其集成在一起的发射部分组件，该发射部分组件包括：

转换成二进制信号数据模块，其能同时作为系统发射部分和接收部分中的数据处理模块使用，其在发射部分的作用是，将传感器获取的医院环境和患者身体信息的原始数据源转换成二进制数字信号，并根据通信需求进行编码处理，然后将该二进制数字信号叠加在LED灯珠的驱动电路上，通常用单片机为核心组成的微控制器来实现该模块的功能；

LED驱动模块，其用于承载二进制数字信号，并驱动LED灯珠发光；

LED发光组件，其用于将LED驱动模块中的二进制数字信号转换成可见光信号，并发送该可见光信号。

优选的，所述的发射器部分还包括微控制器，所述微控制器内装LED的不同输入和输出而形成整个装置的核心，它将传感器、电源、光源和放大器不同类型的输入连接到系统，它也连接到计算机，该计算机用于验证传感器数据源并将数据源形成二进制编码信息后送到LED驱动模块，该驱动模块用固态器件产生传递到LED组件的二进制信号数字，使LED灯珠发光。

优选的，所述的发射器部分还包括电源部件，该电源部件可同时作为发射部分的电源使用，同时又作为接收部分电源使用，它为其他部件提供所需的电源。

优选的，所述的发射器部分还包括音频模块，该音频模块可以直接接到发射部分发光组件的接口，其含有及时记录和回放两种可选功能，该音频模块能由患者使用，发送瞬时信息到医生和接收器终端，也能预先记录紧急呼救信息，当发送音频信号时LED灯珠闪烁。

优选的，所述的LED发光组件由LED灯珠和光学系统和灯具组成，其LED灯珠按照LED驱动模块送来的二进制编码的射频信号发出光信号，使用已有的应用型的商用LED灯珠；其光学系统用于将LED灯珠发出的光按照医疗保健系统的需要以一定的视场角透射出去；其灯具既用于将LED灯珠和光学系统集成在一起，同时也用于固定发光组件。

优选的，所述的计算机能同时用于发射部分和接收部分中的数据接收和显示，其连接到微控制器，其用于发射部分的作用是监视传感器数据并验证数据的有效性，并进一步将传感器数据转换成二进制数据后送到单片机微控制器；其用于接收部分的作用是接收和显示数据、图像和视频类信息，并进一步从二进制转换成原始的数据，并在计算机上显示。

优选的，所述的接收系统包括：光电探测器光接收组件，该接收组件包括：宽视场光学透镜系统，光电探测器及其夹具支架，其宽视场光学透镜系统用于收集LED发出的光信号；其光电探测器是接收系统中最重要的部分，其用于将入射到其光敏面上的快的光脉冲迅速有效地转换成电信号；其夹具与支架用于固定接收系统；

光电子放大器，其用于将光电探测器输出的电信号进行放大使接收信号更强，改善接收信号的误差性能；

微控制器，用单片机为核心构成，该器件同时作为系统发射部分和接收部分中的数据处理模块使用，其在接收部分的作用是，将光电子放大器的输出端的外部单元与计算机连接起来，将光电子放大器的输出的二进制电信号转换成传感器的原始测量数据，并输入到计算机显示原始测量结果；

计算机，该计算机可同时用于发射部分和接收部分中的数据处理和信息显示，其用于接收部分的作用是在计算机上显示屏上显示传感器所测量的原始数据结果，并根据系统的使用情况管理电源；

电源，该电源部件可同时作为发射部分的电源使用，同时又作为接收部分电源使用，它为其他部件提供所需的电源。

本发明的有益效果是：本发明通过LED可见光通信技术有效地解决了无线电通信的干扰和有害辐射问题，本发明可最大限度地复用现有的LED照明和供电设施；提高了本发明所述系统的可靠性、稳定性、安全性和环保性；在带来便捷高效的医疗保健管理功能的同时还大幅降低了管理成本；还能及时显示医疗环境和患者的有关信息；使用本发明可以取得更快的诊断，并允许人们可以通过访问互联网随时获取有关信息；本发明所提出的系统是完全自动化的，其成功地实施是医疗保健领域发展的一个里程碑。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的原理结构框图；

图2为本发明的数据传输结构示意图；

图3为本发明一种实施例的结构示意图；

图4为本发明实施例中发射器部分的结构示意图；

图5为本发明实施例中接收器部分的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示一种基于LED可见光通信的医疗保健系统，包括医疗环境与患者的身体状态有关的数据获取部分1、发射器部分和2接收器部分3。

所述的数据获取1主要是多种传感器组成，这些传感器包括：

微电子机械系统MEMS，其用于确定患者的位置，特别是患瘫痪或者麻痹症状患者的位置，所述的位置用X，Y和Z来定义，MEMS能探测到影响瘫痪患者的任何运动，且X，Y和Z这3个参量值的变化有助于医生分析患者的行为做出进一步的诊断；例如，可以采用MSCA3002 为核心的MEMS传感器测量人体的姿态变化情况；

血压传感器，如图4所示，其用于测量患者血压情况；例如，可以用OMRON血压传感器测量人体血压；

被动红外传感器，如图4所示，其用于探测未经允许而进入受限区域内的人，有助于向有关管理部门报警，且该传感器也有助于探测房间内人的活动情况；例如，可以用热像仪探测有关区域内人的活动；

心搏传感器，如图4所示，其用于测量患者脉动率，记录下脉动率并更新到突然的脉动率，以及时发现与患者有关的任何健康问题，例如，可以使用KY-039心搏传感器测量脉动率；

温度传感器，如图4所示，其用于测量房间环境温度和患者的身体温度，例如：可以用LM35精密温度传感器监测房间温度和患者的身体温度。

所述的发射器部分2可以通过电力线通信（Power Line Communication, PLC）或者其他链路进行通信。对于基于PLC技术而言，通过LED照明供电线路承载的回转（Backhaul）网络实现照明工程的同时完成传感器获得的数据加载功能。

所述的发射器部分2包括：

将传感器获得的原始数据转换成二进制信息数据部分，如图2和图3所示，可以采用单片机为核心的微控制器来实现；

LED驱动部分，如图2和图3所示，可以在原有的LED照明电力驱动的基础上再加上调制信号电路来实施；

所述的LED发光组件由LED灯珠和光学系统和灯具组成，如图3所示，其具体作用为：

LED灯珠按照LED驱动电路送来的二进制编码的射频信号发出光信号；

光学系统用于将LED灯珠发出的光按照医疗环境空间照明和保健系统需求以一定的发射角透射出去；

LED灯具既用于将LED灯珠和光学系统集成在一起，同时也用于固定发光组件。

所述的微控制器如图3、图4和图5所示，是发射器和接收器部分的共用器件，其核心用单片机组成，将传感器的已经转换成二进制的信号数据送入到LED驱动电路上，如图2和图3所示；也将经光电子放大器放大后的光电探测器的输出的二进制信号转换成原始数据送入到计算机，如图2、图3和图5所示；

所述的计算机是常用的普通计算机，如图3、图4和图5所示，可同时用于发射器部分和接收器部分中的数据处理和信息显示，其连接到微控制器，其用于发射部分的作用是监视传感器数据并验证数据的有效性，同时也用于电源管理；

所述的电源部件，如图4和图5所示，是通用电源，该电源部件可同时作为发射器部分和接收器部分的电源使用，它为其他部件提供所需的电源，例如，可以提供5V或者12V电压。

所述的音频-视频模块，其可以直接接到发射部分发光组件的接口，如图4所示，其含有及时记录和回放两种可选功能。该音频-视频模块可以由患者使用，发送瞬时信息到医生和接收器终端。当发送音频信号时LED灯珠闪烁。

优选地，所述的接收器部分包括：

光电探测器接收组件，如图2和图3所示，其用于接收来自宽视场范围内的由发射系统LED发出的光信号，并将入射的快的光脉冲迅速有效地转换成电信号。该组件包括：

光电探测器，如图3和图5所示，采用商用的普通CCD、CMOS光电图像传感器，也可以用普通商用的光电二极管等，其用于将入射到其光敏面上的快的光脉冲迅速有效地转换成电信号；

接收光学系统，由宽视场的光学透镜系统组成，可接收到来自宽视场范围内的光信号，需依据具体环境进行专门设计；

光电探测器夹具，其可以依据特定的照明环境和通信需求进行专门的设计，其作用为将光电探测光器接收组件固定在基座上；

光电子放大器，如图2、图3和图5所示，其用于将光电探测器输出的电信号进行放大以是的接收信号更强，因而可以改善接收信号的误差性能。例如，可以用TLP 250芯片来实现光电子放大器；

微控制器，如图3和图5所示，其将光电子放大器的输出端与计算机连接起来，并输入到计算机显示原始测量结果；

计算机，其用于接收部分的作用是接收和显示数据、图像和视频类信息；此外，还可以并根据系统的使用情况管理电源。

综上所述，本发明使用的基于LED可见光通信的医疗保健系统可以使用PLC作为信息传输的承载信道，可以最大限度地利用医疗环境已有的照明设备及供电线路，对医疗环境已有的基础设施改造要求很低，不会由于引入新的通信功能而降低患者对原有照明环境的感受，而且还可以减少网络布线复杂程度和相应的成本。

Claims (9)

1.基于可见光通信的医疗保健系统，其特征在于，包括：

传感器部分，其用于获取医疗环境与患者健康的音频和视频信息数据；

发射器部分，其将传感器部分获取的数据转换成二进制代码信息并调制到LED的驱动电路上，再由LED发光组件将二进制代码信息的光信号发送出去；

接收器部分，其用于接收从LED发光组件发出的、经自由空间光无线信道后入射到接收部分的光电探测器光敏面上的二进制光信号，并经光电子放大器放大后，再将二进制信息转换成传感器获得的原始信息后输出。

2.根据权利要求1所述的基于可见光通信的医疗保健系，其特征在于，所述的传感器部分包括：

温度传感器，其用于测量房间的环境温度和患者的身体温度；

心搏传感器，其用于测量患者脉动率，记录下脉动率并更新到突然的脉动率，以及时发现与患者有关的任何健康问题；

被动红外传感器，其用于监测未经允许而进入受限区域内的人，有助于向有关管理部门报警，且该传感器也能用于探测房间内人的活动情况；

微电子机械系统MEMS，其用于确定患者的位置，特别是患瘫痪或者麻痹症状患者的位置，所述的位置用X，Y和Z来定义，MEMS能探测到影响瘫痪患者的任何运动，且X，Y和Z这3个参量值的变化有助于医生分析患者的行为做出进一步的诊断；

血压传感器，其用于测量人体的血压。

3.根据权利要求1所述的基于可见光通信的医疗保健系，其特征在于，所述的发射器部分包括LED发光组件和与其集成在一起的发射部分组件，该发射部分组件包括：

转换成二进制信号数据模块，其能同时作为系统发射部分和接收部分中的数据处理模块使用，其在发射部分的作用是，将传感器获取的医院环境和患者身体信息的原始数据源转换成二进制数字信号，并根据通信需求进行编码处理，然后将该二进制数字信号叠加在LED灯珠的驱动电路上，通常用单片机为核心组成的微控制器来实现该模块的功能；

LED驱动模块，其用于承载二进制数字信号，并驱动LED灯珠发光；

LED发光组件，其用于将LED驱动模块中的二进制数字信号转换成可见光信号，并发送该可见光信号。

4.根据权利要求1所述的基于可见光通信的医疗保健系统，其特征在于，所述的发射器部分还包括微控制器，所述微控制器内装LED的不同输入和输出而形成整个装置的核心，它将传感器、电源、光源和放大器不同类型的输入连接到系统，它也连接到计算机，该计算机用于验证传感器数据源并将数据源形成二进制编码信息后送到LED驱动模块，该驱动模块用固态器件产生传递到LED组件的二进制信号数字，使LED灯珠发光。

5.根据权利要求1所述的基于可见光通信的医疗保健系统，其特征在于，所述的发射器部分还包括电源部件，该电源部件可同时作为发射部分的电源使用，同时又作为接收部分电源使用，它为其他部件提供所需的电源。

6.根据权利要求1所述的基于可见光通信的医疗保健系统，其特征在于，所述的发射器部分还包括音频模块，该音频模块可以直接接到发射部分发光组件的接口，其含有及时记录和回放两种可选功能，该音频模块能由患者使用，发送瞬时信息到医生和接收器终端，也能预先记录紧急呼救信息，当发送音频信号时LED灯珠闪烁。

7.根据权利要求 3所述的基于可见光通信的医疗保健系统，其特征在于，所述的LED发光组件由LED灯珠和光学系统和灯具组成，其LED灯珠按照LED驱动模块送来的二进制编码的射频信号发出光信号，使用已有的应用型的商用LED灯珠；其光学系统用于将LED灯珠发出的光按照医疗保健系统的需要以一定的视场角透射出去；其灯具既用于将LED灯珠和光学系统集成在一起，同时也用于固定发光组件。

8.根据权利要求4所述的基于可见光通信的医疗保健系统，其特征在于，所述的计算机能同时用于发射部分和接收部分中的数据接收和显示，其连接到微控制器，其用于发射部分的作用是监视传感器数据并验证数据的有效性，并进一步将传感器数据转换成二进制数据后送到单片机微控制器；其用于接收部分的作用是接收和显示数据、图像和视频类信息，并进一步从二进制转换成原始的数据，并在计算机上显示。

9.根据权利要求1所述的基于可见光通信的医疗保健系统，其特征在于，所述的接收系统包括：

光电探测器光接收组件，该接收组件包括：宽视场光学透镜系统，光电探测器及其夹具支架，其宽视场光学透镜系统用于收集LED发出的光信号；其光电探测器是接收系统中最重要的部分，其用于将入射到其光敏面上的快的光脉冲迅速有效地转换成电信号；其夹具与支架用于固定接收系统；

光电子放大器，其用于将光电探测器输出的电信号进行放大使接收信号更强，改善接收信号的误差性能；

微控制器，用单片机为核心构成，该器件同时作为系统发射部分和接收部分中的数据处理模块使用，其在接收部分的作用是，将光电子放大器的输出端的外部单元与计算机连接起来，将光电子放大器的输出的二进制电信号转换成传感器的原始测量数据，并输入到计算机显示原始测量结果；

计算机，该计算机可同时用于发射部分和接收部分中的数据处理和信息显示，其用于接收部分的作用是在计算机上显示屏上显示传感器所测量的原始数据结果，并根据系统的使用情况管理电源；

电源，该电源部件可同时作为发射部分的电源使用，同时又作为接收部分电源使用，它为其他部件提供所需的电源。