CN116741363A - 一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统及方法，包括患者生命体征测量节点、区域数据处理节点、物联网云服务器、监控终端，通过图像识别技术进行图像数据处理来判断患者的体态是否出现异常，针对不同科室可灵活添加不同的传感器模块进行患者生命体征监测，通过物联网云服务器将患者数据、科室内各病房数据，院内各科室数据进行区分与存储，最终使用监控终端实现医生或家属远程查看患者相关数据信息的功能。与传统监测系统相比，大大减少了人力物力，对不同科室的具体需求更加具有针对性，还解决了医生与家属无法随时获取患者当前生命体征数据的问题，为患者的生命安全提供了更全面的安全保障。

Description

一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗监测系统领域，尤其涉及一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统及方法。

背景技术

物联网是指通过互联网连接物品和设备，使它们能够相互通信、互相交互和自动化操作的技术和应用。物联网不仅仅是连接设备和物品，还包括了数据收集、数据处理、数据传输和数据分析等环节，通过这些环节的相互协作，实现物品之间的智能互联。随着科技的不断发展，物联网技术越来越多被应用于各行各业，信息化的管理、检测给人们生活带来到了很大便利。

分布式系统的设计和实现旨在提高计算机系统的可扩展性、可靠性、可用性和性能等方面的指标。与单个计算机相比，分布式系统可以更好地应对大规模数据的处理、高并发的访问和服务请求、以及系统扩展和升级等问题。分布式生命指标检测系统是一种通过分布在不同位置的传感器或设备实时监测人体生命指标的系统。它可以采集和处理人体各项生理参数数据，并通过网络传输将数据汇总到中央服务器进行分析和存储。

在医院各科室住院治疗过程中，往往需要对同一患者的多类指标进行测量，当患者出现复杂病情时会出现多个不同科室医生需要同时调取患者实时指标数据的情况。目前国内外的医疗监测系统只有简单的采集功能，数据上报大多通过护士手动上报，所以采集与转发实时指标数据往往花费较长的时间，可能耽误医疗的最佳时机。故需要一套完整的医疗监测系统对于不同病房的患者数据进行采集、计算、调取，以实现全院中患者与主管医生之间的医疗信息传输。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提出一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统及方法，该种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统及方法具有自动化程度高，数据反馈及时的优点。

为达到上述目的，本发明所提供的方案是：

一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统，包括患者生命体征测量节点、区域数据处理节点、物联网云服务器、监控终端，所述患者生命体征测量节点设有多组，与区域数据处理节点为电性连接，且所述患者生命体征测量节点包括：第一微处理器模块，用以驱动传感器模块及摄像头模块进行数据采集；摄像头模块，用以采集患者实时图像数据；触摸屏模块，用以实时显示患者生命体征数据、查看住院信息；报警模块，用以提醒医护人员关注患者的异常情况；RFID识别模块，用以识别患者的身份信息；传感器模块，用以采集并传输患者的各项生命体征数据；

所述区域数据处理节点设有多组，与物联网云服务器通过网络连接，区域数据处理节点为计算板卡，用以对患者生命体征数据进行计算并对图像数据进行处理

所述物联网云服务器与监控终端通过网络连接，且所述物联网云服务器包括：一级云服务器，用以将病房内多个区域数据处理节点所采集处理的数据转发至二级云服务器；二级云服务器，用以对整个科室各病房内通过一级云服务器转发的数据进行打包与储存，并转发至三级云服务器；三级云服务器，用以接收二级云服务器转发的数据，实现全院各科室与监控终端间的数据流转工作。

具体地，所述患者生命体征测量节点还包括电源模块、串口通信模块；所述第一微处理器模块基于ARM芯片，并通过串口通信模块与区域数据处理节点相连。

具体地，所述传感器模块包括体温测量模块、血氧与心率测量模块、血压测量模块、心电测量模块。

具体地，所述报警模块主体为蜂鸣器，处于报警状态时蜂鸣器长鸣，同时利用触摸屏模块的显示功能辅助实现报警功能。

具体地，所述计算板卡搭载有第二微处理器模块、GPU模块、视频解码器模块、显存模块、WiFi模块、接口模块。

具体地，所述第二微处理器模块基于ARM芯片，使用图像识别算法对图像数据进行识别与报警分析。

具体地，所述物联网云服务器有多个一级云服务器，多个二级云服务器，一个三级云服务器。

具体地，所述监控终端可在手机端和PC端运行，用以实现对患者实时生命体征数据和实时图像数据的监控和处理。

具体地，所述监控终端根据使用者身份不同分为医护端和家属端，且由物联网云服务器自动分配不同的使用权限。

一种使用基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1、通过RFID识别模块获取当前患者的身份编号，将患者的身份编号加入到患者生命体征测量节点的数据流中；

S2、第一微处理器通过传感器模块及摄像头模块对患者的生命体征测量数据和图像数据进行采集，通过串口通信模块将数据发送到区域数据处理节点进行处理；

S3、患者的生命体征测量数据通过触摸屏实时的显示出来，若出现某项指标达到预设报警阈值，触摸屏将配合蜂鸣器同时进入报警状态；

S4、区域数据处理节点接收到数据后，对不同科室的不同病患数据进行区分打包，在各科室的数据流中接入科室编号，同时使用图像识别算法对患者图像数据进行体态的识别与报警分析，最后将处理后的数据统一发送到对应科室的一级云服务器；

S5、一级云服务器接收到所属病房的数据后，按照病房编号对数据进行打包并转发到二级云服务器；

S6、二级云服务器接收到一级云服务器转发的数据后，按科室对数据进行分类存储，等待三级云服务器的数据调用指令；

S7、监控终端登录后自动连接到三级云服务器，向三级云服务器发送数据调用请求，三级云服务器将调用请求指令转发到二级云服务器，二级云服务器响应调用指令，并识别出要上报的患者或科室编号，将对应编号的数据上报到三级云服务器，实现数据的远程显示；

S8、在监控终端进行手动报警、写入电子病历等操作，先向三级云服务器上报操作指令，再由三级云服务器转发到二级云服务器，二级云服务器将操作指令进行区分存储，并转发到对应患者编号的生命体征测量节点进行响应。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

本发明通过图像识别技术进行图像数据处理来判断患者的体态是否出现异常，针对不同科室可灵活添加不同的传感器模块进行患者生命体征监测，绝大多数医院为无线网络全覆盖，故通过物联网云服务器将患者数据、科室内各病房数据，院内各科室数据进行区分与存储，最终使用监控终端实现医生或家属远程查看患者相关数据信息的功能。与传统设备相比，本方案大大减少了人力物力，对不同科室的具体需求更加具有针对性，还解决了医生与家属无法随时获取患者当前生命体征数据的问题，为患者的生命安全提供了更全面的安全保障。

附图说明

图1是本发明分布式医疗监测系统结构图。

图2是本发明患者生命体征测量节点结构图。

图3是本发明区域数据处理节点结构图。

图4是本发明监控终端示意图。

图5是本发明基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1～图3所示，本发明提供以下技术方案：一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统，包括患者生命体征测量节点、区域数据处理节点、物联网云服务器、监控终端，所述患者生命体征测量节点设有多组，与区域数据处理节点为电性连接，且所述患者生命体征测量节点包括：第一微处理器模块，用以驱动传感器模块及摄像头模块进行数据采集；摄像头模块，用以采集患者实时图像数据；触摸屏模块，用以实时显示患者生命体征数据、查看住院信息；报警模块，用以提醒医护人员关注患者的异常情况；RFID识别模块，用以识别患者的身份信息；传感器模块，用以采集并传输患者的各项生命体征数据；

所述区域数据处理节点设有多组，与物联网云服务器通过网络连接，区域数据处理节点为计算板卡，用以对患者生命体征数据进行计算并对图像数据进行处理

所述物联网云服务器与监控终端通过网络连接，且所述物联网云服务器包括：一级云服务器，用以将病房内多个区域数据处理节点所采集处理的数据转发至二级云服务器；二级云服务器，用以对整个科室各病房内通过一级云服务器转发的数据进行打包与储存，并转发至三级云服务器；三级云服务器，用以接收二级云服务器转发的数据，实现全院各科室与监控终端间的数据流转工作。

如图2所示，所述患者生命体征测量节点包括第一微处理器模块、摄像头模块、触摸屏模块、报警模块、RFID识别模块、电源模块、串口通信模块、传感器模块(如体温、血压、血氧、心电、心率等传感器)。其中，第一微处理器模块采用ARMCortex-M内核的单片机作为主控芯片，用来驱动各传感器模块及摄像头模块对患者的生命体征数据与视频图像数据进行采集；使用摄像头模块来获取患者在病房内的实际画面，所得的图像及视频数据将作为医生进行医学诊断的依据；触摸屏模块用来显示传感器模块所收集到的患者实时生命体征数据，并且患者或者其监护人可通过触摸屏操作实现与医生的信息交流；报警模块主体为蜂鸣器，处于报警状态时蜂鸣器长鸣，同时利用触摸屏模块反复闪烁来辅助实现报警功能；RFID模块用于识别患者的手环内置芯片，从而获取患者的身份信息；电源模块使用转压芯片将输入的直流电压转换为各模块工作所需要的供电电压；串口通信模块将患者生命体征测量节点所获取的各种类型数据发送到区域数据处理节点。

如图3所示，所述区域数据处理节点为搭载有第二微处理器模块、GPU模块、视频解码器模块、显存模块、WiFi模块、接口模块的计算板卡。病房中的区域数据处理节点通过异步串行接口与患者生命体征测量节点实现数据的传输，通过WIFI模块向物联网云服务器发送数据。计算板卡对串口获取到的每台患者生命体征测量端进行计算处理，使用图像识别算法判断患者是否出现跌倒等意外情况，并将不同测量终端的患者数据进行打包分配上传。

如图1所示，所述物联网云服务器分为三级，包括一级云服务器、二级云服务器、三级云服务器。物联网云服务器功能为存储和转发数据及指令，一级云服务器将病房内区域数据处理节点所收集、计算的数据转发至二级云服务器；二级云服务器对一级云服务器所转发的整个科室的各病房数据进行打包与存储，并转发到三级云服务器；三级云服务器实现全院内各科室与监控终端的数据流转工作。

如图4所示，所述监控终端包括PC端和移动端，两种监控终端的功能相同，均可接入物联网云服务器，实现与病房内设备间的远程通信。监控终端为不同使用者提供不同的相应权限，具体的实现方式为：在监控终端打开后的初始界面上设有登录注册界面，在注册选项中有医护人员、病人家属两个选项，对应进入监控终端后的医护端、家属端。具体地，家属端的权限包括：实时查看患者各项生命体征数据、写入家属留言、查看患者病历；医护端的权限在家属端权限的基础上增加了：指标报警提醒、手动报警、报警解除、自定义报警阈值、患者状态图像显示、写入电子病历、医嘱留言。

如图5所示，本发明提供以下技术方案：一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统的方法，包括以下步骤：

S1、通过RFID识别模块获取当前患者的身份编号，将患者的身份编号加入到患者生命体征测量节点的数据流中；

S2、第一微处理器通过传感器模块及摄像头模块对患者的生命体征测量数据和图像数据进行采集，通过串口通信模块将数据发送到区域数据处理节点进行处理；

S3、患者的生命体征测量数据通过触摸屏实时显示，若出现某项指标达到预设报警阈值，触摸屏将配合蜂鸣器同时进入报警状态；

S4、区域数据处理节点接收到数据后，对不同科室的不同病患数据进行区分打包，在各科室的数据流中接入科室编号，同时使用图像识别算法对图像数据进行识别与报警分析，将处理后的数据统一发送到对应科室的一级云服务器；

S5、一级云服务器接收到所属病房的数据后，按照病房编号对数据进行打包并转发到二级云服务器；

S6、二级云服务器接收到一级云服务器转发的数据后，按科室对数据进行分类存储，等待三级云服务器的数据调用指令；

S7、监控终端登录后自动连接三级云服务器，向三级云服务器发送数据调用请求，三级云服务器将调用请求指令转发到二级云服务器，二级云服务器响应调用指令，识别出要上报的患者或科室编号，将对应编号数据上报到三级云服务器；

S8、在监控终端进行数据改动或报警操作，先向三级云服务器上报操作指令，再由三级云服务器转发到二级云服务器，二级云服务器将操作指令进行区分存储，并转发到对应患者编号的生命体征测量节点进行响应。

实施例1：

本实施例提供以下技术方案：一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统，包括患者生命体征测量节点、区域数据处理节点、物联网云服务器、监控终端。

本实施例的应用场景在一所中型医院内，选取一个科室内的9个病房进行说明。对于本实施例，该科室共有9个病房，每个病房有两个床位，可安置两名患者，每个床位配备有1台患者生命体征测量节点，共有18台患者生命体征测量节点；每个病房配备1台区域数据处理节点，每台区域数据处理节点与该病房内的2台患者生命体征测量节点相连接，9个病房共有9台区域数据处理节点；每3个病房使用1台一级云服务器对3个区域数据处理节点传输的数据进行转发，该科室共使用3台一级云服务器传输9个病房的数据，该科室使用1台二级云服务器对3台一级云服务器的数据进行处理，并连接至三级云服务器实现数据传输，最后由三级云服务器对全院所有科室数据进行总体调度；监控终端通过网络与三级云服务器相连，由医生或家属远程操作来获取指定科室的指定患者数据指标。

本实施例中，患者生命体征测量节点包括第一微处理器、摄像头模块、触摸屏模块、报警模块、RFID识别模块、电源模块、串口通信模块、传感器模块，具体地，传感器模块包括体温测量模块、血氧与心率测量模块、血压测量模块、心电测量模块。第一微处理器型号为STM32F103ZET6芯片；触摸屏的型号为TFTLCD触摸屏；摄像头模块使用的是MCIMX41摄像模块；报警模块为蜂鸣器与LED灯；RFID识别模块为M10X-HA模块，用以将读取患者手环上的患者身份信息；电源模块为12V转5V和12V转3.3V的两个转压芯片，RFID识别模块支持12V供电，触摸屏模块支持5V供电，其余模块支持3.3V供电；体温测量模块使用MLX90614非接触式红外测温传感器，血氧与心率测量模块使用MAX30102血氧心率传感器，心电测量模块使用AD8232心电传感器，血压测量模块使用MKB0805模块。考虑到不同科室使用的测量仪器有所区别，传感器模块预留了USB、IIC、SPI、UART接口。

本实施例中，区域数据处理节点为JETSONNANO计算板卡，该板卡搭载有四核ARMCPU、128核MaxwellGPU、4G显存、视频编码与译码器。通过计算板卡，区域数据处理节点完成对患者生命体征测量节点传输数据的计算处理，以及图像识别算法的实现。

本实施例中，物联网云服务器使用阿里云服务器，终端数据通过MQTT协议接入阿里云，云服务器通过不同报文的数据转发流来控制数据的流向，并且对于数据进行存储，以备调用数据。阿里云具有安全可靠的设备连接通信功能，支持设备数据采集上云，规则引擎流转和云端数据下发设备端，本实施例中通过自主开发实现多级云服务器的功能。

本实施例中，监控终端包括PC端和移动端，均为硬件设备通过网络接入物联网云服务器，实现远程通信。监控终端为不同使用者提供不同的相应权限，具体的实现方式为：在监控终端打开后的初始界面上设有登录注册界面，在注册选项中有医护人员、病人家属两个选项，对应进入监控终端后的医护端、家属端。具体地，家属端的权限包括：实时查看患者各项生命体征数据、写入家属留言、查看患者病历；医护端的权限在家属端权限的基础上增加了：指标报警提醒、手动报警、报警解除、自定义报警阈值、患者状态图像显示、写入电子病历、医嘱留言。

本实施例提供一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统的方法，包括以下步骤：

S1、通过RFID识别模块获取当前患者的身份编号，数据测量端的STM32芯片将读取到的患者编号加入到对应的传感器数据传输队列的首端，在后续的数据存储与分配之前将先筛选患者编号；

S2、将传感器模块放置于患者身体上的对应部位，STM32芯片通过SMbus通信协议与MLX90614温度传感器通信，获取患者的体温数据；通过I2C通信协议与MAX30102血氧心率模块通信，获取患者的血氧和心率数值；通过STM32芯片上ADC外设驱动AD8232心电模块，获取患者的心电信号；通过串口协议与MKB0805血压模块进行通信，获取患者的血压数值；通过摄像头模块采集到当前患者的画面数据。通过串口通信模块，以设定的通信数据格式进行传输，区域数据处理端作为接收端同样对该数据格式进行数据解析；

S3、患者的生命体征测量数据通过LCD触摸屏实时显示，若出现某项指标达到预设报警阈值，触摸屏将配合蜂鸣器同时进入报警状态，患者也可通过触摸屏幕调取自身的病例信息、查看当日医嘱；

S4、区域数据处理节点通过串口通信模块获得固定格式的患者生命体征数据后，对数据进行解析，并对不同科室的不同患者数据进行再次区分与打包，在各科室的数据流首端分配对应患者的科室编号；根据医生的要求制作人体摔倒的图像数据集，使用该数据集训练YOLOv5的权重文件，将权重文件加载进在计算板卡中的YOLOv5s模型，将模型的图像输入锁定于摄像头的数据流，实现对患者的摔倒状态检测与报警，区域数据处理节点将处理后的数据统一转发到对应科室的一级云服务器；

S5、一级云服务器接收到所属病房的数据后，按照病房编号对数据进行打包并转发到二级云服务器；

S6、二级云服务器接收到一级云服务器转发的数据后，按科室对数据进行分类存储，等待三级云服务器的数据调用指令；

S7、监控终端登录后自动连接三级云服务器，三级云服务器自动筛选出登陆者的权限，保证患者家属仅可查看对应患者的信息，医生仅可查看自己科室对应病房的患者，登陆成功后监控终端将自动向三级云服务器发送数据调用指令，三级云服务器将数据调用指令根据科室编号再转发到二级云服务器，二级云服务器响应数据调用指令，并根据编号信息识别出需要上报的患者数据，将患者数据向三级服务器上报，从而实现数据的远程显示；

S8、在监控端进行手动报警、手动调整上下限、写入电子病例等操作，先由监控端向三级云服务器上报操作数据，再由三级云服务器根据科室编号转发到二级云服务器，二级云服务器根据不同病房将操作指令进行区分存储，并根据病房的编号转发到一级云服务器，一级云服务器根据患者的编号，将数据转发到患者生命体征测量节点，患者生命体征测量节点对接收到的指令进行识别，并通过驱动LCD触摸屏等模块对指令进行响应，测量节点的响应有：报警、显示医嘱留言、显示家属留言、显示本人病历等。

本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统，其特征在于：包括患者生命体征测量节点、区域数据处理节点、物联网云服务器、监控终端，所述患者生命体征测量节点设有多组，与区域数据处理节点为电性连接，且所述患者生命体征测量节点包括：

第一微处理器模块，用以驱动传感器模块及摄像头模块进行数据采集；

摄像头模块，用以采集患者实时图像数据；

触摸屏模块，用以实时显示患者生命体征数据、查看住院信息；

报警模块，用以提醒医护人员关注患者的异常情况；

RFID识别模块，用以识别患者的身份信息；

传感器模块，用以采集并传输患者的各项生命体征数据；

所述区域数据处理节点设有多组，与物联网云服务器通过网络连接，区域数据处理节点为计算板卡，用以对患者生命体征数据进行计算并对图像数据进行处理；

所述物联网云服务器与监控终端通过网络连接，且所述物联网云服务器包括：

一级云服务器，用以将病房内多个区域数据处理节点所采集处理的数据转发至二级云服务器；

二级云服务器，用以对整个科室各病房内通过一级云服务器转发的数据进行打包与储存，并转发至三级云服务器；

三级云服务器，用以接收二级云服务器转发的数据，实现全院各科室与监控终端间的数据流转工作。

2.根据权利要求1所述的分布式医疗监测系统，其特征在于：所述患者生命体征测量节点还包括电源模块、串口通信模块；所述第一微处理器模块基于ARM芯片，并通过串口通信模块与区域数据处理节点相连。

3.根据权利要求1所述的分布式医疗监测系统，其特征在于：所述传感器模块包括体温测量模块、血氧与心率测量模块、血压测量模块、心电测量模块。

4.根据权利要求1所述的分布式医疗监测系统，其特征在于：所述报警模块主体为蜂鸣器，处于报警状态时蜂鸣器长鸣，同时利用触摸屏模块的显示功能辅助实现报警功能。

5.根据权利要求1所述的分布式医疗监测系统，其特征在于：所述计算板卡搭载有第二微处理器模块、GPU模块、视频解码器模块、显存模块、WiFi模块、接口模块。

6.根据权利要求5所述的分布式医疗监测系统，其特征在于：所述第二微处理器模块基于ARM芯片，使用图像识别算法对图像数据进行识别与报警分析。

7.根据权利要求1所述的分布式医疗监测系统，其特征在于：所述物联网云服务器有多个一级云服务器，多个二级云服务器，一个三级云服务器。

8.根据权利要求1所述的分布式医疗监测系统，其特征在于：所述监控终端在手机端和PC端运行，用以实现对患者实时生命体征数据和实时图像数据的监控和处理。

9.根据权利要求1或8所述的分布式医疗监测系统，其特征在于：所述监控终端根据使用者身份不同分为医护端和家属端，且由物联网云服务器自动分配不同的使用权限。

10.一种使用如权利要求1至9任一项基于物联网云服务器的分布式医疗监测系统的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1、通过RFID识别模块获取当前患者的身份编号，将患者的身份编号加入到患者生命体征测量节点的数据流中；

S2、第一微处理器通过传感器模块及摄像头模块对患者的生命体征测量数据和图像数据进行采集，通过串口通信模块将数据发送到区域数据处理节点进行处理；

S3、患者的生命体征测量数据通过触摸屏实时的显示出来，若出现某项指标达到预设报警阈值，触摸屏将配合蜂鸣器同时进入报警状态；

S4、区域数据处理节点接收到数据后，对不同科室的不同病患数据进行区分打包，在各科室的数据流中接入科室编号，同时使用图像识别算法对患者图像数据进行体态的识别与报警分析，最后将处理后的数据统一发送到对应科室的一级云服务器；

S5、一级云服务器接收到所属病房的数据后，按照病房编号对数据进行打包并转发到二级云服务器；

S6、二级云服务器接收到一级云服务器转发的数据后，按科室对数据进行分类存储，等待三级云服务器的数据调用指令；

S7、监控终端登录后自动连接到三级云服务器，向三级云服务器发送数据调用请求，三级云服务器将调用请求指令转发到二级云服务器，二级云服务器响应调用指令，并识别出要上报的患者或科室编号，将对应编号的数据上报到三级云服务器，实现数据的远程显示；

S8、在监控终端进行手动报警、写入电子病历等操作，先向三级云服务器上报操作指令，再由三级云服务器转发到二级云服务器，二级云服务器将操作指令进行区分存储，并转发到对应患者编号的生命体征测量节点进行响应。