CN1529430A - 广域无线医疗监控系统 - Google Patents

Abstract

一种广域无线医疗监控系统，采用二级数据传输结构，第一级为基本生命参数采集终端到采集终端接入点的传输，通过短距无线传输技术实现；第二级为采集终端接入点到服务设备和监控终端的传输，通过无线通讯公网实现。本系统适用于覆盖整个城市范围的市民健康实时监控，并允许被监控人在全国范围内漫游。每个被监控人携带的基本生命参数采集终端和采集终端接入点通过短距无线通讯方式点对点互连；所有采集终端接入点接入无线通讯公网，构成第二级传输网络，通过无线通讯公网将所有被监控人基本生命参数汇总至服务设备，经处理在监控终端显示，从而实现整体的实时监控。

Description

广域无线医疗监控系统

技术领域

本发明涉及一种无线医疗监控系统，具体的说，涉及一种基于短距无线通讯技术结合无线通讯公网，可远距获取大量被监控人健康和位置信息的实时广域无线医疗监控系统。

背景技术

传感技术的应用几乎遍布当今世界的每一个领域，发展趋势主要体现在：小型化，集成化，智能化，数字化，网络化，当今的传感器系统往往不再是一个孤立的、简单的系统，而是一个有机的互相作用协同工作的整体。系统的分布在地域上不但可以是集中式的，也可以是广域的。

网络化传感器技术不是一般意义上的传感器与网络的简单组合，而是传感器技术发展的一个新阶段，在工业控制领域，各种工业总线的应用带动了工业自动化水平的飞速发展，目前，工业总线全部是以有线方式进行连接的，其覆盖范围十分有限并且铺设不便，这使得对各种不便于采用物理连线以及分布范围广的场合，已有的工业总线变得不十分适合，对于可移动的目标比如人体、汽车的监控，则甚至完全不能胜任，这一切为无线传感器网络的发展形成了很好的契机。

目前国外有些无线传感器网络是采用Ad hoc网络技术来构架的，这是一种快速反应的自适应无线传感器网络，Ad hoc网络技术在具有网络自组织性，动态拓扑等优点的同时，也不可避免的面临通讯带宽有限，安全性差，覆盖面小等不足。关于Ad hoc网络的一些情况可参见美国专利号5,729,680。

也有些厂商在致力于开发基于计算机无线网络通讯标准(RF)或者“蓝牙”(BlueTooth)协议的医用监控系统，在美国专利号6,577,901中，描述了一种利用计算机无线网络通讯标准或者蓝牙协议连接体内采集端，携带装置和监控端的系统，开发这个系统的目的集中在对于独立病人的诊断，而非全院范围内的多体实时监控，没有考虑建立无线局域网的问题。美国加州Crossbow技术公司推出了工业上第一个采用蓝牙通信标准的无线传感器结构(CrossNet结构)，该传感器工作在2.4GHz频段，这个产品只建立在蓝牙的单层无线传输模式，需要移动终端比如笔记本电脑到蓝牙作用有效区内进行有目的性的数据收集，没有实现在较大范围内实现统一的实时监控。

随着时代的发展，在实际生活中，迫切需要建立覆盖范围广、同时需要对大量移动目标进行实时监控的传感器网络，这种网络的最主要特点传感器节点在一个广阔的范围内处于移动状态，依靠短距无线传输和局域网模式的无线传感网络是无法实现这项要求的。

有厂商设想利用双向传呼网络或模拟蜂窝网络进行数据传输，利用全球定位系统(Global Positioning System-GPS)进行定位的无线医疗传感系统，在美国专利号6,579,231中，就述及了这样一个系统。双向传呼网络或模拟蜂窝网络的采用是针对覆盖范围广这一要求；而GPS系统的采用是针对被监控对象的移动这一特点，以求系统可以判断出被监控对象的具体方位。

全球定位系统(GPS)由在地球上空的24颗高轨卫星组成，为使用便携GPS接收机的每一位用户提供的导航定位服务。由于GPS信号接收机直接捕获卫星信号，受环境和气象等因素的影响很大，适合于旷野、航海和野外探测等户外行动，而在人口密集和高楼林立的大城市中，GPS信号的的接收会受很多的制约，其定位精确度大大降低，已满足不了人们日益增长的社会的生活的需求。在数字信道蜂窝移动通信飞速发展的今天，采用双向传呼网络和模拟蜂窝系统也并非首选方案，而且，利用现今的数字蜂窝移动网络，可以令无线传感网络具备更加丰富和完善的功能。

在全球所有的第二代数字移动通信网络中，GSM通信网络的使用人数最多。GSM网络主要用于语音通信，GSM与Internet相结合，出现了GPRS网络，使得无线终端设备能够方便的从Internet下传各种资料。

当发展到第三代移动通信，无线终端设备将具备更高的传输速率和更好的传输品质。从而出现了CDMA 1X、3G、WAP等多种新兴的无线网络。这些网络的发展为在这些网络上的语音服务、数据服务提供更为快速和高效的平台。

CDMA 1X是2.5G时代非常具有优势的一项技术，手机市场的发展要求是手机与网络之间更加紧密的集成，相互的关联性有了本质的提高，CDMA 1X的推出就是适应了这一发展趋势。在CDMA 1X网络里，网络的最高数据流量在实际网络中测试可以达到100kbps以上，比较GPRS有了很大的提高，不仅远远高于WAP上网的速度，也高于普通Modem拨号上网的速度。

另外，基于现有CDMA网络，已经开发出了利用终端和通讯基站之间的信号交换对终端进行定位的技术，比较GPS定位而言，数字移动通讯网络定位无疑更适合于应用于高楼林立的城市。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于短距无线通讯技术结合无线通讯公网的广域无线医疗监控系统，其可用于对覆盖整个城市范围的市民健康实时监控，并允许被监控人在全国范围内漫游。

为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案；其采用二级数据传输结构，第一级为基本生命参数采集终端到采集终端接入点的传输，通过短距无线传输技术实现；第二级为采集终端接入点到服务设备和监控终端的传输，通过无线通讯公网实现。每个被监控人携带的基本生命参数采集终端和采集终端接入点通过短距无线通讯方式点对点互连；所有采集终端接入点接入无线通讯公网，构成第二级传输网络，通过无线通讯公网将所有被监控人基本生命参数汇总至服务设备，经处理在监控终端显示，从而实现整体的实时监控。

市民健康实时监控具有以下特点：(1)传感器节点的物理分布分散。该系统所要监测的对象主要是老年患者、传染性疾病疑似人群、突发的致命性疾病患者、孕妇等。这类人群日常并不居住在具备严密监控的医院和急救中心，但他们的某些生理指标必须随时随地的得到监测，这样就要求该无线传感网的覆盖范围必须足够广，必须覆盖中心城市，邻近城市，甚至全国。(2)要求有传感器的位置信息。在市民健康监测传感网中，传感器的位置信息显得格外重要，一旦被监测对象发生生理指标异常，系统必须能够立即定位出被监测对象所处的位置以便于采取进一步的急救措施。(3)信息的传输量不是很大，但传输的可靠性要求相对高。由于其应用的目的在于实时监测，从不同节点上采集到的各种传感器的信息是预先在节点处的处理单元进行了智能化的分析、判断的，监测中心所需要的信息是从广袤的众多传感器节点处汇总而来的结论性数据而非大量的原始数据。保持数据链路的实时畅通确显得格外重要，这要求该用途的无线实时传感网必须是建立在稳定而可靠的数据链路基础上。(4)必须配备有功能强大的中央服务器。这个系统是一个功能庞大，处理复杂，集中式系统。中央服务器不仅要有完备的数据库功能，还要是一个可以方便地接入到internet网络的系统。(5)节点容量庞大。所应用的节点数目将是数以万计的，这对系统的节点容量提出要求的同时，也要求系统的健壮性一定要好。

为满足上述要求，我们将用于探测人体基本生命参数的生物信息传感器集成在一个便携式终端内，便携式终端可以是一块腕表或其他可佩戴的物品，便携式终端内还有用于控制整个电路工作的控制处理单元，比如一个单片机，还有用于将基本生命参数发射至采集终端接入点的短距无线收发单元，另外还有电源，存储器等必要单元。生物信息传感器用来探测被监控人的基本生命参数，控制单元将基本生命参数和预先设置的被监控人身份信息传输给短距无线收发单元，再由短距无线收发单元无线发送给采集终端接入点。用于探测人体基本生命参数的生物信息传感器可以是脉搏传感器，体温传感器，血压传感器，呼吸频率传感器等中的一个或几个的组合。

监控终端接入点也由被监控人携带，可作为腰机携带在身上或装在包内，随时从被监控人所携带的基本生命参数采集终端获得基本生命参数和相关信息。基本生命参数采集终端到采集终端接入点间的短距无线通讯方式的具体实现，可选用“蓝牙”(BlueTooth)技术，还可选用超宽带技术(UWB)或者Zigbee技术，根据系统的不同设计要求和应用特点，选择采用不同的技术方案来实现。

采集终端接入点内部集成有短距无线收发单元，还有用于控制整个电路工作和数据格式转换的控制单元，还有无线通讯公网收发单元，以及电源，存储器等必备部件，还可以有GPS模块。短距无线收发单元与处于基本生命参数采集终端内的短距无线收发单元相匹配，与短距无线通讯作用范围内的基本生命参数采集终端以点对点无线方式相连接。控制单元可以是一个中央处理单元(CPU)和协议转换模块的组合，短距无线收发单元接收到的基本生命参数数据包是短距传输协议格式的，在CPU的控制下进入控制单元，协议转换模块将数据包的格式转换为适用于无线通讯公网格式的数据包，再由无线通讯公网收发单元将经转换的数据包发送。当采用具有定位功能的CDMA模块做为无线通讯公网收发单元时，CDMA模块利用附近若干个基站获得被监控人所处位置数据，将被监控人基本生命参数和位置数据作为一个数据包发射至无线通讯公网。当采用不具备定位功能的CDMA模块或者其他如GSM，GPRS模块作为无线通讯公网收发单元时，需要采用GPS模块定位，此时GPS模块与控制处理单元连接，获得被监控人位置数据后，经CPU控制进入协议转换模块进行格式转换，同被监控人基本生命参数一起由CDMA或GSM或GPRS模块发送至无线通讯公网。GPS模块也可和具有定位功能的CDMA模块同时采用，利用两种定位方式可以获得精度更高的位置信息。存储器中可存有被监控人姓名等基本信息，发送时编入数据包一起进入无线通讯公网。

服务设备是一组从无线通讯公网接收被监控人基本生命参数和位置数据，进行处理、计算、存储的设备，基本构成包括处理数据的服务器，存储数据的存储装置以及存有地图等数据的数据库。经过服务设备处理，得到被监控人的健康信息和位置信息。服务设备可与Internet相连接，相关数据可达连接在Internet上的用户终端。

监控终端是通过专线或者Internet与服务设备相联接的一组显示装置，比如一组电脑终端。

本系统的优点基本有以下几点：

1.利用已有的无线通讯公网，覆盖范围广阔，而且数据传输的可靠性有保障。

2.运用GPS和CDMA联合定位，准确性高，受天气影响小，能够适应建筑物茂密的城市环境。

3.与Internet网络的兼容性能够得到保证，技术发展已经比较成熟。

本发明技术方案适合于在城市范围内对特定或不特定人群进行不间断的实时监控，可以向老年患者，心脏病、糖尿病患者以及孕妇等可能会遇到突发情况的或需要随时关注健康情况的人群提供完善的服务。当遇到突发性传染病时，可对着重需要观察的疑似人群实施监控，及时发现异常情况并采取措施。

附图说明

图1是本发明的广域无线医疗监控系统的原理简图；

图2是本发明的广域无线医疗监控系统的工作流程图；

图3是图2所示的基本生命参数采集终端的构成图；

图4是图2所示的采集终端接入点的构成图；

图5是本发明的医疗监控系统的一个具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的描述。

如图1、2所示：本发明提供的一种广域无线医疗监控系统，较佳实施例应包括依次无线联接的基本生命参数采集终端10、采集终端接入点20、服务设备30、监控终端40和GPS系统50。其中，基本生命参数采集终端(10)为一个或多个，其收集被监控人的基本生命参数和相关信息，并通过短距无线传输技术将上述数据发送；

所述采集终端接入点(20)也为一个或多个，其接收上述数据并进行格式转换，并通过无线通讯公网将该数据传送。

所述的一组服务设备(30)，接收来自采集终端接入点的基本生命参数信号，进行处理、计算、存储，得到被监控人的健康信息；

所述监控终端(40)，与服务设备相连接，显示被监控人的健康信息。

如图3所示，所述基本生命参数采集终端10为一块腕表，其基本构成包括：基本生命参数采集单元1、控制处理单元2、短距无线收发单元3、电源8、存储器9，基本生命参数采集单1收集到的数据可在控制处理单元2的控制下暂存在存储器9中，并通过短距无线收发单元3发送出去。在本实施例中，基本生命参数采集单元1为一个温度传感器，控制处理单元2即为单片机7，短距无线收发单元3为一个蓝牙模块。

如图4所示，所述采集终端接入点20的构成包括：接入点短距无线收发单元4、接入点控制处理单元5、无线通讯公网收发单元6、电源13、接入点存储器14、GPS模块15，所述的接入点短距无线收发单元4接收来自短距无线收发单元3发送的数据，在接入点控制处理单元5的控制下对数据进行格式转换并暂存在接入点存储器14中，然后经转换后的数据通过无线通讯公网收发单元6发送。本实施例中，接入点短距无线收发单元4为一个蓝牙模块，接入点控制处理单元5为CPU11和协议转换模块12的组合，无线通讯公网收发单元6为一个具备定位功能的CDMA模块。

结合图5，简述本实施例的工作流程，温度传感器从人体获得体温信号，在单片机的控制下，数据可暂时存放在存储器中，存储器中还保存有被监控人的姓名，蓝牙模块和采集终端接入点建立连接后，单片机从存储器中提取体温信号和被监控人姓名数据，传输给蓝牙模块，蓝牙模块将数据包发射，内置电源对以上各部件提供电能。采集终端接入点中的蓝牙模块接收到基本生命参数采集终端发射出来的数据包，此时的数据包为蓝牙协议格式，在CPU的控制下，数据包进入协议转换模块，转换成为CDMA网络适用的格式。GPS模块通过与上空的GPS卫星得到被监控人的位置数据，这组数据也经协议转换模块转换成为CDMA网络适用的格式。具备定位功能的CDMA模块通过附近的基站得到被监控人的另一组位置数据。接入点存储器可供等待发射或处理时暂时存放数据，含有被监控人体温和姓名数据，GPS位置数据，CDMA网络位置数据的数据包由CDMA模块发射至CDMA通讯公网，采集终端接入点的电源可一般采可充电的蓄电池。服务设备与CDMA系统服务器，获得数据包，经服务设备处理得到被监控人的具体身份，体温和位置，服务设备为一组具有服务器、数据库系统，并配有相应软件的设备，经处理的数据在电脑上予以显示，在电子地图系统上，可以直接标记被监控人所在的街区。服务器中设置有报警程序，当被监控人体温高于预设值时报警。

Claims (16)

1、一种广域无线医疗监控系统，其特征在于，包括：

一个或多个基本生命参数采集终端(10)，每个基本生命参数采集终端内，基本生命参数采集单元(1)经控制处理单元(2)与短距无线收发单元(3)相串联，所述基本生命参数采集单元(1)可获得被监控人的基本生命参数信号，基本生命参数信号经所述控制处理单元(2)控制，由所述短距无线收发单元(3)发送；

一个或多个采集终端接入点(20)，每个采集终端接入点内，接入点短距无线收发单元(4)经接入点控制处理单元(5)与无线通讯公网收发单元(6)相串联，所述接入点短距无线收发单元(4)接收基本生命参数信号，基本生命参数信号再经所述接入点控制处理单元(5)控制并处理，由所述无线通讯公网收发单元(6)发送；

一组服务设备(30)，接收基本生命参数信号，进行处理、计算、存储，得到被监控人的健康信息；

监控终端(40)，与服务设备相连接，显示被监控人的健康信息。

2、根据权利要求1所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述基本生命参数采集单元(1)为用于探测人体基本生命参数的生物信息传感器中的一种或者几种的组合。

3、根据权利要求2所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述用于探测人体基本生命参数的生物信息传感器为一个人体温度传感器。

4、根据权利要求1所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述控制处理单元(2)为一个单片机。

5、根据权利要求1所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述短距无线收发单元(1)和接入点短距无线收发单元(4)为蓝牙模块。

6、根据权利要求1所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述短距无线收发单元(1)和接入点短距无线收发单元(4)为UWB模块。

7、根据权利要求1所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述短距无线收发单元(1)和接入点短距无线收发单元(4)为ZigBee模块。

8、根据权利要求1所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述接入点控制处理单元(5)可以是一个CPU和一个协议转换模块的组合。

9、根据权利要求8所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述采集终端接入点(20)中还设有一个GPS模块(15)，与接入点控制处理单元(5)相连。

10、根据权利要求8所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述无线通讯公网收发单元(6)是一个具备定位服务功能的CDMA模块。

11、根据权利要求9所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述无线通讯公网收发单元(6)是一个不具备定位服务功能的CDMA模块。

12、根据权利要求8所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述无线通讯公网收发单元(6)是一个GPRS模块。

13、根据权利要求8所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述无线通讯公网收发单元(6)是一个GSM模块。

14、根据权利要求10到13所述的任一广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述服务设备(30)与无线通讯公网服务器相连接。

15、根据权利要求14所述的广域无线医疗监控系统，其特征在于，所述监控终端为一组和所述服务设备(30)相连的显示装置。

16、根据权利要求1所述的广域无线医疗监控制系统，其特征在于，所述的服务设备(30)中设有报警模块，当被监控人体温高于预设值时报警。

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