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摘 要
本文研究了远程医疗领域的相关知识，提出了一种基于物联网的新型远程医疗监护系统设计方案，该系统利用物联网技术，使用人体传感器采集病人生理信号并对其进行分析、处理，并通过Zigbee无线传感网络将生理数据传送至控制端，由控制平台再经互联网传输到远端医疗服务中心，供医护人员实时监控和诊断，从而实现对患者生理状况的远程实时监护。Zigbee无线传感网络的设备节点处理器芯片采用最新的CC2530芯片，具备很好的抗干扰性和低功耗性能，可较好地适应远程监护系统的长期稳定运行。
该远程医疗监护系统设计方案主要针对一些慢性病患者对于长期远程医疗监护的迫切需求而设计。系统可以为医疗人员远程获取准确的患者生理监护数据，在很大程度上缓解医疗系统的工作压力，并减轻慢性病患者在经济和心理上的多重负担。随着计算机、通信技术和物联网技术的快速发展，远程医疗监护会成为未来医疗服务领域的应用趋势，文中所设计的远程医疗监护系统方案在未来社会生活中具备很好的应用前景。
关键词：物联网 Zigbee 远程医疗 CC2530芯片 传感器
第1章 绪论
1.1物联网与远程医疗监护系统的概述
众所周知，物联网时代正在迅速向我们走来，它是21世纪信息技术的重要发展方向。其英文名被称为“The Internet of things”。物联网并非是一个全新的东西，它的核心和理论支持依然是互联网，它是在互联网层面上延续和扩展的任何物体与物体之间通过射频天线技术、红外遥感装置和条形或二维扫描等信息传感设备，按照事先约定好的协议与互联网相连接并进行数据交换和通信的一种网络[1]。
从技术架构上来看，物联网可以分为三层：感知层、网络层和应用层。其中，感知层由各种传感器以及传感器网关组成，它的作用相当于人的眼耳口鼻和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源。网络层由各种有线和无线通信网络、互联网等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的数据。应用层相当于物联网与用户之间的接口，它与具体的用户和行业需求有关。
物联网中的“物”并非传统意义上的一般物体。能够称得上物联网的“物”必须具备以下几个特点：有相应的接收器和发送器；具备一定的存储功能；有CPU；还要有专门的应用程序以及数据传输通道；在网络中要有自己唯一的可以被识别的编号等。在物联网时期，计算机将发展到与普通事物无法分辨，即形态上“普物化”、功能上“泛在计算”。只要在物体中嵌入一个芯片，就能让该物体的有关信息通过互联网传输出去，同时还能利用远程计算机对物体进行控制，那是网络将无所不在地融入人们的日常生活中，为人所用、为人不知，即“泛在网”。
物联网的用途十分广泛，遍及家居智能控制、智能存储和运输、环境保护与监测、工业全自动化、军队一体化和远程医疗监护等众多领域。可以说，物联网的出现为远程医疗提供给了良好的发展前景。物联网应用领域图表如下1-2所示。
传统的医疗监护体系往往不能将病人的情况及时、准确的反馈给医疗专家，而且受到时间和地点的限制，病人大都在指定的时间，指定的地点接受医生的检查，从而导致延时就医和误诊。因此，急需要一种能对病人的身体状况进行实时监控的系统，将病人的生理信息及时准确的传给医生，做到及时发现、及时诊断、及时医治，而且也不影响病人的正常活动，然他们能够在自然状态下接受检测。远程医疗监护系统的应用正好满足了人们的需求，它可以让病人远离住院的痛苦、减轻患者家庭的经济负担，同时也缓解了就医难、看病贵的问题。为把家庭作为医疗监护的主要模式提供了可能性。
不同的时期人们对远程医疗的理解和定义有所不同。早期因为受到各种技术的限制，远程医疗仅仅被定义为：利用固定电话或电报对远地病人实施的一种简单的医疗处理。现如今随着各种通信技术和计算机技术的发展，远程医疗监护的定义是：利用传感器将采集到的病人生理信息数据或医学信号通过电子信息技术和网络通信技术传输到医院的监护中心并对数据和信号进行分析、处理，及时将分析结果反馈给医生，以便医生做出准断和建议的医疗技术[2]。
远程医疗的发展已有40多年的历史，它的发展历程大概可以分为3个阶段：第一阶段也称为萌芽阶段从上世纪60年代初期到80年代中期，由于受计算机和通信技术的限制，主要利用电话或电报对那些不能前来的远地病人实施的一种简单、特殊的医疗护理；第二阶段也叫做革命性阶段开始于上世纪80年代后期，因为通信技术的发展和不断成熟，涌现出了一大批有价值的远程医疗项目，国际各大知名医院之间开展远程医学研究，探讨各种疑难杂症，各国国内也增加医学交流，建立并完善各自的远程医疗水平；如今第三代远程医疗时代亦称高潮阶段，正在不知不觉中向我们走来，这时期的远程医疗正在向着微型化、多样化、智能化、一体化等方向发展，更加自然地融入到人们的日常生活中。与前二代远程医疗相比，第三代远程医疗具有如下得天独厚的特征：通过公共通讯网络提供服务，使医疗服务入口变得相对较容易些；提供了到桌面的图形化界面服务，使维护变得比较简单；多方位的立体化发展空间，项目的发展越来越趋于商业化，动机也变得更加单纯化[3]。
1.2课题研究的背景和意义
近几年，虽说国内一直都在进行医疗体制改革，在县级医院实行医院和药房的分离体制。但总体而言，公有制依然是目前国内的大型医院的主要形式，由于医疗制度和医疗资源分配上的原因，每个科室的医疗专家都喜欢集中在医疗环境和待遇较好的大医院里，小医院的医疗力量相对薄弱，山区的医疗设施更是简陋至极。正是这些缺陷导致了看病难、看病贵等一系列长期困扰我们的问题，同时医疗资源的严重不足和分布不均衡，是国内医疗的最大障碍。随着人们生活质量的逐渐提升，对各种需求都在不断提升尤其是在医疗服务方面的要求，传统的、单一的医疗方式已经不能满足人们的医疗需要。因此，迫切需要一种新型医疗模式的出现，而此时计算机的迅速发展、网络技术和传感器的出现为远程医疗的发展提供了机遇。远程医疗系统的研究在医疗方面有着深远的意义[4]：
很大程度上提高了基层医院的医疗服务水平。一些相对较差的小医院通过请大医院的专家对病人进行会诊，可以提高该医院会诊的准确率。
缓解了医疗人员和医疗器械分布不均衡的问题。更加合理有效的发挥大医院医疗专家的作用，同时缓解了大医院的就医压力，避免了大型医院出现就医人员拥挤的情况。
曾加了医疗专家和医护人员之间的交流机会。远程医学将在医护人员与专业医生交流的广度和深度方面有很大的改善，给医护人员更多的学习机会，同时也减少了不必要的开支。
减轻了患者家庭的医疗经济负担，给患者更多的自由活动时间和空间。病人无需住院，省去了昂贵的住院费。同时，减少了病人检测使得恐惧感。
在特别危险环境下对患者的救治远程医疗系统发挥了无可比拟的优越性。提供及时的医疗信息和现场环境，让病人与专家在第一时间接触，了解病情以便专家做出及时诊断，减少病情拖延时间。
远程医学教育、远程监护、远程诊断等都属于远程医疗的范畴，本文就是针对慢性病患者而提出的一种远程医疗监护系统设计方案，给患者带来更加自由安心的生活，在未来的社会生活中将有广泛的应用前景。
1.3远程医疗的发展状况
1.3.1国外发展状况
在远程医疗系统的研究与发展过程中，美国和西欧这些发达国家的发展速度属最快，他们起步比较早，国家的资金和技术的投入也比较大，因此远程医疗技术要远远领先其它国家很多，同时也使得远程医疗技术较早的在这些国家得到应用并完善，而且他们采用的通信方式大多是利用卫星通信和综合业务数据网，在军事医学、远程会诊、远程咨询、远程医学信息的远距离传输等方面取得了很大的进展。尤其是在远程医疗系统中的一些子系统发展水平较高，比如医院的信息化系统和患者的电子病历以及图片存档等技术都相当的成熟。与国内相比，虽说美国的远程医疗虽然起步早，但其资产阶级性质的司法制度曾一度阻碍了远程医疗的全面开展。
国外一些研究机构已经研发并推广类似传感器床的监护设备，如图1-4所示，该医疗监护床能对病人的体温和脉搏进行检测。主要考虑到当病人睡觉时，放在身上的传感器节点过于碍事，不能让患者正常的休息，若将传感器节点取下，则又无法测量患者夜间的生理信号变化情况，所以设计了这样一种设备，即使病人在熟睡时，它的生理数据也会被实时监护的。
把远程医疗系统作为一个开放性的独立的分布式系统的概念，是美国人在1988年首次提出来。它囊括了三方面的技术，即全双工的视听通信技术、计算机网络技术及传感技术。目前在全世界范围内规模最宏大、覆盖范围又最广的远程医疗教育和远程医疗网络是坐落于美国的乔治亚教育医学系统，它可以从事有线通信、无线通信和卫星通信等3种通信活动，它的主要目的是进行远程医疗教育活动，但远程医疗网络也是其中研发的一个重要组成部分。
除了美国之外，世界上许多其他发达国家、发展中国家，甚至是相对落后的国家也都纷纷投入到远程医疗的发展队列。仅仅是欧洲及欧洲联盟联合组织就成立了4个关于生物医学方面的工程基地实验室、10个规模比较大的医疗研发公司、病理医学实验研发部门就有20多个以及由20个终端客户共同投入参加的大规模远程医疗系统推广实验项目，它们共同推动了远程医疗的发展和普及。同时澳大利亚、中国、日本等国家也相继开展了各种形式的远程医疗活动。
1.3.2国内发展近况
根据发展阶段的记载，电台服务被公认是世界上最早时候的远程医疗所采用的主要形式，其目的是用来向那些跨洋远航游轮上的工作人员及游客提供突发性的应急医疗咨询服务的。据有关资料记载，国内最早一次的远程医学活动被普遍认为是1986年的时候广州远洋货船上的工作人员利用电台向有关医疗部门报告了该船上一名突发急诊患者的病情，进而实现了国内跨洋会诊的先列[5]。但是国内具有真正里程碑意义的远程医学活动严格上来说是从上世纪80年代才开始的。例如：解放军武警总医院通过国家专用卫星利用远程卫星通信技术与德国的一家知名医院在1988年进行了一次有关神经外科病例的研究讨论。又如上海教育科研网和上海医大联合举办的远程医疗会诊项目与1995年正式启动，并成功设立了远程医疗会诊研究室。运行在网络上该项系统，具有极强的交互式动态图像显示功能[6]。第5章 总结与展望
5.1研究总结
本文首先介绍物联网的相关知识并对远程医疗系统进行了探讨，主要突出远程医疗监护系统在医疗方面的应用和作用。同时也研究和探讨了各种不同无线通信技术并对它们的优缺点进行了比较，重点介绍了短距离Zigbee通信技术及获取患者生理数据的传感器节点的硬件设计和系统的软件设计，在此基础之上，提出了一种基于物联网的远程医疗监护系统的整体设计架构图。
在论文的研究过程中，对物联网知识的深入理解和Zigbee协议的掌握有一定的难度，刚开始不能很好的明白如何将物联网与远程医疗相互联系起来。通过查阅有关资料，知道了物联网的层次结构即感知层、网络层和应用层及物联网技术在现实生活中的广泛应用。短距离无线通信Zigbee也是以前从未接触过的东西，对它的理解更是一头雾水，通过老师的讲解和我对相关资料的研究，终于明白了它的优势所在。但是在研究的过程中也出现了许多新的问题，如：Zigbee网络拓扑结构和协议栈是怎样的？通过自己的深入研究学习终于弄清楚了其中的来龙去脉。
我们知道，随着人们生活水平的不断提高和科学技术的深远发展，远程医疗监护系统也必将会在日益健壮，这样就对病人生理数据的安全性和保密性提出了更高的要求，在保证病人的生理数据在不同医院和不同医生之间共享的同时，加强对病人隐私的保护也刻不容缓，防止患者的生理数据被非法窃取；同时，为了保证患者电子档案的共享，可以将生理数据放到一个服务平台中，这样大型的服务器也是必须的，以保证存储大量的病人生理数据，这些问题都在研究过程中充分考虑到并亟待解决的。
相信随着物联网技术和嵌入式技术的稳健发展。传统的医疗模式将逐渐被基于物联网的远程医疗模式或嵌入式的远程医疗模式取而代之，这也必将从根本上缓解了大医院的就医压力和解决国内医疗资源分布问题，同时也减轻了病人的精神和心理的痛苦和病人家属的经济困难。
5.2工作展望
随着计算机、网络技术和信息时代的迅速发展，利用远程通信技术开展医疗、教学、医学交流等工作，对国内现代化医疗事业的发展有着巨大的推动力作用。二十一世纪的远程医疗监护系统正在向着普通化、专业化、微小型化和一体化等多样化方向发展[17]。大型城市、中小城市、乡村和边远山区医疗一体化是远程医疗的未来发展前景，除此之外，外来的远程医学活动不仅包含远程医疗监护，而且扩大到远程卫生和远程保健等，更好的服务于人民群众。再者，随着嵌入式技术的日趋成熟，总有一天该项技术会被广泛的应用在远程医疗监控系统上。我们可以这样设想一下，在床上或者是板凳上嵌入一块传感芯片，这样不管病人是坐着或是晚上睡觉都能实现对病人进行实时监测。总之，医疗监控系统的发展始终都与新型科技的发展密切相关联的，应用者不断的对远程监控系统的简单性、易用性和及时性提出更高的新要求，所以必须要更好的、更及时的应用新兴发展技术，这样才能保证远程医疗监控系统不断的发展强健，不断的满足人们的各种需要，它也必将大大改善和提高人们的生活质量。
随着未来技术的越发发达，医疗监控系统的设计就越来先进。以后随着芯片制作技术的不断成熟和功能的不断强大，可以将用来采集各种不同生理数据的芯片集成到一个指甲大小的芯片中或是更小的芯片中，直接植入到人体内。总之，远程医疗监护会和物联网一起在医疗监护和保健等方面构建起人类健康的守护神。
致 谢
本论文的选题、课题的研究与设计及论文撰写工作是在卫兵老师的悉心指导下完成的。在这半年时间中，卫老师待我热情诚恳，他那谦虚严谨的治学态度，对工作一丝不苟的作风深深的影响和激励着我，是我人生中学习的榜样。在此，我要感谢卫老师在论文研究和写作上给予的帮助，在他的指导下，我不仅在学术上受益匪浅，而且学会了独立思考，分析问题、解决问题的能力。同时，对于那些在我论文撰写和修改期间所有给予我帮助的同学、老师表示深深的谢意！
由于本人能力的有限，在论文中难免有些瑕疵的地方，恳请各位老师建议指正。
参考文献
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