【文章內容簡介】 ................................................................................................ 44 一點對多點 TCP 服務器實現(xiàn) .......................................................................... 44 具體通信程序 ..................................................................................................... 46 本章小結 ..................................................................................................................... 47 第六章 系統(tǒng)功能驗證 ......................................................................................................... 48 測試平臺搭建 ............................................................................................................ 48 測試過程及結果 ........................................................................................................ 48 碩士學位論文 VII 結論 ......................................................................................................................................... 52 參考文獻 ................................................................................................................................. 54 致 謝 ....................................................................................................................................... 57 附錄 A 攻讀學位期間所發(fā)表的論文和參與的課題 ..................................................... 58 碩士學位論文 1 第一章 緒論 遠程醫(yī)療監(jiān)護 的背景和意義 隨著經(jīng)濟和科技的進步，人口的老齡化日益凸顯，聯(lián)合國發(fā)表報告指出：當二十一世紀上半葉到來時，全球人口將增加 倍，而老年人口將增加 倍，老年人口占總人口的比例將上升到 20%。 人口老齡化將引起社會對老年人健康以及醫(yī)療的關注 [1]。 在老年 人的多發(fā)疾病中，惡性腫瘤、腦血管、心血管、呼吸系統(tǒng)疾病是造成死亡的 主要病因。預防和控制這些慢性病和退化性疾病，直接關系到老年人的健康和生命。而這些疾病不是一兩天就能治愈的，需要長期追蹤與治療，但是醫(yī)院的病床不能滿足需求 并且住院費用龐大，這樣老年病人就需要定期回院復診，這不但浪費了病人往返醫(yī)院的 時間和金錢，而且導致病人缺乏長期有效地病情監(jiān)控與護理。另一方面老年病人更愿意 接受家庭環(huán)境下的醫(yī)療監(jiān)護，因為經(jīng)常的外出就醫(yī)會加重病人的精神負擔，不利于病情的康復 [3]。 同時經(jīng)濟發(fā)展的不平衡導致了各地醫(yī)療水平的差異，許多 偏遠地區(qū)的人享受不到大醫(yī)院的先進醫(yī)療監(jiān)護。 因此，人們提出了遠程醫(yī)療監(jiān)護，即使用遠程通信與信息技術為監(jiān)護對象提供檢測、監(jiān)控、治療、教育和信息服務，這樣老年病人或偏遠地區(qū)的患者可以在家中接受主要生理參數(shù) （ 如心電、血壓、體溫、呼吸、血氧飽和度等 ） 的檢測，以及進行醫(yī)學咨詢并接受治療和護理指導。 發(fā)展 遠程醫(yī)療監(jiān)護 具有重要的意義 [210]： （ 1） 縮短醫(yī)生和患者之間的距離，為患者提供及時救助，減少患者或 醫(yī)護人員 的路途奔波。 （ 2） 對自理能力較差的老年人和殘疾人的日常生活狀態(tài)實施遠程監(jiān)護，不 僅能提高醫(yī)護人員的護理水平 和患者的生活質量，還可以評估監(jiān)護對象的獨立生活能力和健康狀況。 （ 3） 遠程監(jiān)護可以在患者熟悉的環(huán)境中進行，減少了患者的心理壓力，提高了診斷的準確性。 （ 4） 對健康人群的遠程監(jiān)護，可以發(fā)現(xiàn)疾病的早期癥狀，從而達到保健和預防疾病的目的。 （ 5） 普及醫(yī)療，提高邊遠和落后地區(qū)的醫(yī)療水平，這對于幅員廣闊的國家尤為重要。 （ 6） 方便及時，如居家醫(yī)療護理、康復指導、危險性疾病猝發(fā)時的救護指導等，使醫(yī)學和醫(yī)療直接服務到個人。 一種 基于 嵌入式 Inter 的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 2 遠程醫(yī)療監(jiān)護的 發(fā)展 狀況 最早應用 遠程監(jiān)護的是美國航天局 20 世紀 70 年代運用遠程監(jiān)護技術對太 空的宇航員進行生理參數(shù)監(jiān)測。所有宇航員都穿上帶有生物傳感器的制服，將監(jiān)測數(shù)據(jù)從太空船及月球表面送到地面接收站，監(jiān)測參數(shù)包括：心率、體溫變化、呼吸、兩導聯(lián)心電圖、氧氣消耗和二氧化碳分壓，地面接收站的醫(yī)生可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)評價宇航員的生理狀態(tài)，還能在宇航員生病時提供實時監(jiān)護 [4]。由于受到信息的傳送量和通信條件的制約，此時的遠程醫(yī)療的發(fā)展比較緩慢，僅僅在航天等尖端科技領域內進行，正如許多高新科技從專業(yè)領域走向大眾一樣，遠程醫(yī)療被越來越多的專家研究，以造福普通人 [8]。 80 年代后期到 90 年代初，伴隨著計算機硬件價 格和通訊費用的下降，遠程醫(yī)療監(jiān)護逐漸走向了軍民兩大領域。從 Medline 所收錄的文獻數(shù)量看， 1988~1997年的 10 年間，遠程醫(yī)療方面的文獻數(shù)量呈幾何級數(shù)增長 [5]。在遠程醫(yī)療系統(tǒng)的實施過程中，美國和西歐國家發(fā)展速度最快，通信方式多是衛(wèi)星和綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)，在遠程咨詢、遠程會診、醫(yī)學圖像的遠距離傳輸、遠程會議和軍事醫(yī)學方面取得了較大進展 [9]。 到了 21 世紀，通信技術的進一步發(fā)展， 如 互聯(lián)網(wǎng)，移動網(wǎng)等，使遠程醫(yī)療監(jiān)護技術進一步成熟，家庭監(jiān)護和社區(qū)醫(yī)院成為其主要形式。 20xx 年， Alfredo I Hermandez 等學者研發(fā)了一套基于網(wǎng)絡的心電圖實時傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)前端的信號依靠單片機控制的便攜式模塊獲取，除了與個人計算機通信外，也可根據(jù) PC 發(fā)來的信號決定采樣率與數(shù)模轉換的分辨率。網(wǎng)絡傳輸部分采用主從式網(wǎng)絡，使用者撥號與服務器連接后，即可傳送生理參數(shù)與資料，供醫(yī)護人員進行診斷和存儲 [6]。 在國內，第三軍醫(yī)大學承擔了“ 863”家庭數(shù)字化醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)研究項目，研制了一套基于掌上電腦的多生理參數(shù)監(jiān)護網(wǎng)絡系統(tǒng)，設計了心電監(jiān)測、血壓監(jiān)測、活動監(jiān)測、老年人活動監(jiān)測等監(jiān)測模塊以及無線發(fā)射接收模塊，在利用標準的RS232 接口 與掌上電腦連接，由掌上電腦對測量儀器進行控制并接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，最后利用其內置的調制解調器通過電話線與監(jiān)測中心建立遠程通信 [7]。 20xx 年 6 月 10 日，亞洲第一家“院外心臟遠程移動監(jiān)護中心”落戶具有百年歷史的山東大學齊魯醫(yī)院。該中心的建成，標志著亞洲第一個基于中國移動GPRS 無線通信網(wǎng)絡構建的院外心臟遠程監(jiān)護系統(tǒng)正式投入臨床應用 [11]。 遠程醫(yī)療監(jiān)護 與 嵌入式 Inter 結合 的趨勢 遠程醫(yī)療的關鍵在于遠程通信的手段，從遠程醫(yī)療概念的提出發(fā)展至今，遠程醫(yī)療的通信方式有電話網(wǎng)通信、 Inter 通信 、衛(wèi)星通信、移動網(wǎng)通信等，其中Inter 在成本和技術要求上比較低，通信速率比較高，并且資源共享能力強，使碩士學位論文 3 得其被廣泛應用到遠程醫(yī)療領域。而嵌入式 Inter 的飛速發(fā)展，更加促進了Inter 在遠程醫(yī)療方面的應用，特別是在需要長期通信的醫(yī)療監(jiān)護領域 [1213]。 嵌入式 Inter 起源于把嵌入式系統(tǒng)與 Inter 相結合的想法。嵌入式 Inter是：在嵌入式系統(tǒng)應用領域，以 Inter 技術為基礎，使嵌入式系統(tǒng)與 Inter相互連接，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與 Inter 之間的資源共享 、信息通信和狀態(tài)控制等功能 [6]。嵌入式 Inter 應用到遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)中，使得醫(yī)療監(jiān)護設備在實現(xiàn)Inter 通信的基礎上，具備了嵌入式系統(tǒng)成本低、體積小、功耗低的特點，這樣既降低了患者的醫(yī)療費用，有利于監(jiān)護系統(tǒng)的推廣使用，又使得監(jiān)護系統(tǒng)更加的便攜，使用也更加方便 [14]。 本文 內容及結構安排 本文 設計并實現(xiàn)了 一種基于嵌入式 Inter 的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng) ，其中重點講述了監(jiān)測終端的實現(xiàn) 。 本文共分為 七 章，每一章的內容安排如下： 第一章 緒論 。 首先 介紹了遠程醫(yī)療監(jiān)護的背景和意義 ，以及 遠程醫(yī) 療監(jiān)護的發(fā)展 狀況 ；然后 講述了嵌入式 Inter 在 遠程醫(yī)療監(jiān)護 系統(tǒng) 中的應用 ； 最后給出了本文的內容及結構安排。 第二章 系統(tǒng)結構和 嵌入式 Inter 實現(xiàn)方案 。 本章首先 說明了基于嵌入式Inter 的遠程醫(yī)療 監(jiān)護系統(tǒng)的結構，然后 介紹了嵌入式 Inter 的關鍵技術 ， 并對現(xiàn)有嵌入式 Inter 接入技術進行分析，最后提出了本系統(tǒng)所采用的嵌入式Inter 實現(xiàn)方案。 第三章 監(jiān)測終端 的硬件設計。 首先 設計了整個硬件結構，然后 介紹了 監(jiān)測終端 的硬件核心 ARM7 處理器 AT91SAM7X256， 隨后 以 AT91SAM7X256 作為核心，擴展了外圍電路， 進行 了具體的電路設計。 第四章 監(jiān)測終端軟件設計 。首先 提出了整個軟件的框架，隨后對其核心 嵌入式操作 系統(tǒng) RT_Thread 進行介紹并 將其 移植 到硬件平臺 ，然后根據(jù) RT_Thread 的設備管理模塊，進行了各設備驅動程序的開發(fā) ，最后對監(jiān)測終端應用程序進行實現(xiàn) 。 第 五 章 監(jiān)控中心服務器 設計 。 首先說明了監(jiān)控中心服務器的總體結構，接著采用虛擬儀器 LabVIEW 實現(xiàn)了 監(jiān)控中心 服務器 的 監(jiān)控 軟件 ，包括監(jiān)控管理程序和 TCP 服務器程序 。 第 六 章 系統(tǒng)功能的驗證 。 通過搭建的測試環(huán)境對本文設計 的系統(tǒng)進行驗證。 最后是 結論 。 總結本文所做的工作，指出了本系統(tǒng)的不足及改進措施 。 一種 基于 嵌入式 Inter 的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 4 第二章 系統(tǒng)結構和 嵌入式 Inter 實現(xiàn)方案 系統(tǒng)結構 基于嵌入式 Inter技術實現(xiàn)的遠程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的結構圖如 圖 ： I n t e r n e t監(jiān) 測 終 端家 庭 2監(jiān) 測 終 端家 庭 1監(jiān) 測 終 端家 庭 N醫(yī) 院監(jiān) 控 中 心服 務 器 圖 基于嵌入式 Inter 的 遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)結構 系統(tǒng)由監(jiān)測終端 和監(jiān)控中心服務器組成 ，它們之間通過 Inter來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 監(jiān)測終端位于遠程家庭，它采用嵌入式 Inter技術實現(xiàn)，負責采集患者的生理參 數(shù)并通過 Inter上傳到監(jiān)控中心服務器，供醫(yī)生進行診斷，同時接收來自監(jiān)控中心服務器的診斷結果、治療意見等信息。 監(jiān)測終端是本系統(tǒng)設計的重點，因為它直接關系到 Inter通信的實現(xiàn) 。 監(jiān)控中心服務器位于醫(yī)院，它通過監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)庫對病人病歷和生理參數(shù)進行管理 ，并 為 監(jiān)測終端提供咨詢 和 指導服務 。 嵌入式 Inter 關鍵技術 要對嵌入式 Inter進行實現(xiàn)，首先有必要了解嵌入式 Inter的關鍵技術 ，下面對 TCP/IP協(xié)議族和以太網(wǎng)技術進行簡單介紹。 TCP/IP 協(xié)議 族 TCP/IP協(xié)議族 是 Inter實現(xiàn)的基礎 ， 它是一種網(wǎng)絡互連協(xié)議，旨在實現(xiàn)各種異構網(wǎng)絡或主機的互連互通。任何網(wǎng)絡技術架構下的主機只要安裝了 TCP/IP即可實現(xiàn)互連通信。 TCP/IP協(xié)議族 通常被認為是一個 四層 協(xié)議系統(tǒng)，其協(xié)議層結構如碩士學位論文 5 圖 。 應 用 層傳 輸 層網(wǎng) 際 層網(wǎng) 絡 接 口 層T C P / I P 模 型協(xié) 議H T T P 、 F T P 、 S M T P 、T E L N E T 等U D P 、 T C PI P 、 A R P 、 I C M P以 太 網(wǎng) 、 令 牌 環(huán) 網(wǎng) 、 F D D I 等 圖 TCP/IP協(xié)議層結構 下面將介紹 各協(xié)議層 的功能及包含的協(xié)議： （ 1） 網(wǎng)絡接口層 也稱為鏈路層， 對應著 OSI參考模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。它的功能是接收 IP數(shù)據(jù)報并通過特定的網(wǎng)絡進行傳輸，或從 網(wǎng)絡上接收數(shù)據(jù)幀，抽取出 IP數(shù)據(jù)報并轉交給上一層。局域網(wǎng) （ LAN） 技術，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、 FDDI（ 光纖分靠式數(shù)據(jù)接口 ） 等工作在這一層 [15]。 TCP/IP標準并沒有定義具體的網(wǎng)絡接口協(xié)議，目的是能夠適應各種類型的網(wǎng)絡，具體的網(wǎng)絡接口協(xié)議在實際應用的網(wǎng)絡如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等中定義。因此在嵌入式 Inter的實現(xiàn)中，需要選擇網(wǎng)絡接口層所使