【導讀】CitéInternational,Lyon,FranceAugust23-26,2020.todevices.sensors.workdifficult.

　　

【正文】 提供完整的病人監(jiān)護系統(tǒng)。其他功能的整體系統(tǒng)將提供心電圖（心電圖）和脈沖血氧測定法的數(shù)據(jù)，通過創(chuàng)新的方式，在無線傳感器網(wǎng)絡知識獲得優(yōu)先的項目。 一、 相關工作 使用無線傳感器網(wǎng)絡的醫(yī)療服務和無線病人監(jiān)測的觀念一直被別人探索著，但是將數(shù)據(jù)從其他裝置進行整合通常不被討論。目前正在進行的有關病人監(jiān)護儀的工作，例如使用無線傳感器如“ CodeBlue ”項目在哈佛大學 [ 3 ] 開展。其他人同樣也成功地使用無線傳感器網(wǎng)絡設計的醫(yī)療傳感器 [ 4 ]和管理中的傳感器數(shù)據(jù) [ 5 ] 。它已被確定，這是可取的，通過無線方式使現(xiàn)有的醫(yī)療設備，提供生命體征數(shù)據(jù)，使用的技術，例如 ZigBee 的 [ 6 ] [ 7 ] 。本篇論文所描述的研究力圖滿足這些要求。使用無線傳感器網(wǎng)絡在醫(yī)院進行了廣泛的審查。此外，其他無線技術在相同頻段 ， 如 IEEE 標準 [ 8 ]， 已經(jīng)被在醫(yī)院一段使用時間 [ 9 ] 。 二、 需求分析 A 無線技術 無線應用的既定標準，如藍牙 [ 10 ]和 IEEE ，允許高速傳輸速率，但是代價是犧牲能耗，應用復雜性和成本。 ZigBee 提供低成本，低功率的設備，可以互相交流和外面的世界。 ZigBee 的自我形成和自我調(diào)整的網(wǎng)絡架構讓數(shù)據(jù)和控制信息從一個節(jié)點傳輸?shù)搅硪粋€多個路徑。這是在特別有用的在醫(yī)院的墻壁干擾，和一般人的阻礙下，是一個重要問題。 ZigBee 是基于 IEEE 標準 [ 11 ]無線電的硬件和軟件規(guī)范。 B 調(diào)動 實用 ZigBee 功能的設備，支持睡眠模式。離線節(jié)點可以連接到一個網(wǎng)絡中的大約 30 毫秒。喚醒一個沉睡的節(jié)點約需 15 毫秒，因為 沒有進入的渠道和傳輸數(shù)據(jù)。如果要求是收集數(shù)據(jù)，那么該設備可以放置在省電模式節(jié)省大量的能源和提高電池壽命。在睡眠模式的 ZigBee 芯片可以承擔少 [ 12 ] 。這一點尤其重要，在醫(yī)療環(huán)境中，病人往往是在輪椅上移動的時候仍然被連接到醫(yī)療設備。 C 角共存 ZigBee 和 工作在免許可證的工業(yè)科學醫(yī)療協(xié)會（ ISM ）的 頻率頻段 . 已經(jīng)廣泛使用在醫(yī)院，醫(yī)院將鼓勵通過 ZigBee 解決方案促使在同一個環(huán)境中使用。但是必須注意，以避免干擾這些本論文所描述的兩個相 鄰的技術文件，題為“共存的 與其他系統(tǒng)工作在 頻帶” [ 13 ] 。通過選擇一個適當?shù)那?，在一個簡單的現(xiàn)場調(diào)查表現(xiàn)，這些問題可以很容易地避免。 D 器件參數(shù) 可以在呼吸機進行典型的讀數(shù)如吸氣潮氣量，呼氣潮氣量，氧氣濃度， 呼吸速率，峰值壓力，過期每分通氣量和平均氣道壓。醫(yī)務人員對于儀器上的通風設備也感興趣。我們已選擇的最典型的設置是吸氣潮氣量，每分通氣量，氧氣濃度， I： E 比值，呼吸時間和吸氣流量。同樣，我們選擇了一些常見的參數(shù)，生命體征監(jiān)測器。這些都是呼吸速率，無創(chuàng)血壓，血氧飽和度和溫度。第三個器件參數(shù)，我們選擇的是傳感頻率泵。我們共同最感興趣的參數(shù)是這里的工作量，時間，接線端扭和閉塞壓力。進一步參數(shù)可以很容易地在后來添加到系統(tǒng)中。 E 帶寬 我們分析了支持所有上述呼吸參數(shù)的 Maquet ServoI，發(fā)現(xiàn)已達到完善的目的。這種呼吸器工作在命令作反應方式。當初始配置發(fā)生改變， 7 字節(jié)長的兩個命令，每個生產(chǎn) 2 答復每個 67 字節(jié)。因此，即使是在一個多跳網(wǎng)狀網(wǎng)，我們預期將能夠支持一些這類設備加上其他類型的設備工作在同一 頻段。 F 可測量性 通風設備，擁有最多的裝置參數(shù)研究，需要最多帶寬。實驗進行在CSI 的生命體征監(jiān)測 [ 15 ]表明， 44 字節(jié)數(shù)據(jù)將產(chǎn)生的所有我們感興趣的信息。 A Braun 輸液泵 [16]出口 24 字節(jié)的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生 4 我們需要的參數(shù)。對任何我們正關心的醫(yī)療設備，典型的數(shù)據(jù)通常只需要一分鐘一次在醫(yī)院環(huán) 境。所有這些設備都自己建造的報警機制 。我們完全提供了一個輸出數(shù)據(jù)自動的方法。理論上 1 個單一的 ZigBee 網(wǎng)絡可以有超越600 個通風機當每個設備只需要每分鐘不到 1KB 的帶寬時。我們捕捉的頻率數(shù)據(jù)被臨床工作人員本身所決定。 A1 分鐘的間隔是一個典型的價值，然而即使他們被需要的數(shù)據(jù)每隔幾秒鐘，很明顯網(wǎng)絡仍可以支持大量的設備。 三 、 系統(tǒng)架構 整個系統(tǒng)的體系結構由一個無線個人網(wǎng)（ WPAN）和局域網(wǎng)組成。該WPAN 的實施作為一個 ZigBee 網(wǎng)絡通信用局域網(wǎng)通過一個網(wǎng)關。該網(wǎng)關還擔任 WPAN 的協(xié)調(diào)員，負責組建 網(wǎng)絡。每個醫(yī)療設備有一個附加的ZigBee 節(jié)點（磁航向指示器），使數(shù)據(jù)傳送無線網(wǎng)關，然后到一個服務器上的現(xiàn)有局域網(wǎng)?？吹綀D 1 所示的圖形代表了這一點。當 MDI 供電時，它會自動加入網(wǎng)絡和讓自己被服務器知道。用戶可以然后準這個裝置與病人使用一個 GUI 客戶端。一旦協(xié)會已經(jīng)被完成 MDI 將通知開始傳輸數(shù)據(jù)。收到的數(shù)據(jù)通過服務器為病人將被儲存在電子醫(yī)療記錄（ EHR）并顯示在被預定的任何 GUI 客戶端。 圖 2 中的表顯示 MDI 的關鍵組成部分。硬件由 ZigBee 模塊組成，一個微控制器和一個 RS232 接口。微 控制器負責為 RS232 接口和 ZigBee 模塊接口。 圖 2 MDI2 MDI 當 MDI 供電時， ZigBee 協(xié)議棧自動加入 ZigBee 網(wǎng)絡范圍內(nèi)。下一步的 MDI 將公布的 ID 這也是明顯的在裝置的外部表面上。這是我們使用的為這一項目設計的協(xié)議。該協(xié)議支持這些狀態(tài)消息的類型除了支持我們感興趣的實際的真實數(shù)據(jù)。在這一點上和 MDI 做一個結合是可能的。要做到這一點，管理員選擇編號從在屏幕上自動生成的列表，一個病人人口和一類在系統(tǒng)中被支持的醫(yī)療器械。這一過程的結果是服務器發(fā)送正確的 RS232 串口設置到 MDI 為被連接到的 醫(yī)療設備。現(xiàn)在，該系統(tǒng)能直接與醫(yī)療設備通信服務器將發(fā)出任何必要的命令，以從裝置中啟動一個數(shù)據(jù)流。 服務器負責解碼具體的醫(yī)療設備數(shù)據(jù)。此功能是執(zhí)行在 DLL（動態(tài)鏈接庫）中，它是在服務器上運行的。有一個 DLL 為每一類醫(yī)療設備系統(tǒng)支持允許今后的醫(yī)療設備以被沒有升級的服務器軟件支持。今后的任何設備可以很容易被支持在 DLL 框架內(nèi)通過簡單繼承相應的類為特定類型的設備。這些 DLL 被加載在運行時而且有一個每個設計師必須堅持的標準接口，為了和系統(tǒng)互操作。設計人員還必須完成一個 XML 文件從模板來說明新的醫(yī)療設 備支持的功能。該 DLL 只處理裝置具體的信息 。主要的服務器應用程序從我們的項目協(xié)議解碼本信息。 圖 3 新的數(shù)據(jù)請求 當 DLL 被服務器應用程序加載它將收到一個值來代表頻率服務器想要的圖形數(shù)據(jù)。此值是用于創(chuàng)建間隔計時器代表在上述的 UML 圖中。當這個計時器終止 DLL 將檢查的現(xiàn)狀已經(jīng)為呼吸機。圖 3 段顯示的動態(tài)圖代表一個事件序列圍繞這一計時器到期的 DLL 中的呼吸機。當計時器終止 DLL 的檢索命令的一個字節(jié)數(shù)組的 ASCII 字符的形式。下一步該DLL 引起一個事件包含字節(jié)數(shù)組。服務器應用程序接受此事件通過它的事件處理，它 在我們的協(xié)議中編碼且傳送它到醫(yī)療設備。 當醫(yī)療設備返回一個響應服務器應用這些數(shù)據(jù)傳遞到 DLL 上所示。如果 DLL 在一個特定超時時間段內(nèi)未收到任何數(shù)據(jù) DLL 將重新啟動與醫(yī)療設備的通信。被 DLL 接收的數(shù)據(jù)被檢查來看它是否符合預期的格式和有效的校驗和是否適用。一旦數(shù)據(jù)被證明是有效的，通用的被共享在服務器應用和客戶之間的數(shù)據(jù)結構被填充。最后 DLL 會提高另一種情況，本次說明該圖形數(shù)據(jù)是可用的。然后服務器組播新的數(shù)據(jù)對任何被認購到該地址的客戶端。服務器可以擴大到與現(xiàn)有醫(yī)院系統(tǒng)使用 HL7 的標準[17]或其他統(tǒng)一專為無線傳感 器網(wǎng)絡的接口可用于諸如制定 DERI[18]。 四 、 化驗結果 此架構所述的已被實施和測試非常成功在實驗室環(huán)境中。為此目的我們連接 MDI 到 PC 模擬器設計作為 Maquet 伺服系統(tǒng)呼吸器。該 Maquet呼吸器可以返回呼吸讀數(shù)和設置。為了獲取這些，該 SDADB 和 SDADS Maquet 指令發(fā)送到指定的我們希望檢索的呼吸讀數(shù)和設置。然后通過定時地發(fā)送 RADAB 和 RADAS 命令我們可以捕捉最新的 信息從呼吸器。圖 6 顯示在運行時間模擬器處理這些命令 圖 6 呼吸機模擬器 像架構中描述的服務器 DLL 保持一種狀態(tài)為每個終 端設備，以便它知道什么信息預期的回報。在我們的實驗中，我們成功地檢索呼吸機的數(shù)據(jù)在 5 秒的間隔。我們已經(jīng)設計了一個圖形用戶界面客戶是我們成功認購收到此呼吸機的數(shù)據(jù)。我們正與當?shù)匾患沂褂?Maquet 呼吸機的醫(yī)院合作，他們的要求是數(shù)據(jù)收集在 1 分鐘的間隔。這些結果是非常確切的先于在醫(yī)院用實際呼吸機的可用性測試之前。我們還在實驗室進行了有限的數(shù)量范圍測試。我們?nèi)〉昧?20 米內(nèi)的實驗室范圍將等于在醫(yī)院在終端設備和路由器之間的最大傳輸距離。此外，我們進行了一些流動性測試移動的 MDI 在操作過程中沒有造成任何包的丟失。初步結果 是確切的，但進一步深入測試是需要在醫(yī)院的環(huán)境中進行的。 五、 結論 在本文中，我們已經(jīng)表明無線傳感器網(wǎng)絡是一個合適的從醫(yī)療設備中獲取數(shù)據(jù)的手段。我們已經(jīng)討論了從數(shù)據(jù)吞吐量、功耗和移動性方面如何使 ZigBee 滿足我們的要求。此外，利用這一技術我們可以制定一個為廣泛的醫(yī)療設備提供的低成本的、可擴展的解決方案。此外，我們有基礎設施使我們能夠很容易地提供新的設備系統(tǒng)內(nèi)的需要。這個架構有利于移動設備的數(shù)據(jù)給第三方的系統(tǒng)和我們自己的用戶界面。我們希望我們的領域測試將產(chǎn)生積極的反饋從臨床工作人員那里。