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醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)造與核心技術的論文醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)造與核心技術的論文0引言物聯(lián)網(wǎng)的思想最早是由美國麻省理工學院Au-to-IDCenter的著名教授Ashton1999年提出的。隨著技術和應用的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵不斷擴展。真正意義上的物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對物的感悟識別控制、網(wǎng)絡化互聯(lián)和智能處理的有機統(tǒng)一[1].當前,大型綜合醫(yī)院集中了大部分優(yōu)勢醫(yī)療資源,導致大型醫(yī)院就診人數(shù)日益劇增。但由于缺少必要的輔助工具,在設備管理、藥品管理等經(jīng)過中會出現(xiàn)一些人為過失[2].醫(yī)療設備科學、有效、安全的管理反映了當下醫(yī)院的管理水平,是醫(yī)院信息化的重要組成部分。隨著醫(yī)療設備數(shù)量日益增加以及醫(yī)院管理智能化要求越來越高,醫(yī)院對醫(yī)療設備的管理流程越來越復雜[3].運用物聯(lián)網(wǎng)技術,能夠?qū)⒏形蚣夹g、通信技術及軟件信息技術融合在一起;通過設備診斷技術與計算機網(wǎng)絡技術相結(jié)合,在設備上建立狀態(tài)監(jiān)測點,采集設備狀態(tài)數(shù)據(jù)后通過傳感設備、微計算芯片和通信模塊,根據(jù)約定的協(xié)議,把目的設備統(tǒng)一連接起來,進行信息交換和通信,以實現(xiàn)智能化識別、定位、數(shù)據(jù)反應等集群目的的主動管理;利用信息管理平臺對設備運作進行分析判定和數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計,實現(xiàn)醫(yī)療設備信息化管理。本文對基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療設備管理體系構(gòu)造和關鍵技術進行研究,以供參考。1技術背景1.1體系構(gòu)造體系構(gòu)造本意是“統(tǒng)一的或一致的形式或構(gòu)造〞.體系構(gòu)造能夠準確地定義系統(tǒng)的組成部件及其關系,引導開發(fā)者遵循系統(tǒng)的一致性原則,以確保系統(tǒng)符合預期的要求。因而,物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)造是設計與實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的首要基礎[4].建立物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)造的最主要經(jīng)過是從各種應用需求中統(tǒng)一抽取出組成系統(tǒng)的部件以及部件之間的組織關系。圖1是對物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)造的分類總結(jié)。1.2關鍵技術物聯(lián)網(wǎng)主要是對感悟?qū)?、網(wǎng)絡層和應用層等關鍵技術的應用、實現(xiàn)、研究和開發(fā)。其中感悟?qū)拥年P鍵技術見表1.其他關鍵技術有傳感器網(wǎng)絡通信技術、通信網(wǎng)絡技術1平臺技術等[5].在物聯(lián)網(wǎng)中,不僅要實現(xiàn)物物相連,而且要做到識別、定位、追蹤和管理。而射頻識別〔radiofrequencyidentification,RFID〕技術在物聯(lián)網(wǎng)感悟?qū)雨P鍵技術中處于突出的地位[6-7],是物聯(lián)網(wǎng)中規(guī)?;R別技術的首要選擇。1.3存在問題物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展為醫(yī)療設備的管理帶來了新的思路。它利用感悟技術與智能裝置對醫(yī)療設備進行感悟識別,通過網(wǎng)絡傳輸互聯(lián),進行計算、處理和知識挖掘,到達對醫(yī)療設備實時控制、準確管理和設備分享的目的[8].物聯(lián)網(wǎng)的研究、施行、發(fā)展和應用還存在很多問題,主要有:〔1〕規(guī)?;瘑栴}。為獲得完好可靠的數(shù)據(jù),智能節(jié)點和RFID設備必須大量且合理地布置。在感悟?qū)?,當一部分元件出現(xiàn)故障時,有其他元件能夠替代,這就需要規(guī)?;瘉肀WC[9].〔2〕標準化問題。包括RFID技術、通信協(xié)議及應用層的標準化?!?〕數(shù)據(jù)問題。首先,要通過物聯(lián)網(wǎng)能夠持續(xù)、穩(wěn)定、安全地獲取數(shù)據(jù);其次,數(shù)據(jù)的時效性要有保證,網(wǎng)絡傳輸信息延遲問題要得到解決;最后,數(shù)據(jù)庫管理以及安全隱私問題[10].其中,數(shù)據(jù)的獲取與采集非常重要。2醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)造物聯(lián)網(wǎng)技術在某一領域中的應用,更多的是利用感悟?qū)?、網(wǎng)絡層和傳輸層3層框架。針對現(xiàn)有研究基礎和醫(yī)院實際環(huán)境的特點,對醫(yī)療設備也采用了3層體系架構(gòu),但根據(jù)實際環(huán)境特點對醫(yī)院進行改良和細化。醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)與其他物聯(lián)網(wǎng)應用相比,具有設備諸多,應用復雜,系統(tǒng)中存在大量異構(gòu)數(shù)據(jù)、異構(gòu)接口和異構(gòu)協(xié)議轉(zhuǎn)換等特點。在其體系架構(gòu)中,將數(shù)據(jù)采集的終端設備和保證數(shù)據(jù)安全接入的AP和網(wǎng)關歸屬于感悟?qū)?;中間件、網(wǎng)絡管理軟件和信息采集、會聚、分析和發(fā)布軟件歸屬于傳輸層;醫(yī)院信息系統(tǒng)〔hospitialinformationsystem,HIS〕、實驗室信息系統(tǒng)〔laboratoryinformationsystem,LIS〕等醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)歸屬于應用層。醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)造如圖2所示。2.1感悟?qū)俞t(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)感悟?qū)油ㄟ^傳感器設備來采集RFID標簽或醫(yī)療設備等對象的數(shù)據(jù),然后通過藍牙、Wi-Fi等短距離傳輸技術傳輸數(shù)據(jù),實現(xiàn)物品感悟信息和控制信息的統(tǒng)一識別。感悟?qū)又饕≧FID標簽、傳感器等關鍵技術以及醫(yī)療數(shù)據(jù)安全接入AP和智能網(wǎng)關等。其中,RFID是醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)的核心技術。它由電子標簽和讀寫器組成,在電子標簽內(nèi)存儲特定格式標志物體信息的電子數(shù)據(jù),并采用非接觸式自動識別技術,通過電子標簽對其附著的物體進行定位追蹤,具有讀取距離遠、數(shù)據(jù)存取速度快、安全性高等優(yōu)點[11-13].2.2傳輸層傳輸層包括中間件,網(wǎng)絡管理軟件,信息采集、會聚、分析和發(fā)布系統(tǒng)等,并與位于醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)應用層的HIS、LIS建立接口。傳輸層主要用于將感悟?qū)幼R別的各種感悟和控制信息根據(jù)通用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換成標準格式,實現(xiàn)醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)人與物、物與物之間的互聯(lián)互通。2.3應用層醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)應用層主要完成對感悟?qū)硬杉臄?shù)據(jù)的計算、處理和知識挖掘,并將這些數(shù)據(jù)與醫(yī)療活動中各種應用系統(tǒng)相結(jié)合,如電子病歷、HIS、LIS、影像歸檔和通信系統(tǒng)〔picturearchivingandcom-muicationsystem,PACS〕等各種醫(yī)療信息系統(tǒng)和醫(yī)療設備管理平臺等應用系統(tǒng),進而為管理決策提供支持。3系統(tǒng)關鍵技術3.1智能網(wǎng)關設計智能網(wǎng)關是醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)的基本組件之一,它是物聯(lián)網(wǎng)感悟?qū)优c物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層之間的.橋梁。它一方面能夠?qū)⒏形驅(qū)荧@得的數(shù)據(jù)進行匯總、處理、存儲;另一方面能夠通過各種不同的手段將這些數(shù)據(jù)傳遞給服務器,為應用層提供數(shù)據(jù)支持。網(wǎng)關支持無線傳感器網(wǎng)絡內(nèi)部數(shù)據(jù)協(xié)同和會聚,支持以傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議〔transmissioncontrolprotocol/internetprotocol,TCP/IP〕接入、3G接入或者其他接入方式,進而橋接傳感器網(wǎng)絡與醫(yī)院網(wǎng)絡[14-16].〔1〕硬件設計:智能網(wǎng)關硬件設計如圖3所示。該設備器件采用低功耗設計,具備USB、Uart、SPI、I2C等傳感器硬件接口,并具備Wi-Fi、ZigBee、Inter-net等通信接口接入能力。圖4為智能網(wǎng)關實物圖。感悟節(jié)點采用MSP430和CC2420作為處理器和無線通信模塊,嵌入了基于ZigBee芯片的無線收發(fā)模塊,實現(xiàn)了傳感網(wǎng)絡子節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸,通用無線分組〔generalpacketradioservice,GPRS〕通信模塊作為傳感網(wǎng)絡與物理室之間的橋梁。一方面實現(xiàn)以太網(wǎng)、3G、Wi-Fi、RS485、CAN總線等通信接口用于網(wǎng)絡層互聯(lián);另一方面利用ZigBee、射頻等無線傳輸手段實現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)感悟傳感器的交互連接。并添加WebServer、液晶顯示屏〔liquidcrystaldisplay,LCD〕、鍵盤、I/O接口、SD卡等功能,能夠根據(jù)實際需求進行功能定制。〔2〕軟件設計:智能網(wǎng)關位于傳輸層,負責與管理平臺與感悟節(jié)點交互。醫(yī)療設備智能網(wǎng)關主要實現(xiàn)對現(xiàn)有接入網(wǎng)、核心網(wǎng)等網(wǎng)絡的配置管理,同時針對醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量龐大、各終端工作狀態(tài)需實時監(jiān)控等特點,對每一個終端設備分配一個可管理的地址,如IP地址等,進而實現(xiàn)網(wǎng)絡通信安全設置、不同時間段各通信信道負載與平衡控制、運行時物聯(lián)網(wǎng)信息可靠性驗證、故障檢測及診斷日志等功能。智能網(wǎng)關軟件設計如圖5所示。3.2中間件設計物聯(lián)網(wǎng)的中間件是處在物聯(lián)網(wǎng)感悟?qū)雍蛡鬏攲又g的一種中間件系統(tǒng),它起到一個中介的作用,屏蔽前端硬件的復雜性,并把采集到的數(shù)據(jù)送到后端的應用系統(tǒng)[17].在后臺應用系統(tǒng)和讀寫器之間,通過設置一個通用接口和平臺,實現(xiàn)每個應用環(huán)境的標準化和各應用系統(tǒng)之間的通信,該通用接口和平臺即醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)中間件。中間件捕獲實時信息和事件,并將其傳輸至后臺應用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或RFID讀寫器,進而實現(xiàn)RFID讀寫器與后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的信息交互[16].醫(yī)療設備物聯(lián)網(wǎng)中間件是RFID讀寫器與信息系統(tǒng)之間的紐帶,采用標準協(xié)議和接口技術。開發(fā)醫(yī)療設備管理中間件要遵守醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)應用服務的要求與標準,以實現(xiàn)RFID讀寫器與各應用系統(tǒng)之間的標準化數(shù)據(jù)傳輸[18].RFID讀寫器讀取各種數(shù)據(jù)信息,通過中間件提取、解密、過濾、格式轉(zhuǎn)換、導入信息平臺的系統(tǒng),實時反映設備的狀態(tài),并通過應用系統(tǒng)響應于程序界面,供用戶閱讀、選擇、修改、查詢[19].中間件系統(tǒng)的軟件構(gòu)造主要由系統(tǒng)管理服務器和數(shù)據(jù)采集組成,如圖6所示。3.3基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療設備管理平臺設計基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療設備管理服務平臺對感悟信息進行采集、會聚、分析和處理,主要包括用戶管理、設備參數(shù)維護、信息與圖形操作、綜合分析、日常管理、數(shù)據(jù)采集、信息數(shù)據(jù)分析等;主要針對醫(yī)療設備感悟信息進行自動化采集、全面化會聚、全局化分析,為醫(yī)療設備管理者和工程技術人員提供設備運行的技術狀態(tài)、使用情況、運行維護等實時信息,解決操作管理層、決策層等不同層次應用人員的實際要求。系統(tǒng)平臺根據(jù)功能和關系能夠分為4層:數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫訪問層、業(yè)務邏輯層、應用層。其中,數(shù)據(jù)庫訪問層是數(shù)據(jù)層和業(yè)務邏輯層之間的

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