無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計

徐仕寶

摘 要： 為了提高醫(yī)療診斷信息的監(jiān)控管理能力，提出一種基于無線傳感器網絡的醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)。醫(yī)療診斷信息管理系統(tǒng)的數據感知層采用 IPv6 傳感節(jié)點和IPv6 路由進行網絡設計，通過端到端 IP 網絡架構實現(xiàn)醫(yī)療診斷信息的遠程傳輸和數據共享，以Contiki 作為操作系統(tǒng)進行監(jiān)測系統(tǒng)的中間件設計和信息處理控制器設計，基于TinyOS實現(xiàn)組件接口設計，根據GPSR 路由協(xié)議中實現(xiàn)無線客戶終端設計。在仿真軟件VanetMobiSim中實現(xiàn)無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的軟件開發(fā)和仿真測試。結果表明，該系統(tǒng)進行醫(yī)療診斷信息監(jiān)測的信息覆蓋完整度較高，提高了信息的有效檢索性能。

關鍵詞： 醫(yī)療診斷信息； 遠程監(jiān)測系統(tǒng)； 無線傳感器網絡； IPv6路由； 中間件

中圖分類號： TN926?34； TP316 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）20?0049?03

Abstract： In order to improve the ability of monitoring and management for medical diagnostic information， a remote monitoring system based on wireless sensor network was proposed for medical diagnostic information. IPv6 sensor node and IPv6 routing is used for the data perception layer in the medical diagnosis information management system to carry out network design. The IP network architecture with end?to?end structure is adopted to realize remote transmission and data sharing of medical diagnosis information. Contiki is taken as the operating system to perform middleware design and information processing controller design of the monitoring system. The design of the assembly interface is realized on the basis of TinyOS. The design of radio client terminal is implemented according to GPSR routing protocol. The software development and simulation testing of the wireless remote monitoring system for medical diagnostic information were realized in the simulation software VanetMobiSim. The results show that the system has high coverage degree of information monitoring for medical diagnostic information， and has improved the information retrieval performance.

Keywords： medical diagnosis information； remote monitoring system； wireless sensor network； IPv6 routing； middleware

0 引 言

信息技術的快速發(fā)展使得計算機智能信息管理應用越來越廣泛，通過構建計算機信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)資源信息整合和數據共享，比如物流信息管理系統(tǒng)、商品進出口信息管理系統(tǒng)和圖書館信息管理系統(tǒng)，該類系統(tǒng)都是通過建立三層的信息管理模型，分為數據層、業(yè)務層和應用層，通過構建知識庫和信息解析模型，實現(xiàn)信息檢索、資源配置和數據庫管理等[1]。醫(yī)療診斷信息管理系統(tǒng)是構建智能醫(yī)療管理體系的重要環(huán)節(jié)，隨著網絡信息技術和信息處理技術的發(fā)展，通過構建遠程醫(yī)療診斷信息監(jiān)測管理系統(tǒng)，對方便醫(yī)院和病人進行診斷信息管理和病情跟蹤具有重要應用價值。本文設計的無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)建立在無線傳感器網絡信息管理構架基礎上。首先進行信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計，構建系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，通過模塊化開發(fā)設計和網絡設計，實現(xiàn)醫(yī)療診斷信息的無線遠程監(jiān)測。

1 系統(tǒng)功能結構分析

根據無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)總體設計構架，進行系統(tǒng)功能結構分析。本文設計的基于無線傳感器網絡的無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)采用的是三層體系構架模型，分別為：應用層、業(yè)務層和數據層，如圖1所示。其中數據層是最底層，通過無線傳感器網絡節(jié)點和RFID信息標簽技術進行醫(yī)療診斷信息的原始數據采樣和日志庫構建，構建數據庫及結構模型和醫(yī)療診斷信息的知識庫規(guī)則。數據層主要分為模型庫、知識規(guī)則庫、日志庫、仿真庫以及其他數據庫[2]，采用一種自組織、結構開放的網絡組網結構設計方法構建醫(yī)療診斷信息監(jiān)測的底層數據庫網絡采集模型。

信息監(jiān)測系統(tǒng)的中間層又稱為業(yè)務層，主要是實現(xiàn)醫(yī)療診斷信息數據處理和信息挖掘功能，采用數據挖掘算法和關聯(lián)規(guī)則挖掘方法，進行數據信息加工。結合模型解析器和規(guī)則解析器進行醫(yī)療診斷信息解析和分類，在仿真引擎中進行邏輯控制和醫(yī)療診斷事件處理。設置時鐘模塊進行醫(yī)療診斷信息采樣和數據分析，在VanetMobiSim 信息處理軟件中生成 trace 文件構建關聯(lián)規(guī)則數據庫[3]，在應用層中經資源組織管理和過程監(jiān)控，對醫(yī)療診斷信息進行邏輯控制和引擎分析，通過關鍵字command和event完成組件接口控制和輸出控制。endprint

2 遠程監(jiān)測系統(tǒng)的網絡通信設計

要實現(xiàn)無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計，首先構建醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測的網絡通信模塊，采用無線通信網絡設計方法構建通信結構，實現(xiàn)無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)數據采集、遠程通信和無線信息傳輸等功能，完成監(jiān)測系統(tǒng)的網絡通信模塊設計分為三個步驟：

（1） IPv6 傳感節(jié)點設計。通過Contiki聯(lián)網系統(tǒng)構建無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的數據感知單元，進行學習系統(tǒng)任務的創(chuàng)建，根據IPv6 傳感節(jié)點功能創(chuàng)建可用的資源，采用時鐘振蕩器控制數據存儲元件輸出醫(yī)療診斷信息，實現(xiàn)遠程數據通信傳輸。在無線射頻模塊中，搭建6LoWPAN無線通信網絡終端系統(tǒng)[4]，內置 6LoWPAN 協(xié)議棧，執(zhí)行任務的計算元件（CE′s），實現(xiàn)醫(yī)療診斷信息數據采樣和信息傳輸。

（2） 無線傳感器IPv6 聯(lián)網地址分配。通過RFID技術構建IPv6 無線網卡，選用AOSID?1709型號的閱讀器配置射頻通信模塊和射頻天線。無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的程序驅動支持IPv4/IPv6 雙棧的傳感網絡網關。運用層次化的網格結構進行醫(yī)療診斷信息的數據庫分區(qū)和網格調度。采用Atmel 1284P作為主芯片進行無線傳感器IPv6 聯(lián)網地址分配。在確定分配任務的位置后，復制IPv6 傳感網關的數據集的命令，開發(fā)基于USB的IPv6網絡資源信息服務終端，提供給醫(yī)療終端用戶進行信息查詢[5]。

（3） 網絡通信模塊的驅動任務執(zhí)行。在副本管理器中構建網關和射頻模塊，實現(xiàn)傳感網絡與互聯(lián)網的互通。整個過程經過 IPv6 傳感網關進行數據庫訪問、通信模塊構建、數據挖掘。使用 S3C2440作為系統(tǒng)控制核心，運用路由器Linux內核進行地址空間管理[6]，在嵌入式的Linux內核中編譯網絡通信模塊的驅動程序，以數據庫訪問模塊、網絡模塊和通信模塊三個子模塊為核心執(zhí)行驅動任務，實現(xiàn)無線遠程監(jiān)測。

在上述進行網絡設計的基礎上，構建無線傳感器網絡系統(tǒng)。通過端到端 IP 網絡架構實現(xiàn)醫(yī)療診斷信息的遠程傳輸和數據共享。以Contiki作為操作系統(tǒng)進行監(jiān)測系統(tǒng)的中間件設計和信息處理控制器設計，進而進行系統(tǒng)的軟件平臺設計。

3 軟件平臺開發(fā)設計實現(xiàn)

在軟件平臺開發(fā)中，基于TinyOS實現(xiàn)組件接口設計，利用Busybox的安裝腳本進行無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的工程管理應用程序開發(fā)。在程序開發(fā)之前，調用RS 232接口與PC進行通信，設定中斷位控制模塊和根文件系統(tǒng)，在無線傳感器網絡的通信模塊中通過網關與10M/100M的以太網連接。以ARM920T為核心構建總線傳輸控制線，通過VME總線或局部總線將數據轉發(fā)給RS 485網絡和IPv6網絡，采用TinyOS 2.x中自帶的匯聚協(xié)議進行信息采集[7]，結合上述設計原理，對無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的資源檢索模塊、集成控制模塊和接口模塊的軟件設計分別描述如下：

3.1 資源檢索模塊

資源檢索模塊是整個遠程醫(yī)療診斷信息監(jiān)測設計的基礎，資源檢索分為內部集成主控及通信控制部分。選用AOSID?1709型號的閱讀器進行資源結構分區(qū)，設定RFID電子標簽的初始狀態(tài)Flag=0，經過IPv6傳感網關執(zhí)行6LoWPAN 適配層重組。通過6LoWPAN 短地址尋址功能進行診療信息定位檢索，結合低功耗IEEE 802.15.4數據鏈路層進行診斷信息融合，調整執(zhí)行6LoWPAN 適配層命令進行醫(yī)療診斷信息的識別，使用GUI視圖管理工具，執(zhí)行自定義標簽識別和塊操作等功能，標記診療信息發(fā)送到服務端，進行操作日志的存儲和緩沖區(qū)復寫。

3.2 信息處理模塊

信息處理模塊作為智能無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的主控模塊，實現(xiàn)診斷信息處理和集成控制功能，采用大數據分析和智能控制技術進行事件視圖管理，采用應用層監(jiān)控應用軟件構建信息處理模塊的配置系統(tǒng)。在事件監(jiān)控階段發(fā)送命令給相關 I/O引腳，建立日志存儲任務并以監(jiān)控應用為單位與上層組件實現(xiàn)一致性控制，完成無線醫(yī)療診斷信息的事件捕獲、應用標記，通過無線傳感器網絡預消息包交互，并在MVB總線控制協(xié)議下進行醫(yī)療診斷信息的分類標示。在TinyOS 2.x中調用信息恢復程序，在應用層捕獲應用產生的事件操作，通過TaskBasic接口程序完成通信庫、協(xié)議庫、核心庫和資源庫的構建，進行醫(yī)療診斷監(jiān)測事件裝載和恢復。

3.3 人機交互模塊

人機交互模塊是實現(xiàn)無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的人機對話和信息交互功能?；?6LoWPAN 的物聯(lián)網尋址構建人機交互接口，調用runNextTask（TRUE）執(zhí)行無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的接口通信命令，完成相對抽象的操作。將醫(yī)療診斷監(jiān)測數據庫與Web服務器實時連接，通過 Internet/Intranet和無線傳感器網絡對醫(yī)療診斷信息的監(jiān)測數據進行記錄操作[8]，采用TinyOS實現(xiàn)組件接口設計，在數據庫及Web服務器實現(xiàn)醫(yī)療診斷信息共享。

4 實驗測試分析

根據GPSR 路由協(xié)議中實現(xiàn)無線客戶終端設計，在仿真軟件VanetMobiSim中實現(xiàn)無線醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)的軟件開發(fā)和仿真測試，測試主要分析系統(tǒng)的網絡連通性對醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測的準確調度能力，對比結果如圖2、圖3所示。分析測試結果得知，采用本文方法進行監(jiān)測系統(tǒng)設計，網絡連通性較好，醫(yī)療診斷信息傳輸的誤碼較低，具有較好遠程信息監(jiān)測能力。

5 結 語

為了提高醫(yī)療診斷信息的監(jiān)控管理能力，提出基于無線傳感器網絡的醫(yī)療診斷信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)測試結果表明，本文系統(tǒng)具有較好的無線遠程通信性能，對醫(yī)療診斷信息的準確傳輸、查詢和檢索能力較好。

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