【网络扶贫精选论文】基于NB-IoT网络的智能医疗应用架构

发布时间：2019年01月02日

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基于NB-IoT网络的智能医疗应用架构

张旭、李奇凯、仇慧杰

（中国移动通信集团黑龙江有限公司哈尔滨分公司，哈尔滨）

【摘要】：物联网文中探讨基于物联网的智能医疗应用平台架构，通过构建多网合一的多业务物联网络平台，开展医疗物联网的创新应用。基于多业务无线网络平台的管理、监测，满足智能医疗临床的特殊需求，提高了医疗安全和医疗质量。基于窄带物联网的医疗平台、多应用系统整合，实现远程医疗管理，从而避免重复投资和重复基础建设，提升整体医疗效率。

【关键词】窄带物联网；医疗物联网；管理系统；监测系统；远程医疗

【Abstract】In this paper, we discuss the architecture of intelligent medicalapplication platform based on Internet of Things (IOT). By constructing amulti-network and multi-service Internet of Things (IOT) network platform, wecarry out innovative applications of IOT. Based on multi-service wirelessnetwork platform management, monitoring, to meet the special needs ofintelligent medical clinic, improve medical security and medical quality. Theintegration of medical platform and multi-application system based onnarrowband Internet of Things can realize remote medical management, avoidduplication of investment and infrastructure construction, and improve theoverall medical efficiency.

【Key words】NB-IOT；Medical Internet of things;management system; monitoring system; telemedicine

近年来，无线网络技术迅速发展，越来越多的医院已经建成或正在建设无线移动查房和移动护理等临床信息化应用。随着中国移动物联网技术的进一步发展，NB-IOT网络快速商用，促进医疗物联网创新应用，以提升医疗信息化水平、提高医护质量和工作效率、更好地服务患者，将变得十分重要。本文主要分析了物联网络的主要技术和应用趋势，指出了NB-IoT技术运用于智能医疗，从通信技术的工程实际出发，结合生物医学的发展情况，在根本上突破当前医疗管理与检测的局限性，提供一种普适的、可靠的、智能化的解决方案。

1、         智能医疗物联网方案对比

物联网的发展逐渐承载在互联网数据通道上的万物互联。在医疗管理与监测中，通信的多方需要实时处理大量的数据，并且要求网络的安全性和稳定性达到一定的级别。可穿戴设备要求高精度检测、穿戴舒服和功耗水平低；特殊的医疗监护环境，要求设备间通信主要以无线为主，摆脱线缆束缚，电磁兼容达标，抵抗环境干扰。显然，与一般物联网通信需求相比，医疗要求更为严苛。NB-IoT、Zigbee、蓝牙、HaLow等技术，是物联网领域中的主流通信方式。

• NB-IoT可以在目前网络现状上平滑升级。作为低功耗广域网，比LTE/GPRS提升20dB增益，单扇区可实现数万低时延连接，使用AA电池能满足3年以上的续航，室内外都可以低成本建设部署。

• Zigbee有强大的自组网能力，是基于IEEE802.15.4标准的近距离、低功耗、低速率双向无线通信协议，在各式传感器中广泛使用。

• 蓝牙强化了连接稳定性、功率控制、覆盖范围和Mesh网络连接扩展。

• HaLow即IEEE802.11ah技术，是适应于物联网领域的900MHzWi-Fi新标准，能够低功耗实现更广范围的设备连接。

在医疗管理领域，NB-IoT的网络优势可以为医疗设备间、医患间的通信提供良好的广域网数据连接支持，并且具有成熟的产业链和低廉的芯片价格；同时，医疗设备间的近距离通信也可以通过物联网实现。

图1 医疗物联网系统功能

医疗专用多业务无线网络平台同时实现医疗无线数据网、医疗物联网以及医疗遥测系统的基础建设，一网整合相关网络功能，各网的特点如下:①医疗查房系统和医疗护理系统专用数据网主要是指NB网络，提供无干扰、无切换、稳定均匀的无线信号传输，满足无线数据网对带宽的要求，一般采用支持802.11n甚至是802.11ac的WLAN无线网络。②输液监控和医疗监控主要指基于有源射频识别(radiofrequencyidentification，RFID)技术的无线网络，医疗物联网多采用工作在800～900MHz和2.4GHz频率下的有源RFID，包括ZigBee、802.15.4等协议，主要包含生命体征采集、医疗冷链管理、无线输液监控等应用。③医疗专网主要是针对特殊医疗设备专门开辟的通讯频率和协议。医疗心电遥测即属于这类医疗专网应用，而在美国1.4GHz频率即专门为其开放。④医疗专用定位网的设定缘于医院室内定位系统对于可靠的房间级定位信息的需要。这不同于通用的定位系统强调的三维定位精度。结合房间级水平的定位信息，医院可以开展人员定位和资产定位等应用。

2、         NB-IoT网络平滑演进与升级

目前运营商现存有大量2G网络资产。NB-IoT网络的升级改造，可以简单复用基于EricssonRBS6000或华为系列BTS3900设备，通过增加基带板卡、GPS接收机套件和软件升级方式，支持NB-IoT/GSM系统共模。远程医疗系统中的智能终端和传感器节点，通过NB-IoT网络实现信息的采集和传输。其中，PTN传输网经路由接入虚拟核心网IDC机房。终端分布于远程医疗应用目标区域，NB-IoT蜂窝物联网基站网络拓扑如图2。

图2 NB-IoT蜂窝物联网基站网络拓扑

3基于多业务无线平台的医疗物联网创新应用

医疗物联网无线管理系统为了对某些药品及血液制品的存储环境进行监控，传统的解决方案是人工定时采集药品、血液制品存储柜的温度、湿度，并手工做好历史数据的记录和保存。这种做法缺点在于无法连续监测存储柜的温度、湿度，且可靠性欠佳。另一种方法是在药品存储柜中放置相应的ＲFID温湿度标签对环境进行监测，用手持式ＲFID阅读器读取并显示标签内测量的历史温湿度数据，并通过手持式阅读器将标签内记录的数据通过有线网络上传至服务器，其缺点是需要人工使用ＲFID阅读器定期读取温度数据。一旦在下一次监测周期前出现异常情况，则不能及时发现并报警，无法实现在线实时监测，存在监控盲区。在设计中，将医院建设的多业务无线平台与基于物联网技术的温湿度传感器结合，构建医疗物联网无线温度管理系统，以解决传统管理系统的弊端，见图3。通过在需要监测的药品及血液制品存储柜内安装物

图3 医疗物联网无线温度管理系统

联网技术温湿度传感器，实时采集温湿度数据信息。这些信息与后台数据采集引擎及管理系统软件互联，在系统内定义每种标签对应存储柜的存储温湿度范围，物联网温湿度传感器周期性地采集存储柜内的温湿度数据，实时通过多业务无线平台将数据传输到后台冷链管理系统软件。

2医疗物联网无线输液监测系统静脉输液是护士在临床广泛应用的一项基础护理操作，输液速度是整个输液过程的重要部分。而静脉液体外渗、肿胀或针头脱出、静脉炎、静脉痉挛、末梢循环欠佳等现象的出现会影响输液速度，进而影响临床治疗效果。为掌握确定输液速度以达到最好治疗效果，对输液速度进行因素分析，基于多业务无线网络平台系统，构建医疗物联网无线输液监控系统，见图4。利用主动式输液状态监测模块可即时掌握输液数据，从感知

图4医疗物联网无线输液监测系统示

层、无线传输层、应用层角度充分体现物联网的高技术水准。无线输液监控系统采用模块化设计，包括操作模块、无线发射模块及监控软件系统。操作模块具有设定滴速记忆功能，自动计量和控制输液速度，并对故障进行报警。在输液过程中可随时查看已输入总量、已耗时间与输液速度。无线输液监控系统运用红外光电传感技术及微处理器，以准确的滴速将药液输入人体，用于临床静脉输液时对低滴速的精确控制，特别适用于儿科、妇产科、心内科、神经科、泌尿科、ICU、CCU、肿瘤化疗等对滴速有严格要求的患者群体。与输液泵相比，具有体积小巧灵活、随意移动、使用方便、操作容易、控制精度高等优点，可有效减少护理差错和纠纷的发生，提高患者的满意度，提升医院的社会效益。

医疗专用多业务无线网络平台支持多种频段和协议及医疗物联网扩展，在无线网络统一规划建设下一次建成、多次利用，根据信息化发展需求，逐步、灵活扩展相应协议的通讯网络和临床物联网应用。随着物联网技术更趋成熟并基于多业务无线网络平台，除医疗物联网管理系统、无线输液监控等创新应用，还将有更多的无线物联网技术应用于医疗。通过无线物联网的互联互通技术实现对象和流程的绑定，从而实现对象、行为流程的全过程标准化管理，达到提高医疗安全和医疗质量的目标。

参考文献

[1] 薛俊伟,黄岳山,杜欣等.蓝牙低功耗可穿戴血氧监测设备的设计［Ｊ］．中国生物医学工程学报，2015，34（6）

[2] 程之红,焦雅辉,徐渊洪等． RFID 技术在医疗安全管理中的应用前景［J］．中国医院,2010,14( 8)