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醫學(xué)臨床監護技術(shù)就是把患者的各種重要生理信息及時(shí)、準確地提取出來(lái)進(jìn)行處理、分析和判斷?幫助醫護人員對患者病情進(jìn)行監測和防護的技術(shù)。醫學(xué)臨床監護技術(shù)分為病房監護技術(shù)、動(dòng)態(tài)監護技術(shù)以及遠程監護與家庭保健監護。在現有醫療監護系統中，數據的傳輸一般采用有線(xiàn)的方式。由于生物醫學(xué)工程中所檢測的信號大多是人體信號，而且需要檢測人體處于自然狀態(tài)時(shí)的信號。這種將檢測設備通過(guò)有線(xiàn)方式連到人體上進(jìn)行監測的傳統方法會(huì )使病人感到不自然，心情緊張，從而導致所檢測到的數據不準確。特別在病房監護中，各種連線(xiàn)不僅使病人感到不舒服，而且還使病房顯得雜亂無(wú)章，影響病人的心情。使用藍牙技術(shù)就可以解決這個(gè)問(wèn)題。帶有藍牙芯片的微型傳感器安置在人體身上，盡量使其不對人體正�；顒�(dòng)產(chǎn)生干擾，從而得到較為準確的數據，再通過(guò)藍牙技術(shù)將數據傳到接收設備上，并對其進(jìn)行處理。 1 藍牙技術(shù) 藍牙技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)數據與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規范，它是一種用于替代移動(dòng)設備或固定電子設備之間連接電纜的近距離無(wú)線(xiàn)鏈路。它以低成本的近距離無(wú)線(xiàn)連接為基礎，為固定與移動(dòng)設備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接。其程序寫(xiě)在一個(gè)9mmX9mm的微芯片中。如果把藍牙技術(shù)引入到移動(dòng)電話(huà)和膝上型電腦中，就可以去掉移動(dòng)電話(huà)與膝上型電腦之間令人討厭的連接電纜而通過(guò)無(wú)線(xiàn)建立通信。打印機、PDA、桌上型電腦、傳真機、鍵盤(pán)、游戲操縱桿以及所有其它的數字設備都可以成為藍牙系統的一部分。除此之外，藍牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)還為已存在的數字網(wǎng)絡(luò )和外設提供通用接口以組建一個(gè)遠離固定網(wǎng)絡(luò )的個(gè)人特別連接設備群。 藍牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫學(xué))頻段。藍牙的數據速率為1Mb/s。時(shí)分雙工傳輸方案被用來(lái)實(shí)現全雙工傳輸。ISM頻帶是對所有無(wú)線(xiàn)電系統都開(kāi)放的頻帶，因此使用其中的某個(gè)頻段都會(huì )遇到不可預測的干擾源。例如某些家電、無(wú)繩電話(huà)、汽車(chē)房開(kāi)門(mén)器、微波爐等，都可能是干擾源。為此，藍牙特別設計了快速確認和跳頻方案以確保鏈路穩定。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道(hop chan nel)，在一次連接中，無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器按一定的碼序列(即規律的“偽隨機碼”)，不斷地從一個(gè)信道“跳”到另一個(gè)信道。只有收發(fā)雙方是按這個(gè)規律進(jìn)行通信的，而其他的干擾不可能按同樣的規律進(jìn)行干擾；跳頻的瞬時(shí)帶寬是很窄的，但通過(guò)擴展頻譜技術(shù)使這個(gè)窄帶寬成百倍地擴展成寬頻帶。使干擾影響變得很小。與其它工作在相同頻段的系統相比，藍牙跳頻更快，數據包更短，這使藍牙比其它系統更穩定。FEC(Forward Error Correction，前向糾錯)的使用抑制了長(cháng)距離鏈路的隨機噪音。用二進(jìn)制調頻(FM)技術(shù)的跳頻收發(fā)器抑制干擾和防止衰落。 藍牙系統的組成框圖如圖1所示。 無(wú)線(xiàn)射頻單元主要負責射頻處理和基頻調制；鏈路控制單元是實(shí)現基帶協(xié)議和其他底層連接規程的基帶部分，包括建立網(wǎng)絡(luò )連接、差錯控制和安全控制三方面的內容；鏈路管理單元主要負責基帶連接的設定及管理，基帶數據的分段及重組、多路復用和QOS(quality of service)等；軟件結構單元主要為各種應用提供應用軟件所需的通信協(xié)議與應用程序接口。 2 藍牙技術(shù)在病房監護中的應用 在病房監護中，由各類(lèi)便攜式小型探測器采集的原始數據，通過(guò)藍牙技術(shù)傳遞到病房探測器，房間探測器采用通訊總線(xiàn)與計算機系統相聯(lián)，由計算機分時(shí)采集各房間及床位參數。如圖2所示，醫院可采用整體監護系統，由一臺主機連接各個(gè)科室的分機，各科室的分機又分別連接到各病房的房間探測器，此房間探測器作為藍牙網(wǎng)絡(luò )的主單元，每一病房構成一藍牙網(wǎng)絡(luò )。此系統具有模塊化的功能，能根據各科室的不同需要增加或減少所測生理參數。 2.1 藍牙系統的網(wǎng)絡(luò )構成 在此藍牙系統中，可將藍牙芯片集成到各小型探測器中，并在房間探測器上集成藍牙芯片�？墒褂盟{牙系統提供的一對多的連接方式，用一個(gè)帶有藍牙芯片的房間探測器作為微微網(wǎng)的主單元。各種帶有藍牙芯片的小型探測器作為從單元。一個(gè)微微網(wǎng)中活動(dòng)從單元的個(gè)數最多有7個(gè)。當所需測量的生理參數超過(guò)7個(gè)時(shí)，有兩個(gè)解決方案，一種是使更多的從單元處于鎖定于主單元的休眠狀態(tài)，由主單元控制激活順序，一般來(lái)說(shuō)，某些所測生理參數不需要不間斷連續測量，故可利用這種時(shí)差，當需要測量某個(gè)生理參數時(shí)，才激活相應的從單元，只要保證同時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)的從單元數目不超過(guò)7個(gè)，就可達到目的。第二種方案是由具有重疊覆蓋區域的多個(gè)微微網(wǎng)構成一個(gè)散射網(wǎng)，每一微微網(wǎng)只能有一個(gè)主單元，從單元可基于時(shí)分復用參加不同的微微網(wǎng)。而在一個(gè)微微網(wǎng)中的主單元仍可作為另一個(gè)微微網(wǎng)的從單元。利用這種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，就可達到上述目的。綜上所述，如圖3所示，可以這樣規劃一個(gè)病房中的藍牙系統網(wǎng)絡(luò )：每一病床構成一個(gè)微微網(wǎng)，各個(gè)帶有藍牙芯片的小型傳感器構成這一微微網(wǎng)。由這一病房中的各個(gè)病床所組成微微網(wǎng)構成一散射網(wǎng)，在這一散射網(wǎng)中，帶有藍牙芯片的房間探測器作為散射網(wǎng)的主單元。 2.2 藍牙主、從單元工作方式 作為主單元的藍牙芯片使用外接串行設備的形式與PC主機相連接，藍牙在主機端支持的設備連接方式有三種USB、UART和PC插卡。從長(cháng)期來(lái)看 USB是最好的選擇?因為它是目前發(fā)展最快的PC擴展連接方式?并且已經(jīng)由PC領(lǐng)域滲透到信息家電領(lǐng)域；從速度上來(lái)看?目前使用的USB1.0和USB1.1在全速率情況下?有12Mbps的速度?而下一代USB2.0規范也基本上得到了通過(guò)?其速率已經(jīng)達到了480Mbps從串行設備發(fā)展的歷史來(lái)看USB基本上是串行設備的最終形式?經(jīng)歷了從RS-232到RS-485等一系列發(fā)展之后?達到一個(gè)高速的串行連接體系 。當需要對心電進(jìn)行檢測時(shí)，就需要使用USB的高速傳輸性能，所以USB會(huì )是長(cháng)期的最終選擇。如圖３所示需要使用基帶協(xié)議、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議L2CAP 、服務(wù)搜索協(xié)議(SDP) 、電纜替代協(xié)議(RFCOMM)，并使用主機控制接口(HCI)為基帶控制器、鏈路管理器，硬件狀態(tài)和控制寄存器提供命令接口，如圖4所示。 作為從單元的藍牙芯片當前只需要對一些諸如溫度、血壓等數據量不大的信號進(jìn)行監測，故只需要使用基帶層協(xié)議，以及鏈路管理協(xié)議(LMP)。在主單元與從單元之間建立異步無(wú)鏈接鏈路(ACL)采用DM1分組。通過(guò)LMP負責藍牙各設備間連接的建立和設置。 3 藍牙技術(shù)在動(dòng)態(tài)監護中的應用 為了早期和準確地診斷一些重要生理系統的功能性疾病往往需要對處于正常生活和工作條件下的患者進(jìn)行長(cháng)時(shí)間24小時(shí)甚至更長(cháng)的連續監測。這類(lèi)監測技術(shù)被稱(chēng)為動(dòng)態(tài)監測技術(shù)。目前最常用的動(dòng)態(tài)監測是動(dòng)態(tài)心電監護、動(dòng)態(tài)血壓監護、消化道生理參數的動(dòng)態(tài)監護、腦電動(dòng)態(tài)監護。連續監測的時(shí)間多為一個(gè)晝夜，均由病人隨身佩帶能連續記錄相關(guān)生理參數的便攜式記錄盒。在記錄完成后 ?將數據傳輸到分析工作站進(jìn)行數據分析和處理。如果利用藍牙技術(shù)使傳感器與記錄盒分離，記錄盒放置在衣服口袋或隨身攜帶的公文包中，傳感器利用藍牙技術(shù)點(diǎn)對點(diǎn)無(wú)線(xiàn)傳輸數據給記錄盒，免除了各種連線(xiàn)在病人身上纏繞帶來(lái)的不便。 4 藍牙技術(shù)在遠程監護中的應用 隨著(zhù)現代科技的發(fā)展和生活水平的提高人們對高質(zhì)量高水平的醫療保障需求迅速增長(cháng)?促使遠程醫療事業(yè)快速發(fā)展�，F代技術(shù)尤其是網(wǎng)絡(luò )通訊、計算機、微電子技術(shù)為遠程醫療的發(fā)展提供了所必需的技術(shù)條件。在遠程醫療領(lǐng)域中發(fā)展最快也是最先得以實(shí)用、給病人以實(shí)惠的是遠程監護和家庭保健監護。它不僅給患者帶來(lái)了方便也減少了住院醫療費用。在遠程監護與家庭保健監護中，藍牙技術(shù)也有很多用武之地。就如同病房監護一樣，在家中安裝一個(gè)帶有藍牙芯片的房間探測器，其余各種醫療設備將數據通過(guò)藍牙芯片傳輸到房間探測器，房間探測器再與Internet網(wǎng)連接，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據傳輸到醫院或社區保健中心，達到遠程監護的目的。設想一下，當病人隨手拿起一個(gè)帶有藍牙芯片的微傳感器，進(jìn)行測試，生理參數就自動(dòng)地傳輸出去。免除了復雜連線(xiàn)給病人心理帶來(lái)的不良影響，使病人享受良好的家庭和社會(huì )環(huán)境這對病人的心理健康和康復均有特殊的好處。 5 藍牙的使用安全性問(wèn)題 將藍牙芯片用在醫療設備中，對其安全性要格外重視。安全問(wèn)題包括信息安全和生態(tài)安全。 索尼在日本無(wú)線(xiàn)展覽會(huì )的現場(chǎng)進(jìn)行了Bluetooth和IEEE802.11b以及微波爐之間的相互干擾實(shí)驗。結果表明，在無(wú)干擾的情況下，數據傳送速度為500~600kb/s。一旦使用微波爐，由于干擾的出現，數據傳送速度降至300kb/s，此時(shí)再使用對應IEEE802.11b規格的無(wú)線(xiàn)LAN，由于干擾的加大，數據傳送速度下降至100~299kb/s。未來(lái)的藍牙應用環(huán)境將包括擴頻設備、跳頻設備、無(wú)線(xiàn)LAN、微波爐等。又據SIG英特爾公司在京一次會(huì )議上談到，國際SIG在各種環(huán)境中做過(guò)實(shí)驗，低功率藍牙產(chǎn)品對其他同類(lèi)產(chǎn)品干擾微乎其微，相反，其他產(chǎn)品對藍牙的干擾，可通過(guò)軟件或硬件方法解決。故信息安全問(wèn)題更多地是在軟件協(xié)議棧中加以強調，由軟件工程師去解決它。 生態(tài)安全問(wèn)題是指當藍牙設備靠近人體時(shí)是否帶來(lái)危害，對此人們非常關(guān)心。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的深入人心?輻射也成了消費者非常關(guān)心的問(wèn)題。由世界衛生組織、ＩＥＥＥ等專(zhuān)家組成的小組表示?檢測中并未發(fā)現藍牙產(chǎn)品的輻射對人體有影響。藍牙的問(wèn)題主要是由于藍牙使用和微波爐一樣的頻率范圍，是否會(huì )帶來(lái)不良的后果，目前也尚無(wú)定論。一些組織認為藍牙輸出功率很小(只有1mW)，是微波爐使用功率的百萬(wàn)分之一，是移動(dòng)電話(huà)的一小部分。而在這些輸出中，也僅僅有一小部分被物體吸收，基本檢測不到溫度的增加。由于藍牙理想的連接范圍為10厘米~10米，但是通過(guò)增大發(fā)送電平可以將距離延長(cháng)至100米。因此可以根據需要進(jìn)一步減小藍牙輸出功率，縮短其連接范圍，這樣就更為安全了。 藍牙技術(shù)是最近提出的一種小范圍信息傳輸系統，已表現出較強的生命力。當前對藍牙技術(shù)的應用主要集中于小型的移動(dòng)通信設備，而把藍牙技術(shù)應用于醫療設備中的研究尚處于起步階段，但已顯示出廣闊的前景。需要進(jìn)一步地研究。 |
