基于遠程醫(yī)療PAN 或 WAN 接口選擇的度量標準

引言

遠程醫(yī)療正成為幫助人們提高生活品質的一種新方式，而無線技術的廣泛使用也為個人健康與醫(yī)療設備的交互帶來了前所未有的巨大挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)源于人們想把一些帶有無線功能的儀器與終端設備實現(xiàn)相互通信的需求，而要滿足這種需求各種設備都使用相同的協(xié)議進行通信就很重要，目的是保持數(shù)據(jù)的完整性。本文中，我們將討論與無線技術相關的一些通用性問題，并介紹在不同情況下選擇合適的無線標準的技巧。

作為今天增長最快的跨學科領域之一，遠程醫(yī)療運用各種技術，通過遠程及近距離有線和無線網絡為人們提供健康與醫(yī)療信息。遠程醫(yī)療成為在衛(wèi)生保健領域實現(xiàn)信息服務創(chuàng)新的催化劑。它讓患者、醫(yī)生和其他供應商擁有全新的通信方式，使那些慢性病患者能夠以更低的成本獲得更高的生活品質，例如：心血管疾病、糖尿病、慢性呼吸道疾病和癌癥患者等。短距離無線連接技術出現(xiàn)以后，遠程醫(yī)療技術仍然在健康、健身和運動市場起著關鍵性作用。下面兩個例子可以幫助更好地闡釋無線連接技術對遠程醫(yī)療的影響：

比如一名慢跑鍛煉者可以隨身攜帶多種傳感器，用于監(jiān)測他的生命指標（包括心率、血壓、SpO2）、皮膚濕度以及其他運動表現(xiàn)，例如：跑步速度、消耗卡路里和步長等。這些參數(shù)可在他跑步期間被收集到一個移動設備（例如：手表或者智能手機等）中，然后被下載或者發(fā)送給他的個人計算機、教練或者醫(yī)生。在對這些數(shù)據(jù)進行分析以后，醫(yī)生或者教練便可以提出訓練改進建議，以提高慢跑者的運動耐力和效果。

再比如在事故現(xiàn)場執(zhí)行救援任務的救護車，應事故要求出診的緊急醫(yī)療隊 (EMT) 可在返回醫(yī)院的途中就開始相關治療，立即開始監(jiān)測重傷人員的各種生命體征，對傷情做出診斷，并把重要數(shù)據(jù)和診斷細節(jié)發(fā)送給醫(yī)院的急診室。提前發(fā)送這些數(shù)據(jù)，可以讓護士和醫(yī)生更好地做好收治準備，一旦傷者到達醫(yī)院便可立即實施正確的治療，從而節(jié)省大量寶貴的時間，最終達到挽救生命的目的。

這兩個例子證明了無線連接解決方案在廣泛運用的遠程醫(yī)療領域能扮演和正在扮演的重要角色，它可以：

更精確、頻繁和低成本地收集數(shù)據(jù)
讓患者和醫(yī)療保健專業(yè)人員擁有一種新的聯(lián)系方式

康體佳健康聯(lián)盟 (Continua Health Alliance)

康體佳健康聯(lián)盟是一個國際非盈利、開放性行業(yè)組織，由 230 多家公司組成，目的是處理和解決遠程醫(yī)療產品和服務在應用和部署時出現(xiàn)的通用性問題。他們的任務就是要建立起一個個人醫(yī)療保健的生態(tài)系統(tǒng)，讓廣大消費者和各種組織都能夠更好地管理健康。該聯(lián)盟并不負責具體的新通信標準的開發(fā)，而是選擇一些已有的標準，然后制定出通用性指導原則。要想成功地解決通用性問題，需要完成下面 3 項重要的細化工作：

慢性病健康狀況管理
醫(yī)療與健康
個體壽命的延長

圖 1 顯示了由康體佳健康聯(lián)盟定義的一種架構。

圖 1 康體佳遠程醫(yī)療端到端系統(tǒng)架構

這種端到端系統(tǒng)架構包括如下 4 個主要部分：

個人醫(yī)療保健設備：監(jiān)測基本生命體征，例如：血壓、體重、脈搏、氧氣水平和血糖值，并通過有線或者無線連接方式發(fā)送這些數(shù)據(jù)。

集成管理器：讓個人健康設備能夠以電子病歷 (HER) 的形式記錄數(shù)據(jù)，以供家庭和/或醫(yī)院隨時查看。這種集成管理器可以利用智能電話、個人計算機或者其他專用設備。

健康服務中心：在某個集中地存儲和分析患者的相關信息?？梢允轻t(yī)生的辦公室、家里或者醫(yī)療保健機構。
健康狀況記錄：用于存儲收集來的數(shù)據(jù)。形式包括個人健康狀況記錄 (PHR) 或者電子病歷 (HER)

這種集成管理架構中定義了4種網絡，我們這里將主要介紹個人局域網 (PAN)和廣域網 (WAN)。

由于 PAN 以低功耗（一般為電池）為特點，因此我們選擇藍牙reg; 和 ZigBeereg; 這兩種技術作為以后幾代康體佳兼容型遠程醫(yī)療系統(tǒng)的無線標準。藍牙技術一般用于移動集成管理器（例如：智能電話）和傳感器或醫(yī)療設備之間的連接；而 ZigBee 則用于低功耗傳感器的無線組網，比如一些讓患者能夠獨立在家的傳感器。PAN 網絡的連接距離一般為1米到 10-20 米，接入 PAN 網絡的大多數(shù)設備都使用電池供電。

需要更遠距離傳輸數(shù)據(jù)（大于 30 米）并且?guī)捀髸r，最好使用廣域網 (WAN) 接入?？刁w佳聯(lián)盟為 WAN 選擇了 w3c 標準，其可以利用任何IP型網絡實現(xiàn)。這樣便讓諸如 Wi-Fi 和大多數(shù) 3G 網絡服務等解決方案能夠從管理器/集線器到后端軟件傳輸數(shù)據(jù)。

需要注意的是，只有當需要康體佳健康聯(lián)盟認證的產品時才需要獲得授權，選擇一種具體的網絡接入標準。如果不要求康體佳認證，系統(tǒng)/產品架構可以選擇其他網絡接入標準，例如：IEEE 802.15.4、ANT、6lowPAN 甚至是 2.4 GHz 或 900 MHz 頻段的一些專有無線電標準。

選擇無線連接標準時的一些重要度量標準

選擇一種特殊的網線連接標準或者技術是一系列折中平衡與優(yōu)化的結果。我們可以根據(jù)諸多參數(shù)對各種無線標準進行比較，例如：規(guī)定數(shù)據(jù)速率、網絡拓撲、傳輸距離等等。這些參數(shù)就是度量標準。圖 2 顯示了選擇遠程醫(yī)療與醫(yī)學應用的無線標準時進行對比的大多數(shù)參數(shù)。下面列出的度量標準并非都與特定應用相關，度量標準的多少和種類均取決于具體的終端應用。

圖 2 比較不同網絡連接標準時需要考慮的參數(shù)

表 1 概括了許多應用的生理信息或生命體征采集所要求的數(shù)據(jù)速率，這些應用包括慢性病管理或者健康狀況管理等。血壓監(jiān)測要求 1-10kbps 的數(shù)據(jù)速率。如果應用涉及發(fā)送靜態(tài)圖像，則要求有 2Mbps 的數(shù)據(jù)速率。產品開發(fā)人員需要知道哪種技術可以支持應用傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)速率。

工作頻率是我們需要考慮的另一個重要的度量標準。用于傳輸數(shù)據(jù)的頻譜由主要政府監(jiān)管部門規(guī)定。產品所面向的地區(qū)和市場（例如：醫(yī)院或者普通消費者）不同，頻譜要求和規(guī)定也會不同。另外，網絡拓撲可能會對軟件棧大小以及電流消耗產生影響。對于那些使用要求全網狀拓撲的協(xié)議（例如：ZigBee）的應用而言，更是如此。

表 1 不同受監(jiān)測生物信號的數(shù)據(jù)速率

圖 3、4 和 5 利用傳輸距離和數(shù)據(jù)吞吐量參數(shù)，對幾種無線網絡連接標準進行了比較。圖 3 表明藍牙技術和ANT協(xié)議是體域網 (BAN) 最為適合的非專有標準，其要求距離非常短，而且功耗也非常低。圖 4 表明就高數(shù)據(jù)吞吐量而言，Wi-Fi 可能是最為適合的網絡連接標準。圖 5 顯示了不同標準所需的電池類型。從這些圖，我們可以清楚地知道 Wi-Fi 要求的功耗比其他幾種連接方法都要高。

圖 3 各種技術的通信距離。

圖 4 各種技術的數(shù)據(jù)吞吐量

圖 5 各種技術的要求電源

結論

毫無疑問，遠程醫(yī)療極大地受益于無線技術的廣泛應用，其革命性地改變了醫(yī)療保健服務的提供方式。但是，無線技術的迅猛發(fā)展也帶來了不同無線器件和設備之間的通用性問題，讓我們難以選擇到正確的無線標準。遠程醫(yī)療應用可以使用的無線標準有很多，對于廣大工程師和開發(fā)人員來說，選擇一種最適合于具體終端應用的標準很重要。在這個過程中，技術實現(xiàn)確實為患者、醫(yī)生、醫(yī)療服務提供商和所有其他醫(yī)療保健生態(tài)系統(tǒng)的參與者，都帶來了更加輕松、愜意的生活。