LoRa技術在智慧醫(yī)療領域的應用
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0 引言
進入21 世紀以來，各種高新技術的發(fā)展日新月異，給人們的工作和生活帶來了極大的方便，促進了社會經濟的高速飛躍。與此同時，隨著生存環(huán)境的變化，一些社會問題逐漸顯現出來，比如人口老齡化、慢性疾病發(fā)病率和亞健康人群比例逐年增高、看病難、看病貴等問題已成為當前我國醫(yī)療改革進程中亟待解決的難題[1]。
隨著通信技術的發(fā)展突破，物聯網技術融合了通信、大數據等高新技術在Bluetooth、Zigbee、LoRa 等無線通信技術領域取得了極大進步，并且已逐漸在很多行業(yè)推廣應用[2-3]。2015 年3 月國務院頒布《全國醫(yī)療衛(wèi)生服務體系規(guī)劃綱要（2015—2020 年）》，明確提出開展健康中國云服務計劃，積極應用移動互聯網、物聯網、云計算、可穿戴設備等新科技技術，推動惠及全民的智慧醫(yī)療服務[4]。而物聯網為優(yōu)化醫(yī)療就醫(yī)體驗、改善醫(yī)療服務質量和提高人民健康水平提供了新手段，對于推進健康中國建設，實現智慧醫(yī)療的目標具有重要而深遠的意義[5]。
1 智慧醫(yī)療概念及其運作模式
智慧醫(yī)療以患者為中心，利用先進的物聯網技術、云計算技術、大數據處理技術，實現患者與醫(yī)務人員、醫(yī)療設備之間的互動，通過打造健康檔案區(qū)域醫(yī)療信息平臺，逐步改善醫(yī)療服務流程的醫(yī)療體系。美國食品藥品管理局在2004年擬通過規(guī)范物聯網技術在藥物運輸、銷售、防偽、追蹤體系的應用，來推動智慧醫(yī)療的發(fā)展[6]。
智慧醫(yī)療通常由智慧醫(yī)護場所系統(tǒng)，區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)以及家庭健康三部分組成，其總體架構包含基礎層、感知層、網絡層、應用層以及用戶層[7]，如圖1 所示。
智慧醫(yī)療系統(tǒng)以物聯網技術為基礎，以“感、知、行”為核心。因此，智慧醫(yī)療系統(tǒng)可以分為數據獲取、知識發(fā)現和遠程服務3 個階段循環(huán)執(zhí)行[8]。在數據獲取階段，通過分布在監(jiān)測區(qū)域的傳感器實時、精確地獲取各種醫(yī)療數據，并通過組網方式將數據發(fā)送到醫(yī)療數據中心；在知識發(fā)現階段，主要是利用大數據存儲與處理平臺對獲取的數據進行建模和分析；在遠程服務階段，將數據的分析結果由云服務快速、準確地提供給終端用戶作為參考?！案?、知、行”關系圖如圖2 所示。
圖2 “感、知、行”關系圖
智慧醫(yī)療將醫(yī)療網絡化，使醫(yī)院智能化信息化，在保障醫(yī)療健康的前提下為患者提供精準安全便捷的醫(yī)療服務，同時將患者的就診信息建立電子檔案，方便管理、保存、查閱。智慧醫(yī)療具有互聯、協作、預防、安全可靠等特點，能夠在一定程度上提高人們的醫(yī)療體驗和生活質量[9]。智慧醫(yī)療可以實現智能預約，減少患者排隊的時間；還可以通過各醫(yī)院數據共享資源共享，提高醫(yī)療資源利用效率；通過建立患者檔案庫可以實現智能導診，為患者就診提供建議；通過實名認證可以有效避免醫(yī)療詐騙，并且對有些慢性病患者實時跟蹤監(jiān)測患者狀態(tài)，及時反饋并提出治療的建議。
2 LoRa技術特點及其優(yōu)勢
LoRa 技術是一種基于1 GHz 以下的超遠距低功耗無線傳輸技術。該技術使用一種特殊的擴頻技術，使得不同擴頻序列的終端即使使用相同的頻率同時發(fā)送也不會相互干擾，大大改善了接收的靈敏度，并且有效地擴展了系統(tǒng)的容量[10]。現列出LoRa 技術的關鍵特征及優(yōu)勢如表1 所示。
理想環(huán)境下，LoRa 模塊通信距離可達15 km，但在醫(yī)院特殊環(huán)境下，影響LoRa 模塊通信質量的因素很多，比如建筑，設備，電磁干擾，溫濕度等，這些因素可引起數據傳輸時信號的衰減，降低通信質量，甚至可能導致通信中斷，造成數據丟失嚴重[11-12]。因此，為了保證通信數據的完整和準確性，LoRa 終端組網可以采用星型結構或網狀結構分布，其示意圖分布如圖3 和圖4 所示，由于終端節(jié)點組網復雜度越高，終端設備間互相干擾的情況嚴重，并且可能導致基站節(jié)點能耗增大，因此，結合網絡復雜度和節(jié)點壽命等因素，星型分布更適合于醫(yī)院智慧網絡部署。
3 基于LoRa技術的終端設備在智慧醫(yī)院的應用
3.1 應用環(huán)境及參數設置
基于LoRa技術的終端設備在智慧醫(yī)院的部署應用，可以幫助醫(yī)院在無線移動查房、繳費取藥、導航就醫(yī)、定位與跟蹤、實時病人數據信息監(jiān)控等方面實現統(tǒng)一管理，達到使患者快速入院、快速診療的效果，提高醫(yī)療資源利用效率和醫(yī)院工作效率。本文研究了將LoRa 技術運用到醫(yī)療器械輸液設備上，利用其無線數據傳輸時遠距離、低功耗的優(yōu)勢實現醫(yī)院不同樓層病房長時間，高精度數據傳輸的目的，從而省去了醫(yī)護人員查房記錄的工作，實時監(jiān)控病人數據也可以更有效地解決突發(fā)狀況，降低醫(yī)療事故發(fā)生率。
測試環(huán)境選擇醫(yī)院就診綜合樓，樓層高度13 層，內含LoRa 模塊的節(jié)點5 個，LoRa 基站3 個，上位機電腦1 臺。
3.2 數據傳輸結果及分析
在上位機電腦上安裝數據接收工具，如圖5 所示。終端節(jié)點正常工作時會定時發(fā)送數據，在該窗口可以接收終端發(fā)送的數據內容。
圖5 上位機數據接收端
測試過程中，終端節(jié)點定時10 s 發(fā)送一條長度40字節(jié)的數據，發(fā)送時間設定10 min，上位機接收端以及LoRa 放置在樓層11 層某一值班室，終端節(jié)點分別放置在1 層、3 層、5 層、7 層、9 層，分別進行數據發(fā)送。
測試可知終端節(jié)點在10 min 共發(fā)送數據600 條，上位機接收端分別接收到各節(jié)點發(fā)送的數據及數據強度如表2 所示。
由表2 數據可知樓層高度與丟包率和信號強度RSSI 的關系，如圖6 所示。
圖6 樓層高度與丟包率和信號強度RSSI的關系
通過分析表中數據可知，LoRa 技術應用到醫(yī)療器械終端設備可實現一定距離的無線數據傳輸，并且隨著樓層及節(jié)點間傳輸距離的增加，信號強度會減弱及丟包率也會增大，甚至超過一定距離會出現接收不到數據的現象，因此為了保證整棟樓數據準確快速傳輸，可以考慮使用中繼轉發(fā)模式，大大提高數據傳輸質量。
4 結論
基于物聯網的智慧醫(yī)療系統(tǒng)可以為用戶提供醫(yī)療健康互動服務保障，是推動健康中國建設，解決看病難、看病貴等難題的重要途徑。而物聯網技術中的LoRa 技術因其遠距離、低功耗的特點，在醫(yī)院智慧網絡的部署應用具有很好的前景?；贚oRa 網絡的智慧醫(yī)療建設可以降低醫(yī)院運營成本和醫(yī)療事故發(fā)生率，提高接診效率和醫(yī)療資源利用率，幫助醫(yī)院實現快速部署、智慧管理。
參考文獻：
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（本文來源于《電子產品世界》雜志2021年3月期）
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