蓝牙技术在物联网医疗领域的应用

蓝牙技术在物联网医疗领域的应用
摘要健康是人类始终追求的目标之一，而医疗领域的技术水平是健康的重要保障。

随着人们健康意识的不断增强以及医疗卫生事业的不断发展，新技术与医疗的结合已经成为社会发展的必然趋势。

可移动性强、智能化高的物联网技术以及普及度高、便携性好、安全可靠的小范围无线通信蓝牙技术在医疗领域的应用，则给人们展现了一个高效便捷可靠的医疗卫生前景。

关键词医疗卫生；物联网；蓝牙技术；
Bluetooth Technology in the Application of Things Networking Intelligent Healthcare[2]
(Department of Physics Dezhou University Louyaxiang Tel 2557)
Abstract Health is one of the goals of the human always pursue, and in the field of medical technology level is the important guarantee of health. As people health awareness rising and development of medical and health undertakings, the combination of new technology and health care has become the inevitable trend of social development. Strong mobility, high intelligent Internet technology and the high popularity and good portability, safe and reliable, small range of bluetooth wireless communication technology in the field of medical application, is to show people a efficient and reliable prospect of medical and health care.
Keywords Intelligent healthcare；The Internet of things；Bluetooth technology；
引言
随着现代医疗事业的蓬勃发展，医院病房监护系统和医疗会诊系统的出现为现代医疗事业的发展做出突出贡献。

但其最大的弊端就是病人身上的线缆，不但给病人的行动带来很大的不便，而且在病人需要大面积活动时不得不中断对病人病情的监控或需要人力监控。

与建立在线缆连接基础上的传统监护系统相比, 移动医疗监护系统最大的优势在于数据传输采用无线技术。

蓝牙技术具有低功耗、低成本和安全性三大优势, 适用于医疗领域，具有相当低的功耗, 可确保护理人员所使用便携设备在整个轮班工作时间内正常工作。

同时，蓝牙在标准状态下的发射功率很低，对医疗仪器的干扰微弱，也不会对人体健康产生影响。

就安全性而言，蓝牙具有的有限通信距离和Ad- Hoc 网络的安全特性，其内建验证机制
使用加密，有助于保护病人隐私，保证互操作安全性。

而具有终端可移动性、接入灵活方便等特点的物联网技术在医疗卫生领域的应用，则彻底打破了医院固定的组网方式和各科室信息管理的局限性，使医院能够更加有效地提高管理人员、医生和护士的工作效率，协调相关部门有序工作，有效提高医院整体信息化水平和服务能力。

1.蓝牙技术综述
1.1 蓝牙技术的定义
“蓝牙”是一种开放型的技术规范，它可以在世界上任何地方实现短距离的无线语音和数据通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。

1.2蓝牙技术的特性
1.2.1微微网
蓝牙采用了扩频技术，使整个蓝牙频段内噪声影响变得最低。

与其他工作在相同频段地系统相比，蓝牙调频更快，蓝牙设备与其他无线通信设备相比是低功耗地，蓝牙技术地无线电收发器地链接距离可达10米，使用高增益天线可以将有效通信范围扩展到100米。

不限制在直线范围内，甚至设备不在同一个房间内也能相互链接，并且可以链接多个设备，活动最多可达7个，在线设备可达200个，这样就可以把用户身边地设备都链接起来，形成一个“个人微型网”
1.2.2 安全性
（1）信息安全
蓝牙具有的有限通信距离和Ad- Hoc 网络的安全特性，其内建验证机制使用加密，有助于保护病人隐私，保证互操作安全性.蓝牙系统每个单元中设备的匹配和加密规则都将以同样的方法实现。

在链路层，蓝牙使用四个参数来保证系统的安全性：每个用户的48位地址，用户的128位验证密钥，用户的8-128位加密密钥，设备产生的一个128位随机数RAND.
（2）生态安全
生态安全问题是指当蓝牙设备靠近人体时是否带来危，主要是否有电离辐射等，这是使用的医患双方都十分敏感的问题。

由世界卫生组织、IEEE等专家组成的小组表示，检测中并未发现蓝牙产品的辐射对人体有影响。

蓝牙的问题主要
是由于蓝牙使用和微波炉一样的频率范围，是否会带来不良的后果目前虽然尚无定论，但是一些组织分析认为蓝牙输出功率很小，只有1mW,是微波炉使用功率的百万分之一，也仅是移动电话的辐射的几分之一，而在这些输出中仅仅只有一小部分被物体吸收，基本检测不到局部有温度增加。

由于蓝牙理想的连接范围为5厘米~5米，但是可以通过增大发送电平可以将距离延长至100米，因此可以根据需要进一步减小蓝牙输出功率，缩短其连接范围，这样就更为安全了。

1.2.3不使生物电信号受影响
蓝牙技术具有传输信号稳定、不易受干扰和不受物体阻碍等优点，一般情况下通过蓝牙技术，能有效取代传统病房监护系统中病人身上的医疗传感器与分析仪、PDA和电脑等分析设备之间的线缆。

蓝牙不仅可以取代个人电脑周边的数据线缆，也能够满足监护病区中的患者周边无线化的需求。

通过病区蓝牙网关，可以实现蓝牙监护网与有线局域网的无缝连接，从而结合多种不同网络的优点，带给患者简洁舒适的环境。

1.2.4抑制无线电电磁干扰
蓝牙工作在全球通用的2.4GHzISM(即工业、科学、医学)频段。

蓝牙的数据速率为1Mb/s.跳频技术是把频带分成若干个跳频信道(Hopchannel)，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列(伪随机码)不断地从一个信道到另一个通信信道，蓝牙系统内地收发双方是按这个规律进行通信地，而其他无线电设备不可能按同样地规律进行工作。

所以从很大程度上抑止了无线电。

2.物联网的概述
2.1物联网概念
关于物联网的定义到现在还没有一个统一的定义，有一个较为普遍认同的定义是物联网通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

2.2物联网相关技术
物联网涉及的关键技术非常多，从传感器技术到通信网络技术，从嵌入式微处理节点到计算机软件系统，包含了自动控制、通信、计算机等不同领域，是跨学科的综合应用。

在通信业界，物联网通常被公认为有3个层次，从下到上依次
是感知层、传送层和应用层。

如果拿人来比喻的话，感知层就像皮肤和五官，用来识别物体，采集信息；传送层则是神经系统，将信息传递到大脑进行处理；应用层类似人们从事的各种复杂的事情，完成各种不同的应用。

3.智能家居系统研究综述
3.1传统技术在医疗卫生领域的局限
医疗设备在医院每台设备基本都是独立的系统，各种设备都配有自己的计算机系统和打印机等外设系统，都是数据线独立连接，因此，读取机器状态、重新配置设备、传感器数据、病人资料、病人监护、安全访问数据、资产追踪等都是独立的系统。

最常见的现象如手术室，放射科室，可以看见到处是电缆线连接，交错地散在地上，一旦出了仪器故障，要花费医生很大的功夫顺着电线检查每个接口是否连接好，浪费了大量抢救病人的时间。

有些医疗仪器，如脑电图、心电图等电生理仪器，是从患者的体表接受电电信号，将生物电信号，通过电缆传输到医疗设备中，进行分析。

其间，因为电缆的连接，限制了患者的位置和运动，只能在卧位接受体检，于是不能了解到在其他体位，甚至是运动状态下患者在一定范围活动的生物电信号的情况。

有些医疗的禁区，如层流病房、手术室、放射摄片室、放疗室、抢救室等，不是适宜所有医务人员的进出，必须要有严格的隔离制度，从而造成很大局限性带来诸多不便。

3.2蓝牙物联网技术在医疗卫生领域的作用
蓝牙可以取代各个独立系统间的庞杂的电缆线而保障可靠互联，医生可以通过蓝牙无线遥控进行设备检查和设定，从而解决了医疗设备使用者的麻烦。

同时利用物联网技术，可以将各个设备参数、病人各项生理数据特征上传到云端数据库，便于医生对病人实时有效监控，同时不妨碍医生的治疗和会诊的工作。

对于医疗禁区，物联网技术的应用减少了工作人员直接进出的机率，使医院能够更加有效地提高管理人员、医生和护士的工作效率，协调相关部门有序工作，有效提高医院整体信息化水平和服务能力。

3.3蓝牙在电子医疗设备中的实现条件
多机通信中必须保证主机与所选择的从机进行可靠的通信，而且通信接口必须具有较强的识别能力，对于蓝牙多机通信更容易受到干扰，因此除了要求外界
的干扰尽可能少外，还需要有比较可靠的通信协议。

蓝牙协议的组成：蓝牙协议作为开放性的近距离高速通信标准，主要包括以下4个方面内容：蓝牙核心协议议(BB、LMP、L2CAP、SDP)、电缆替代协议(RFCOMM)、电话控制协议(TSCBinary、AT命令集)以及选用协议(PPP、TCP/IP、DUP/IP、OBEX、WAP、……)。

根据具体的应用，蓝牙协议可以进行灵活的配置，并鼓励尽可能利用各种高层协议，保证现有网络技术与蓝牙技术的融合。

因此除了蓝牙核心协议是必需的，其他三方面协议根据应用的具体需要而定。

生理电信号传输的要求和实现：生理电信号是由生物体在生命活动中由机体、组织、器官、细胞等各级系统产生的特定表征转化成的电信号，反映特定的生命活动细节。

这里主要指的是针对一维生理电信的蓝牙数据传输，如：心音、心电、脑电、肌电、胃电，以及转为电信号的血压、脉搏、呼吸等生理参数。

按照信号的频率围可以分成三类：低频信号，即最高频率小250Hz，以心电为代表；中高频信号，主要是心音；宽带高频信号，指肌电。

由于蓝牙在ACL数据分组共有7种，其中适合生理信号的带有2种校验机制的是DMI、DM3、DM5分组，在8位或12位采样系统中，心电等低频信号应采用DM1据分组，心音信号应采用DM3数据分组，肌电信号应采DM5数据分组。

3.4物联网技术、蓝牙技术在医疗卫生领域的应用
3.4.1身份确认
为了能对病人进行快速身份确认，完成入院登记并进行急救，医务部门迫切需要确定伤者的详细资料，包括姓名、年龄、血型、亲属姓名、紧急联系电话、既往病史等。

以往的人工登记既慢且错误率高，而且对于危重病人根本无法正常登记。

据统计，我国医院每年都有相当一部分病人很长时间都无法确认病人身份，难以和家属联系，因此医院每年都有大量资金无法收回。

为了加快急诊抢救病人的处理速度，可以采用了RFID应用系统。

过去医院接受一名病人，仅仅是入院登记就需要15min左右；而今采用了RFID医疗卡，只需短短的2min，平时就诊时，将信息印制在医疗卡上，由病人随身携带。

当该病人入院诊治时，医院只需用二维条码扫描器扫描医疗卡上的标签信息，所有数据不到1s就进入计算机中，完成病人的入院登记和病历获取，因此为急救病人节省了许多宝贵的时间。

由于RFID技术提供了一个可靠、高效、省钱的信息
储存和检验方法，因此医院对急诊病人的抢救不会延误，更不会发生伤员错认而导致医疗事故。

3.4.2人员、设备的定位及监控
在医院，人员定位包括对医护人员和患者的定位和追踪，将腕式蓝牙手表佩戴于工作人员和病人手腕上，就可以对他们的位置进行持续的定位与追踪，同时也可以和门禁控制的功能相结合，确保只有经过许可的人员才能进入医院关键区域。

还可应用于医院追踪资产、设备及时了解和掌握资产和医疗设备的实时位置信息。

更进一步，可以将定位数据和其他资料相结合，使简单的定位系统得以进化，进而利用物联网技术打造出可以监控全医院病人流动的全新病房定位系统。

这能帮助医疗保健机构降低成本、改善工作流程和提高病人护理服务质量。

3.4.3一卡通，就诊卡
数字化医院管理一卡通是智能卡在医院的综合应用，它涵盖员工、病人在医院工作生活的方方面面，包括人员信息管理、门/急诊管理、住院管理、公寓管理等方面，既是持卡人信息管理的载体，也是医院后勤服务的重要设施。

将RFID 智能标签置于“医疗保健卡”的卡片上，标签可以记载救诊病人自身完整的救诊记录。

任何医生或者其他医护人员都能够即时读取、存储关键的病历信息。

这样，可促使个人无论在哪里都能够得到良好的照顾与精确的诊断。

3.4.4无线（移动）医疗监护
医疗监护是对人体生理和病理状态进行检测和监视，它能够实时、连续、长时间地监测病人的重要生命特征参数，并将这些生理参数传送给医生，医生根据检测结果对病人进行相应的诊疗。

它在危重病人的监护、伤病人员的抢救、慢性病患者和老年患者的监护以及运动员身体活动的检测等领域发挥着重要的作用。

目前，医院监护系统大多使用固定的医疗监护设备，通过传感器采集人体生理参数，通过线缆将数据传输到监护中心。

建立在线缆连接基础上的传统监护系统往往体积大、功耗大、不便于携带，限制了病人和医护人员的行动，增加了他们的负担和风险，已经越来越不能满足当今实时、连续、长时间地监测病人的重要生命特征参数的医疗监护需求。

同时这种传统的医疗监护方法容易增加病人心理压力和紧张情绪，进而影响病人身体状况，使诊断数据与病人真实的生理状况产生
一定差距，影响对病情的正确诊断。

为了使经常需要测量生理参数的患者(如慢性病人或者老年患者等)能够在随意运动的状态下接受监护，无线医疗监护技术已越来越受关注。

智能化无线医疗监护服务是以无线局域网技术和RFID技术为底层，通过采用智能型手持数据终端为移动中的一线医护人员提供“移”触即发的随身数据应用。

医护人员查房或者移动的状态下，可通过智能型手持数据终端的护理人员端软件，透过Wi-Fi无线网络实时联机，与医院信息系统数据中心的数据交互。

使医护人员随时随地在手持数据终端上获取全面医疗数据的信息服务系统，而病人可藉由佩戴在手上的装有RFID的手环，在与PC连接的RFID读卡器查询显示该患者目前的检查进度，并可获取全面医疗数据的信息服务系统，根据历史记录和临床检查结果，对比患者病情的变化情况，当机立断地会诊和制定治疗方案
我国目前已经进入了老龄化社会，对下一代的健康与安全问题也日益关注，面向老人和儿童的个人健康监护需求将不断扩大。

无线蓝牙和物联网技术将为健康的监测控制提供更方便、更快捷的技术实现方法和途径，应用空间十分广阔。

3.4.5生命体征采集
物联网另一个十分重要的医疗应用领域就是生命体征采集与健康监测。

健康问题应把重点转移到对生命全过程的健康监测、疾病控制上来，建立同时能够为健康和不健康的人服务的健康监控、维护和管理系统。

但是即使病人自己测得血压、血糖数据，他的医生仍无法及时获得第一手资料。

而通过传感器物联网技术，医生可以实时了解到其监护患者的生理参数及时作出必要的诊断。

该新技术的另一优点是，利用传感器物联网可将远在千里之外的乡村医院的CT、MRI等电子诊断结果无线传输至大型医疗中心，以便专家进行会诊。

这种通过嵌入式传感器与外界联系、最终在电脑上显示数据的特殊医疗器械，在国外又被称为“灵巧型医疗器械”（smart medical device）。

这种产品使医生不论远近坐在办公室内就能及时了解病人的身体变化并指导治疗。

各种传感器可以把测量数据通过无线方式传送到专用的监护仪器或者各种通信终端上，如PC、手机、PDA等。

例如，在需要护理的中老年人身上，安装特殊用途传感器节点，如心率和血压监测设备，通过无线传感器网络，医生可以随时了解被监护病人的病情，进行及时处理，还可以应用无线传感器网络长时间地
收集人的生理数据，这些数据在研制新药品的过程中是非常有用的。

4.结语
随着智能医疗热潮在世界范围内的日渐兴起，随着蓝牙和物联网技术的飞速发展、人们健康意识不断提高以及智能电子技术在生活中的广泛应用，智能医疗已经成为未来医疗卫生事业发展的最新方向。

从目前的发展趋势来看，在未来的至少20年时间里，智能医疗将成为中国医疗卫生事业发展的主流趋势，其市场的发展前景是非常广阔的。

但是蓝牙技术在应用中仍然有一些问题需要解决，如相邻设备之间为防止信息误传和被截取，必须要用户提前设置对应频段；蓝牙芯片的价格较高；蓝牙模块较难生产等等。

但相信，随着蓝牙医疗设备和物联网技术的日趋完善，这些问题将逐渐被解决。

而物联网智能医疗管理系统必将是不远的将来的医疗卫生发展不可逆转的趋势。

人们将充分享受科技进步给生活特别是医疗健康方面所带来的巨大便利。

5.致谢
在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师的热情关怀和悉心指导。

指导老师以严禁的治学态度、渊博的学识、独特的学术思维、一丝不苟的工作作风、热情待人的品质、使我满怀敬意。

每遇到困难都会努力找寻解决的方法，提高自己解决问题的能力并巩固老师所授予的知识。

增强了自己实践操作和动手应用的能力，提高了独立思考的能力。

在此，谨向所有帮助过我的老师和同学表示我诚挚的谢意！
参考文献
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