阅读说明：本技术 一种医疗急救中心的信息体系与应用方法 (Information system and application method of medical first-aid center ) 是由 江月松 朱从利 于 2019-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种医疗急救中心的信息体系与应用方法,包括LED可见光通信与定位系统,将医疗设备获取的信息以及病人的紧急状态信息发送到异构接入网路,接收从异构接入网络发送来的客户设备的请求查询信息;异构接入网络,将医疗设备发送来的信息送入数据服务中心和客户设备,并将客户设备的请求查询信息发送到医疗设备;数据服务中心,其用于存储并不断更新异构接入网路发送来的信息；客户设备,其持有者是医生、护士或者是护士站的信息设备,用于接收异构接入网络发送来的有关病人的信息。本发明具有很好的抗无线电干扰能力,能够解决当病人生命发生紧急情况时做出呼叫、相关医疗人员不能及时做出反应的问题。(The invention discloses an information system and an application method of a medical first-aid center, which comprises an LED visible light communication and positioning system, a heterogeneous access network, a data service center and a positioning system, wherein the LED visible light communication and positioning system is used for sending information acquired by medical equipment and emergency state information of a patient to the heterogeneous access network and receiving request inquiry information of client equipment sent from the heterogeneous access network; and the client equipment, the holder of which is information equipment of a doctor, a nurse or a nurse station, is used for receiving the information about the patient transmitted by the heterogeneous access network. The invention has good radio interference resistance, and can solve the problems that when the life of a patient is in an emergency, a call is made and related medical personnel can not respond in time.)

一种医疗急救中心的信息体系与应用方法

技术领域

本发明涉及一种医疗急救中心的信息体系与应用方法，属于医疗与电子信息两个领 域 的交叉领域。

背景技术

在急救中心,有许多医疗设备不停地对监测病人的状态,医生和护士(护士站)也必须使用他们所持有的客户设备(如智能手表、移动电话或者台式计算机)通过数据通信了解病人所处的状态以便及时采取适当的抢救和医疗措施,如果使用 Wi-Fi 实现医疗设备和客户设备之间的数据通信,则 Wi-Fi 的射频极有可能对医疗设备和客户设备的正常工作产生干扰,从而可能导致危险的医疗事故。据研究人员对医疗设备的电磁干扰测试研究统计,大约 20% 的危险医疗事故或者重大医疗事故是由电磁干扰引起的。如果在急救设备的重症监护病房中发生电磁干扰,就极有可能因设备的不正常工作而危及某些病人的生命。因此,在急救中心(特别是重症监护病房)Wi-Fi 的使用是受到限制的。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种医疗急救中心的信息体系与应用方法，具有很好的抗无线电干扰能力,能够解决当病人生命发生紧急情况时做出及时呼叫、相关医疗人员不能做出及时反应的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种医疗急救中心的信息体系，包括LED可见光通信和定位系统、异构接入网络、数据服务中心以及各类医疗设备；所述的LED可见光通信和定位系统通过异构接入网络与数据服务中心以及各类医疗器材实现连接；其由安装在每一个病房中医疗设备上的 LED 灯珠和图像传感器与安装在天花板上的 LED阵列和图像传感器组成,其用于双向数据通信和室内定位；所述的异构接入网络是急救中心局域网的主干网络,其被用作为连接客户设备、数据服务中心和医疗设备之间数据传输的数据总线；所述的数据服务中心,其由数据服务器组成,其被用于存储所有病人的医疗信息和所处位置并将这些信息提供给有关的医疗小组和医疗设备；

所述的LED可见光通信和定位系统包括发射模块和接收模块；所述的发射模块设置在医疗设备和天花板上，其用于与安装在医疗设备和天花板上的图像传感器以及与医疗设备和客户设备建立通信之后,将要发送的数据转换成二进制代码信息并调制到 LED 驱动电路上,再由 LED 灯珠或者 LED 阵列将二进制代码信息的光信号发送出去；所述的接收模块设置在医疗设备和天花板上，其用于接收来自 LED 灯珠或 LED 阵列发出的、经由光学无线信道后入射到图像传感器光敏面上的二进制光信号,再经后续信号处理和定位算法运算后输出发射器发送来的原始信息和位置数据。

进一步的，所述的发射模块内连接有编码与调制模块、LED灯珠或LED阵列驱动电路以及LED灯珠或LED阵列；所述的编码与调制模块用于医疗设备的发射器中时,将医疗设备获取的病人状态信息和医疗信息的原始数据转换成二进制数字信号,并根据通信协议进行编码处理,然后将二进制数字信号加载到 LED 灯珠的驱动电路上;其用于天花板的发射器时,将数据服务中心发到异构接入网络中信息转换成二进制数字信号,并根据通信协议进行编码处理,然后将二进制数字信号叠加在电力线通信的 LED 阵列驱动电路上；

所述的LED灯珠或LED阵列装配在LED灯珠或LED阵列驱动电路上，用于将LED灯珠或LED阵列驱动电路的二进制数字信号转换成可见光信号；

所述的LED灯珠或LED阵列驱动电路，用于LED灯珠或LED阵列的发光。

进一步的，所述的接收模块内连接有图像传感器、辅助器件、信号处理模块以及辅助定位模块；

所述的图像传感器用于将入射到光敏面上的来自 LED 可见光通信系统中的 LED 灯珠或 LED 阵列发出的光脉冲信号快速转变成电信号。安装在医疗设备上的图像传感器还接收天花板上 LED 阵列的图像信息；

所述的信号处理模块用于将图像传感器输出的二进制信号转换成原始信号数据,并与辅助器件给出的信号数据联合进行处理后作为定位算法的输入数据；

所述的辅助器件用于定位应用中更快、更容易地求解定位的方程,减少求解定位的复杂性；

所述的辅助定位模块根据是否采用辅助器件和采用不同的辅助器件确定计算求解医疗设备位置的计算方法,其用于确定医疗设备所在的病房编号和位置。

一种医疗急救中心的应用方，包括以下步骤：

步骤一：医疗设备获取病人的身体状态和医疗状态信息,将该状态发送到安装在设备上的用于 LED 可见光通信发射器的LED阵列驱动电路上,并通过医疗设备上发射器的LED灯珠将这些信息进行发送；

步骤二：一旦安装在天花板上的用于 LED 可见光通信系统的接收器中的图像传感器接收到医疗设备上 LED 灯珠发送来的医疗信息后,这些信息就即通过异构接入网络送到数据服务中心的服务器中进行处理；

步骤三：通过采用图像变换定位法、应用辅助设备定位法和应用数据库定位法来确定所需医疗信息病人的一个具***置；

步骤四：操作人员使用自己的硬件平台，例如:智能手机,智能手表,平板电脑或台式机等来询问特定病人的信息时, 数据中心服务器将查询合适编号的医疗设备发送来的特定病人的状态信息和医疗信息；

步骤 五：一旦数据服务中心接受到来自医疗设备的紧急信号时,它就将此紧急信号放送到所有连接在异构接入网路的所有客户设备,并向医生们和护士们通知这样的紧急情况。因为放送的紧急信息含有房间号、设备编号和病人身份,责任人的客户设备就会报警，从而更快达到更加高效的救援速度。

进一步的，所述的步骤二中的数据服务中心采用以太网络接口与异构接入网络连接,并按照制定的传输协议接收和存储来自异构接入网络的所有病人的医疗信息和所处位置信息,并将这些信息结合对所有医疗设备查询的回复信息和与安全有关的信息发送到异构接入网络上。

进一步的，所述的步骤二所述的异构接入网络用于采用以太网接口及电力线通信链路分别与数据服务中心的服务器和 LED 可见光通信系统中的发射器的驱动电路和接收器输出电路对接,并制定传输协议,且根据该传输协议向数据服务中心的服务器发送收集到的所有病房设备的所有数据,同时也接收数据服务中心的服务器发送的对所有医疗设备查询的回复信息,并将该回复信息数据发送到 LED 可见光通信系统中发射器的驱动电路上。

进一步的，所述的步骤三中的图像变换定位法,该方法不采用辅助器件,其定义了病房的世界坐标系后,分别定义了天花板上 LED 阵列中各单元 LED 和医疗设备上的图像传感器在世界坐标系的坐标,采用图像坐标变换的方法确定医疗设备所在的位置；

所述的应用辅助设备定位法,其应用辅助设备获得求解接收器位置所需的一些参数,然后再应用图像变换法进一步求解出接收器的位置；

所述的应用数据库定位法,其在已知的几个不同位置获得的几幅图像并开发这些图像的数据库,当获得一幅图像时,为了确定接收器的当地坐标,它与库中所存储的图像匹配,是最佳匹配就确定了接收器的位置。

进一步的，所述的应用辅助设备定位法具体为使用一个辅助的加速度计的方法和使用两个图像传感器和两个透镜的方法；所述的使用一个辅助的加速度计的方法具体原理为使用加速度计可以发现相机的取向的空间角θ,α,β,之后就可以以应用图像变换方法确定剩下的未知量并估算接收器的当地坐标；所述的使用两个图像传感器和两个透镜的方法具体原理为接收器由两个图像传感器组成,两个特性相同的光学透镜安装在两个图像传感器的前端,沿着透镜轴的焦距长度垂直于图像传感器的平面,接收器的当地坐标x,y,z是连接两个透镜中心的中点,至少需要三个不再一条直线上的 LED,LED 之间的距离和它们在像平面上的位置之差给出了两个透镜中心的中点未知坐标。

进一步的，还包括所各种类型的设备,其包括:病房中的医疗设备,其用于观察和监测病人状态;医生和护士穿戴设备以及护士站设备,其用于接收来自异构网络的信息,这些设备在应用时,由软件控制使得每一位医生和护士能够看到被派送到自己负责的病人的信息。

本发明的有益效果是：本发明提出一种急救中心使用 LED 可见光通信技术进行数据通信与应用的信息体系架构。LED 可见光通信技术是通过 LED 灯珠发射数据,将 LED光作为传输媒质,它比 Wi-Fi 技术以更快的数据速率进行无线通信,同时也可以使用 LED可见光作为每个房间的照明使得在不干扰医疗设备和客户设备正常工作的情况下使用LED 照明光进行数据通信。

在急救中心使用 LED 可见光通信有几个优点:

(1)当急救中心建筑物在建设时就已经安装有照明用的基础设施,这意味着所有已有的照明灯具设施都可以用 LED 灯具取代已有的旧灯具,只需将主干 LAN 中的传输数据的线路加在天花板内/或者墙内,在这个意义上,使用 LED 可见光通信技术(或者是升级到LED 可见光通信技术)成本是很低的；

(2)随着人们穿戴设备的快速发展,某些设备(如移动电话等)已经可以从光源接收数据。只需在某些设备上加上 LED 灯珠和有透镜的图像传感器就可以实现 LED 光数据通信。例如,苹果手机(Iphone)就带有内置的高分辨率带有外部闪光灯的像机,其固化的Iphone 的操作系统 IOS 9.1 意味着苹果产品正在考虑将 LED 光通信技术作为未来 IOS的通信媒质；

(3)最重要的是,在现实的环境中,LED 光通信数据传输速率要比 Wi-Fi 的数据传输速率快 100 倍。

附图说明

图1为本发明的急救中心的信息体系架构结构示意图；

图2为本发明的LED 可见光通信与定位系统 结构示意图；

图3为本发明的使用相机的室内 LED 可见光定位方法分类树结构示意图；

图4为本发明的独立的图像变换定位方法结构示意图；

图5为本发明的使用两个图像传感器和两个透镜的方法的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。

如图1所示，一种医疗急救中心的信息体系，包括LED可见光通信和定位系统、异构接入网络、数据服务中心以及各类医疗设备；

所述的LED可见光通信和定位系统通过异构接入网络与数据服务中心以及各类医疗器材实现连接；其由安装在每一个病房中医疗设备上的 LED 灯珠和图像传感器与安装在天花板上的 LED 阵列和图像传感器组成,其用于双向数据通信和室内定位；

所述的异构接入网络是急救中心局域网的主干网络,其被用作为连接客户设备、数据服务中心和医疗设备之间数据传输的数据总线；

所述的数据服务中心,其由数据服务器组成,其被用于存储所有病人的医疗信息和所处位置并将这些信息提供给有关的医疗小组和医疗设备；

所述的LED可见光通信和定位系统包括发射模块和接收模块；

所述的发射模块设置在医疗设备和天花板上，其用于与安装在医疗设备和天花板上的图像传感器以及与医疗设备和客户设备建立通信之后,将要发送的数据转换成二进制代码信息并调制到 LED 驱动电路上,再由 LED 灯珠或者 LED 阵列将二进制代码信息的光信号发送出去；

所述的接收模块设置在医疗设备和天花板上，其用于接收来自 LED 灯珠或 LED 阵列发出的、经由光学无线信道后入射到图像传感器光敏面上的二进制光信号,再经后续信号处理和定位算法运算后输出发射器发送来的原始信息和位置数据。

所述的发射模块内连接有编码与调制模块、LED灯珠或LED阵列驱动电路以及LED灯珠或LED阵列；所述的编码与调制模块用于医疗设备的发射器中时,将医疗设备获取的病人状态信息和医疗信息的原始数据转换成二进制数字信号,并根据通信协议进行编码处理,然后将二进制数字信号加载到 LED 灯珠的驱动电路上;其用于天花板的发射器时,将数据服务中心发到异构接入网络中信息转换成二进制数字信号,并根据通信协议进行编码处理,然后将二进制数字信号叠加在电力线通信的 LED 阵列驱动电路上；

所述的LED灯珠或LED阵列装配在LED灯珠或LED阵列驱动电路上，用于将LED灯珠或LED阵列驱动电路的二进制数字信号转换成可见光信号；

所述的LED灯珠或LED阵列驱动电路，用于LED灯珠或LED阵列的发光。

所述的接收模块内连接有图像传感器、辅助器件、信号处理模块以及辅助定位模块；

所述的图像传感器用于将入射到光敏面上的来自 LED 可见光通信系统中的 LED 灯珠或 LED 阵列发出的光脉冲信号快速转变成电信号。安装在医疗设备上的图像传感器还接收天花板上 LED 阵列的图像信息；

所述的信号处理模块用于将图像传感器输出的二进制信号转换成原始信号数据,并与辅助器件给出的信号数据联合进行处理后作为定位算法的输入数据；

所述的辅助器件用于定位应用中更快、更容易地求解定位的方程,减少求解定位的复杂性；

所述的辅助定位模块根据是否采用辅助器件和采用不同的辅助器件确定计算求解医疗设备位置的计算方法,其用于确定医疗设备所在的病房编号和位置。

一种医疗急救中心的应用方法，包括以下步骤：

步骤一：医疗设备获取病人的身体状态和医疗状态信息,将该状态发送到安装在设备上的用于 LED 可见光通信发射器的LED阵列驱动电路上,并通过医疗设备上发射器的LED灯珠将这些信息进行发送；

步骤二：一旦安装在天花板上的用于 LED 可见光通信系统的接收器中的图像传感器接收到医疗设备上 LED 灯珠发送来的医疗信息后,这些信息就即通过异构接入网络送到数据服务中心的服务器中进行处理；

步骤三：通过采用图像变换定位法、应用辅助设备定位法和应用数据库定位法来确定所需医疗信息病人的一个具***置；

步骤四：操作人员使用自己的硬件平台，例如:智能手机,智能手表,平板电脑或台式机等来询问特定病人的信息时, 数据中心服务器将查询合适编号的医疗设备发送来的特定病人的状态信息和医疗信息；

步骤 五：一旦数据服务中心接受到来自医疗设备的紧急信号时,它就将此紧急信号放送到所有连接在异构接入网路的所有客户设备,并向医生们和护士们通知这样的紧急情况。因为放送的紧急信息含有房间号、设备编号和病人身份,责任人的客户设备就会报警，从而更快达到更加高效的救援速度。

所述的步骤二中的数据服务中心采用以太网络接口与异构接入网络连接,并按照制定的传输协议接收和存储来自异构接入网络的所有病人的医疗信息和所处位置信息,并将这些信息结合对所有医疗设备查询的回复信息和与安全有关的信息发送到异构接入网络上。

所述的步骤二所述的异构接入网络用于采用以太网接口及电力线通信链路分别与数据服务中心的服务器和 LED 可见光通信系统中的发射器的驱动电路和接收器输出电路对接,并制定传输协议,且根据该传输协议向数据服务中心的服务器发送收集到的所有病房设备的所有数据,同时也接收数据服务中心的服务器发送的对所有医疗设备查询的回复信息,并将该回复信息数据发送到 LED 可见光通信系统中发射器的驱动电路上。

如图3、图4所示，所述的步骤三中的图像变换定位法,该方法不采用辅助器件,其定义了病房的世界坐标系后,分别定义了天花板上 LED 阵列中各单元 LED 和医疗设备上的图像传感器在世界坐标系的坐标,采用图像坐标变换的方法确定医疗设备所在的位置；独立的图像变换定位方法,该方法不采用辅助器件,如图 4 所示,变量 (Xw,yw,Zw)表示世界坐标系,(Xc,yc,Zc)表示图像传感器坐标系,世界坐标系中第 i 个 LED 的坐标用变量(Xi,yi,Zi)表示,yc 轴对应着图像传感器的光轴。 在直角坐标系中,未知的接收器(或图像传感器)当地的坐标和其取向分别用 (X,y,Z)和(α,β,θ)表示,应用几何学,定义如下变换矩阵

上述变换矩阵中,Qα 表示绕着 x-轴转动矢量 α 角,Qβ 表示绕着 y-轴转动矢量 β角,Qθ 表示绕著 z-轴转动矢量 θ 角。这些矩阵将图像传感器参量与世界坐标系联系起来。其定义了世界坐标系后,分别定义了天花板上 LED 阵列中各单元 LED 和医疗设备上的图像传感器在世界坐标系的坐标,采用图像坐标变换的方法确定医疗设备所在的位置;所述的应用辅助设备定位法,其应用辅助设备获得求解接收器位置所需的一些参数,然后再应用图像变换法进一步求解出接收器的位置；

所述的应用数据库定位法,其在已知的几个不同位置获得的几幅图像并开发这些图像的数据库,当获得一幅图像时,为了确定接收器的当地坐标,它与库中所存储的图像匹配,是最佳匹配就确定了接收器的位置。

所述的应用辅助设备定位法具体为使用一个辅助的加速度计的方法和使用两个图像传感器和两个透镜的方法；所述的使用一个辅助的加速度计的方法具体原理为使用加速度计可以发现相机的取向的空间角θ,α,β,之后就可以以应用图像变换方法确定剩下的未知量并估算接收器的当地坐标；

如图5所示，所述的使用两个图像传感器和两个透镜的方法具体原理为接收器由两个图像传感器组成,两个特性相同的光学透镜安装在两个图像传感器的前端,沿着透镜轴的焦距长度垂直于图像传感器的平面,接收器的当地坐标x,y,z是连接两个透镜中心的中点,至少需要三个不再一条直线上的 LED,LED 之间的距离和它们在像平面上的位置之差给出了两个透镜中心的中点未知坐标。

还包括所各种类型的设备,其包括:病房中的医疗设备,其用于观察和监测病人状态;医生和护士穿戴设备以及护士站设备,其用于接收来自异构网络的信息,这些设备在应用时,由软件控制使得每一位医生和护士能够看到被派送到自己负责的病人的信息。

图2中，LED 可见光通信与定位系统，其由安装在每一个病房中医疗设备上的 LED灯珠和图像传感器与安装在天花板上的 LED 照明灯珠阵列和图像传感器组成,灯珠和灯珠阵列作为光通信发射器中的光发射器件,图像传感器作为光通***中的光探测器件,其用于双向数据通信和医疗设备的位置确定,这样,每个病房中的医疗设备可以接收来自数据中心的与病人医疗状态有关的客户端设备的查询请求信息,并将设备检测到的病人状态数据信息通过 LED 灯珠发送到异构接入网络后再传送到数据服务中心和请求查询的客户设备。 当每个病房中每一个病人的医疗设备检测的数据发生变化时,医疗设备会及时将将变化了的数据通过医疗设备上 LED 灯珠发送到异构接入网络后再传送到数据服务中心和请求查询的客户设备。请求查询的客户设备是经过授权的并有合理标识。客户设备应用时,是通过软件控制使每一位医生能够看到被派送到每一位医生的病人信息。在图 1中,医疗设备上的灯珠用灯泡形状表示, 天花板上的 LED 灯珠阵列用两个圆圈表示,图像传感器用黑点表示。一旦某一医疗设备检测到病人的紧急信号时,医疗设备上的灯珠就立即将此紧急信号发送到所有连接在同一异构接入网络中的的客户设备,向医生们和护士们通知紧急情况的信息。因为放送紧急信号的设备含有房间号、设备位置和病人身份,责任人的客户设备就会报警。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。