LoRa技术在智慧医疗领域的应用

0 引言

进入21 世纪以来，各种高新技术的发展日新月异，给人们的工作和生活带来了极大的方便，促进了社会经济的高速飞跃。与此同时，随着生存环境的变化，一些社会问题逐渐显现出来，比如人口老龄化、慢性疾病发病率和亚健康人群比例逐年增高、看病难、看病贵等问题已成为当前我国医疗改革进程中亟待解决的难题^[1]。

随着通信技术的发展突破，物联网技术融合了通信、大数据等高新技术在Bluetooth、Zigbee、LoRa 等无线通信技术领域取得了极大进步，并且已逐渐在很多行业推广应用^[2-3]。2015 年3 月国务院颁布《全国医疗卫生服务体系规划纲要（2015—2020 年）》，明确提出开展健康中国云服务计划，积极应用移动互联网、物联网、云计算、可穿戴设备等新科技技术，推动惠及全民的智慧医疗服务^[4]。而物联网为优化医疗就医体验、改善医疗服务质量和提高人民健康水平提供了新手段，对于推进健康中国建设，实现智慧医疗的目标具有重要而深远的意义^[5]。

1智慧医疗概念及其运作模式

智慧医疗以患者为中心，利用先进的物联网技术、云计算技术、大数据处理技术，实现患者与医务人员、医疗设备之间的互动，通过打造健康档案区域医疗信息平台，逐步改善医疗服务流程的医疗体系。美国食品药品管理局在2004年拟通过规范物联网技术在药物运输、销售、防伪、追踪体系的应用，来推动智慧医疗的发展^[6]。

智慧医疗通常由智慧医护场所系统，区域卫生系统以及家庭健康三部分组成，其总体架构包含基础层、感知层、网络层、应用层以及用户层^[7]，如图1 所示。

智慧医疗系统以物联网技术为基础，以“感、知、行”为核心。因此，智慧医疗系统可以分为数据获取、知识发现和远程服务3 个阶段循环执行^[8]。在数据获取阶段，通过分布在监测区域的传感器实时、精确地获取各种医疗数据，并通过组网方式将数据发送到医疗数据中心；在知识发现阶段，主要是利用大数据存储与处理平台对获取的数据进行建模和分析；在远程服务阶段，将数据的分析结果由云服务快速、准确地提供给终端用户作为参考。“感、知、行”关系图如图2 所示。

图2 “感、知、行”关系图

智慧医疗将医疗网络化，使医院智能化信息化，在保障医疗健康的前提下为患者提供精准安全便捷的医疗服务，同时将患者的就诊信息建立电子档案，方便管理、保存、查阅。智慧医疗具有互联、协作、预防、安全可靠等特点，能够在一定程度上提高人们的医疗体验和生活质量^[9]。智慧医疗可以实现智能预约，减少患者排队的时间；还可以通过各医院数据共享资源共享，提高医疗资源利用效率；通过建立患者档案库可以实现智能导诊，为患者就诊提供建议；通过实名认证可以有效避免医疗诈骗，并且对有些慢性病患者实时跟踪监测患者状态，及时反馈并提出治疗的建议。

2LoRa技术特点及其优势

LoRa 技术是一种基于1 GHz 以下的超远距低功耗无线传输技术。该技术使用一种特殊的扩频技术，使得不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，大大改善了接收的灵敏度，并且有效地扩展了系统的容量^[10]。现列出LoRa 技术的关键特征及优势如表1 所示。

理想环境下，LoRa 模块通信距离可达15 km，但在医院特殊环境下，影响LoRa 模块通信质量的因素很多，比如建筑，设备，电磁干扰，温湿度等，这些因素可引起数据传输时信号的衰减，降低通信质量，甚至可能导致通信中断，造成数据丢失严重^[11-12]。因此，为了保证通信数据的完整和准确性，LoRa 终端组网可以采用星型结构或网状结构分布，其示意图分布如图3 和图4 所示，由于终端节点组网复杂度越高，终端设备间互相干扰的情况严重，并且可能导致基站节点能耗增大，因此，结合网络复杂度和节点寿命等因素，星型分布更适合于医院智慧网络部署。

3 基于LoRa技术的终端设备在智慧医院的应用

3.1 应用环境及参数设置

基于LoRa技术的终端设备在智慧医院的部署应用，可以帮助医院在无线移动查房、缴费取药、导航就医、定位与跟踪、实时病人数据信息监控等方面实现统一管理，达到使患者快速入院、快速诊疗的效果，提高医疗资源利用效率和医院工作效率。本文研究了将LoRa 技术运用到医疗器械输液设备上，利用其无线数据传输时远距离、低功耗的优势实现医院不同楼层病房长时间，高精度数据传输的目的，从而省去了医护人员查房记录的工作，实时监控病人数据也可以更有效地解决突发状况，降低医疗事故发生率。

测试环境选择医院就诊综合楼，楼层高度13 层，内含LoRa 模块的节点5 个，LoRa 基站3 个，上位机电脑1 台。

3.2 数据传输结果及分析

在上位机电脑上安装数据接收工具，如图5 所示。终端节点正常工作时会定时发送数据，在该窗口可以接收终端发送的数据内容。

图5 上位机数据接收端

测试过程中，终端节点定时10 s 发送一条长度40字节的数据，发送时间设定10 min，上位机接收端以及LoRa 放置在楼层11 层某一值班室，终端节点分别放置在1 层、3 层、5 层、7 层、9 层，分别进行数据发送。

测试可知终端节点在10 min 共发送数据600 条，上位机接收端分别接收到各节点发送的数据及数据强度如表2 所示。

由表2 数据可知楼层高度与丢包率和信号强度RSSI 的关系，如图6 所示。

图6 楼层高度与丢包率和信号强度RSSI的关系

通过分析表中数据可知，LoRa 技术应用到医疗器械终端设备可实现一定距离的无线数据传输，并且随着楼层及节点间传输距离的增加，信号强度会减弱及丢包率也会增大，甚至超过一定距离会出现接收不到数据的现象，因此为了保证整栋楼数据准确快速传输，可以考虑使用中继转发模式，大大提高数据传输质量。

4 结论

基于物联网的智慧医疗系统可以为用户提供医疗健康互动服务保障，是推动健康中国建设，解决看病难、看病贵等难题的重要途径。而物联网技术中的LoRa 技术因其远距离、低功耗的特点，在医院智慧网络的部署应用具有很好的前景。基于LoRa 网络的智慧医疗建设可以降低医院运营成本和医疗事故发生率，提高接诊效率和医疗资源利用率，帮助医院实现快速部署、智慧管理。

参考文献：

[1] 许俊杰,陈军.基于物联网的智慧医疗系统及其发展应用[J].中国医疗设备,2017. 32 (10):118-121.

[2] ATZORI L, IERA A, MORABITO G. The Internet of things : a surrey[J].COMPUT NETW, 2010,54: 2787-2805.

[3] 左秀然,杨国良.以患者为中心的智慧医疗应用模式研究与实践[J].医学信息学杂志社,2014,35(12):13-18.

[4] 韩嘉,叶青,王倩.基于物联网技术的智能远程医疗系统构建[J].中国医疗设备,2014,29(06):68-70.

[5] 杜柯,朱新银,赵碧霞.无线通信技术在智慧医疗管理系统中的应用[J].医学信息学杂志,2013(6):14-17.

[6] 王跃芬,李铁.智慧医疗的应用特点与发展趋势[J].中医药管理杂志,2018,26(1):190-191.

[7] 项高悦,曾智,沈永健.我国智慧医疗建设的现状及发展趋势探究[J].中国全科医学,2016,19(24):2998-3000.

[8] 董科廷.基于智能终端的家庭智慧医疗系统的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2017.

[9] 梁丹丹,孙航,董天强.基于LoRa的无线数据传输模块整体架构[J].中国高新科技,2019,40(4):61-63.

[10] 王雁华. LoRa技术在医院智慧网络部署中的应用[J].中国科技投资,2018(2):326.

[11] 赵玉超.基于LORA技术的智慧园区物联网应用研究[J].数字通信世界,2018(7):218.

[12] 高祥凯,耿淑琴,何蕴良.基于LoRa技术的网络终端无线程序升级系统研究[J].单片机与嵌入式系统应用,2017,17(10):15-18.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年3月期）