一種基于危重病人的定位緊急醫(yī)療系統(tǒng)及多目標(biāo)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種探測(cè)技術(shù)，具體的說(shuō)是一種基于危重病人的定位緊急醫(yī)療系 統(tǒng)及多目標(biāo)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人體無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，遠(yuǎn)程診斷和監(jiān)視已經(jīng)成為 電子醫(yī)療領(lǐng)域一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)。主要的思想是通過(guò)布置不同種類的在人體表面和植入 式的傳感器來(lái)監(jiān)控人體重要的生命體征信號(hào)。通過(guò)接收機(jī)（例如，手機(jī)、個(gè)人電腦等）接受 的所有記錄數(shù)據(jù)都會(huì)發(fā)送給醫(yī)生和照料你的人。根據(jù)美國(guó)心臟協(xié)會(huì)的報(bào)告，大約836萬(wàn)美 國(guó)人患有一種或者多種心血管疾病，每天有大約2150名死于心血管疾病。如果病人可以實(shí) 現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)控和診斷，很多生命都會(huì)得到及時(shí)的挽救。因此人體無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程的 服務(wù)器之間的通信就成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，構(gòu)建一個(gè)緊急醫(yī)療救護(hù)系統(tǒng)并提供病人 的具體位置信息就顯得迫在眉睫。
[0003] 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前尚未利用云計(jì)算和5G鏈路進(jìn)行緊急醫(yī)療系統(tǒng)的構(gòu) 建和利用MassiveMIMO系統(tǒng)中的基站對(duì)病人進(jìn)行定位方法，但是關(guān)于緊急醫(yī)療系統(tǒng)和病人 定位等已有相關(guān)報(bào)道，相關(guān)文獻(xiàn)如下：
[0004] 1. 2006年，葉俊昭等人在發(fā)明專利《緊急醫(yī)療系統(tǒng)》中首次提出緊急醫(yī)療系統(tǒng)的概 念，其包含一個(gè)攜帶式醫(yī)療系統(tǒng)與一個(gè)固定醫(yī)療系統(tǒng)。但是該系統(tǒng)只是簡(jiǎn)單的系統(tǒng)模型，并 沒(méi)有引入遠(yuǎn)程監(jiān)控，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等概念，所能實(shí)現(xiàn)的只是簡(jiǎn)單地本地病情診斷。
[0005] 2. 2011 年，VladimirOleshchuk等人在《Remotepatientmonitoringwithina future5Ginfrastructure》中，將5G基礎(chǔ)設(shè)施引入到遠(yuǎn)程病人監(jiān)控中，同時(shí)考慮到緊急狀 況時(shí)的處理方法，但是并沒(méi)有對(duì)病人的定位進(jìn)行闡述。
[0006] 3. 2012年，張波等人首次在發(fā)明專利《病人定位追蹤系統(tǒng)》中，提出一種利用GSM 通信裝置、GPS接收裝置等對(duì)病人進(jìn)行定位的方法，但是不能對(duì)病人的身體狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 控，
[0007] 在病人在緊急狀況下無(wú)法及時(shí)的將警報(bào)傳送到醫(yī)生或者親屬。
[0008] 4. 2013年，任賽林等人在發(fā)明專利《基于Zigbee的病人定位監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)》中提 出利用Zigbee對(duì)病人進(jìn)行進(jìn)行定位監(jiān)護(hù)的系統(tǒng)，但是只能對(duì)病人的體溫和位置進(jìn)行監(jiān)控， 在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的無(wú)線定位。
[0009] 5. 2013 年，JiafuWan等人在《Cloud-enabledwirelessbodyareanetworks forpervasivehealthcare》中將移動(dòng)云計(jì)算引入到普適醫(yī)療系統(tǒng)中，但是沒(méi)有涉及在病 人處于緊急情況下的對(duì)應(yīng)響應(yīng)機(jī)制，同時(shí)也沒(méi)有對(duì)病人的定位進(jìn)行詳細(xì)討論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 近期在人體無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)技術(shù)的進(jìn)展促進(jìn)了基于移動(dòng)設(shè)備的健康監(jiān)測(cè) 和警報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展。這樣的系統(tǒng)目的是提供對(duì)病人的身體健康狀況提供實(shí)時(shí)的反饋，在健 康受到威脅的時(shí)候觸發(fā)警報(bào)。根據(jù)有關(guān)報(bào)道，88 %的美國(guó)成年人擁有手機(jī)，這些移動(dòng)設(shè)備給 "無(wú)所不在的健康醫(yī)療"提供了新的機(jī)會(huì)，許多基于移動(dòng)設(shè)備的醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)得到了 開(kāi)發(fā)。然而由于手機(jī)的處理能力和電池壽命的限制，使其不適于資源密集型的應(yīng)用。移動(dòng) 云計(jì)算作為一個(gè)迅速發(fā)展的領(lǐng)域，已經(jīng)成為了一個(gè)很有前途的技術(shù)，能夠以較低的成本給 密集計(jì)算、存儲(chǔ)和軟件服務(wù)提供彈性的、可視化的服務(wù)。
[0011] 本發(fā)明的目的主要是構(gòu)建緊急醫(yī)療系統(tǒng)的框架，挽救更多的生命，更準(zhǔn)確的確定 危重病人的位置，為救護(hù)車和急救人員提供更多的時(shí)間，及時(shí)搶救生命垂危的病人。
[0012] 本發(fā)明提供了一種基于危重病人的定位緊急醫(yī)療系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括人體無(wú)線傳 感器網(wǎng)絡(luò)模塊、用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線傳輸模塊、基于云端服務(wù)的云服務(wù)模塊以及授權(quán)服務(wù) 模塊，
[0013] 所述人體傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊包括：
[0014] 用于與各個(gè)無(wú)線傳感器進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊苿?dòng)設(shè)備模塊；
[0015] 用于監(jiān)測(cè)腦電活動(dòng)的腦電圖傳感器模塊；
[0016] 用于監(jiān)測(cè)血壓的血氧濃度傳感器模塊；
[0017] 用于監(jiān)測(cè)心電活動(dòng)的心電圖傳感器模塊；
[0018] 用于監(jiān)測(cè)肌電活動(dòng)的肌電信號(hào)傳感器模塊；
[0019] 用于檢測(cè)身體運(yùn)動(dòng)的四肢傳感器模塊；
[0020] 所述無(wú)線傳輸模塊包括裝載大量天線的MassiveMIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系統(tǒng)模塊以及互聯(lián)網(wǎng)模塊；
[0021] 所述基云服務(wù)模塊包括服務(wù)交換應(yīng)用模塊、云控制器以及數(shù)據(jù)中心；服務(wù)交換應(yīng) 用模塊與云控制器以及數(shù)據(jù)中心相互之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；
[0022] 授權(quán)服務(wù)模塊包括醫(yī)生、救護(hù)車以及醫(yī)院等，均通過(guò)5G鏈路與服務(wù)交換應(yīng)用模塊 連接。
[0023] 人體無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊中的若干傳感器模塊通過(guò)5G鏈路連接至MassiveMIMO 系統(tǒng)模塊系統(tǒng)，再通過(guò)5G鏈路連接至互聯(lián)網(wǎng)模塊，所述互聯(lián)網(wǎng)模塊與云服務(wù)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù) 交換。
[0024] -種基于危重病人的多目標(biāo)定位方法，利用上述系統(tǒng)，通過(guò)massiveMMO系統(tǒng)中 的多個(gè)基站協(xié)同合作，利用交叉定位法對(duì)病人進(jìn)行定位，具體步驟如下：
[0025] (a)、三個(gè)基站構(gòu)成一組，在每個(gè)基站上采用智能天線，對(duì)接收到的求救信號(hào)進(jìn)行 波達(dá)方向估計(jì)，每個(gè)病人有自己唯一的ID，從信號(hào)中提取不同病人的ID信息，區(qū)分不同病 人移動(dòng)設(shè)備發(fā)射的求救信號(hào)；
[0026] (b)、若忽略求救信號(hào)仰角的波達(dá)方向估計(jì)，只考慮方位角估計(jì)問(wèn)題，那么三個(gè)基 站中的任意兩個(gè)可以給出兩個(gè)不同的病人求救信號(hào)方向；
[0027] (C)、在同一平面兩個(gè)基站測(cè)量的信號(hào)方向的交叉點(diǎn)就是病人所在的具體位置。
[0028] 所述步驟（a)中求救信號(hào)的波達(dá)方向的估計(jì)采用存在未知互耦時(shí)的混合信號(hào)波 達(dá)方向估計(jì)方法，其具體步驟如下：
[0029] (1)、通過(guò)左乘選擇矩陣去除互耦影響；
[0030](2)、對(duì)中心陣列輸出數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解得到信號(hào)子空間；
[0031] (3)、將信號(hào)子空間劃分成前后兩個(gè)小的信號(hào)子空間，基于ESPRIT算法，利用兩個(gè) 小的子空間構(gòu)造另一個(gè)矩陣；
[0032] (4)、對(duì)構(gòu)造的矩陣進(jìn)行特征分解，獲得對(duì)應(yīng)的特征值，通過(guò)硬閾值法區(qū)分不相關(guān) 信號(hào)和相干信號(hào)，并求得不相關(guān)信號(hào)的波達(dá)方向；
[0033] (5)、利用估計(jì)得到的不相關(guān)信號(hào)的波達(dá)方向重新構(gòu)造不相關(guān)信號(hào)的導(dǎo)向矢量，重 寫互耦矩陣與不相關(guān)信號(hào)導(dǎo)向矢量的乘積；利用噪聲子空間與前面所述乘積之間的正交性 構(gòu)造包含互耦系數(shù)的方程組，進(jìn)而得到對(duì)互耦系數(shù)的估計(jì)；
[0034] 出）、利用估計(jì)得到的互耦矩陣和不相關(guān)信號(hào)的波達(dá)方向構(gòu)造斜投影算子，與協(xié)方 差矩陣相乘從而刪除互耦影響，從而保留相干信號(hào)的信息；
[0035] (7)、對(duì)相干信號(hào)的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解得到包含相干信號(hào)的信號(hào)子空間，利 用稀疏表示理論，最后求得相干信號(hào)的波達(dá)方向估計(jì)。
[0036] 人體傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊中能反映人體生理狀態(tài)的最重要的參數(shù)一般為ECG和血壓， 其他物理參數(shù)可以作為輔助的判別手段。如圖1所示，像手機(jī)這樣的移動(dòng)設(shè)備可以與人體 的物理傳感器通過(guò)無(wú)限的方式進(jìn)行連接，通過(guò)WLAN、藍(lán)牙、5G等進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集。可穿戴或 者可植入的人體傳感器已經(jīng)在監(jiān)控病人和年紀(jì)大的人的身體健康狀況中得到廣泛的使用， 是連接物理世界與電子系統(tǒng)的橋梁。這些可穿戴和可植入的傳感器構(gòu)成了人體傳感器網(wǎng) 絡(luò)，血氧參數(shù)、EEG、ECG、EMG、血壓等物理信號(hào)都