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技術(shù)，具體的說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] 隨著人體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(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)域一個新興的研究熱點。主要的思想是通過布置不同種類的在人體表面和植入 式的傳感器來監(jiān)控人體重要的生命體征信號。通過接收機（例如，手機、個人電腦等）接受 的所有記錄數(shù)據(jù)都會發(fā)送給醫(yī)生和照料你的人。根據(jù)美國心臟協(xié)會的報告，大約836萬美 國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 現(xiàn)實時的監(jiān)控和診斷，很多生命都會得到及時的挽救。因此人體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程的 服務(wù)器之間的通信就成為了一個亟待解決的問題，構(gòu)建一個緊急醫(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)對現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前尚未利用云計算和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，其包含一個攜帶式醫(yī)療系統(tǒng)與一個固定醫(yī)療系統(tǒng)。但是該系統(tǒng)只是簡單的系統(tǒng)模型，并 沒有引入遠(yuǎn)程監(jiān)控，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等概念，所能實現(xiàn)的只是簡單地本地病情診斷。
[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，同時考慮到緊急狀 況時的處理方法，但是并沒有對病人的定位進(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接收裝置等對病人進(jìn)行定位的方法，但是不能對病人的身體狀況進(jìn)行實時監(jiān) 控，
[0007] 在病人在緊急狀況下無法及時的將警報傳送到醫(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對病人進(jìn)行進(jìn)行定位監(jiān)護(hù)的系統(tǒng)，但是只能對病人的體溫和位置進(jìn)行監(jiān)控， 在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)對病人的無線定位。
[0009] 5. 2013 年，JiafuWan等人在《Cloud-enabledwirelessbodyareanetworks forpervasivehealthcare》中將移動云計算引入到普適醫(yī)療系統(tǒng)中，但是沒有涉及在病 人處于緊急情況下的對應(yīng)響應(yīng)機制，同時也沒有對病人的定位進(jìn)行詳細(xì)討論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 近期在人體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動技術(shù)的進(jìn)展促進(jìn)了基于移動設(shè)備的健康監(jiān)測 和警報系統(tǒng)的發(fā)展。這樣的系統(tǒng)目的是提供對病人的身體健康狀況提供實時的反饋，在健 康受到威脅的時候觸發(fā)警報。根據(jù)有關(guān)報道，88 %的美國成年人擁有手機，這些移動設(shè)備給 "無所不在的健康醫(yī)療"提供了新的機會，許多基于移動設(shè)備的醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)得到了 開發(fā)。然而由于手機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 云計算作為一個迅速發(fā)展的領(lǐng)域，已經(jīng)成為了一個很有前途的技術(shù)，能夠以較低的成本給 密集計算、存儲和軟件服務(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間，及時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)包括人體無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)模塊、用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o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] 用于與各個無線傳感器進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊苿釉O(shè)備模塊；
[0015] 用于監(jiān)測腦電活動的腦電圖傳感器模塊；
[0016] 用于監(jiān)測血壓的血氧濃度傳感器模塊；
[0017] 用于監(jiān)測心電活動的心電圖傳感器模塊；
[0018] 用于監(jiān)測肌電活動的肌電信號傳感器模塊；
[0019] 用于檢測身體運動的四肢傳感器模塊；
[0020] 所述無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5G鏈路與服務(wù)交換應(yīng)用模塊 連接。
[0023] 人體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊中的若干傳感器模塊通過5G鏈路連接至MassiveMIMO 系統(tǒng)模塊系統(tǒng)，再通過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massiveMMO系統(tǒng)中 的多個基站協(xié)同合作，利用交叉定位法對病人進(jìn)行定位，具體步驟如下：
[0025] (a)、三個基站構(gòu)成一組，在每個基站上采用智能天線，對接收到的求救信號進(jìn)行 波達(dá)方向估計，每個病人有自己唯一的ID，從信號中提取不同病人的ID信息，區(qū)分不同病 人移動設(shè)備發(fā)射的求救信號；
[0026] (b)、若忽略求救信號仰角的波達(dá)方向估計，只考慮方位角估計問題，那么三個基 站中的任意兩個可以給出兩個不同的病人求救信號方向；
[0027] (C)、在同一平面兩個基站測量的信號方向的交叉點就是病人所在的具體位置。
[0028] 所述步驟（a)中求救信號的波達(dá)方向的估計采用存在未知互耦時的混合信號波 達(dá)方向估計方法，其具體步驟如下：
[0029] (1)、通過左乘選擇矩陣去除互耦影響；
[0030](2)、對中心陣列輸出數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解得到信號子空間；
[0031] (3)、將信號子空間劃分成前后兩個小的信號子空間，基于ESPRIT算法，利用兩個 小的子空間構(gòu)造另一個矩陣；
[0032] (4)、對構(gòu)造的矩陣進(jìn)行特征分解，獲得對應(yīng)的特征值，通過硬閾值法區(qū)分不相關(guān) 信號和相干信號，并求得不相關(guān)信號的波達(dá)方向；
[0033] (5)、利用估計得到的不相關(guān)信號的波達(dá)方向重新構(gòu)造不相關(guān)信號的導(dǎo)向矢量，重 寫互耦矩陣與不相關(guān)信號導(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)而得到對互耦系數(shù)的估計；
[0034] 出）、利用估計得到的互耦矩陣和不相關(guān)信號的波達(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，從而保留相干信號的信息；
[0035] (7)、對相干信號的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解得到包含相干信號的信號子空間，利 用稀疏表示理論，最后求得相干信號的波達(dá)方向估計。
[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，像手機這樣的移動設(shè)備可以與人體 的物理傳感器通過無限的方式進(jìn)行連接，通過WLAN、藍(lán)牙、5G等進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集?？纱┐骰?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、血壓等物理信號都