基于體域網的醫療監測系統研究

摘 要： 在醫療保健領域，經常需要對病患和亞健康群體的生命體征進行監測。由于醫院檢測設備的固定性和獨立性，傳統的監測通常采用定時或緊急呼叫的方式進行，檢查的結果具有離散性和滯后性，這常常威脅到人的生命或耽誤最佳治療時期。針對實際情況，研究采用無線傳感網絡技術、動態監測技術和移動Agent技術設計了一種基于體域網的醫療監測系統，初步實現了對血壓和體溫的監測，為進一步完善全面監測提供了基礎。

關鍵字： 無線傳感網絡； 動態監測； 移動Agent； 體域網

中圖分類號： TN711?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）17?0049?03

0 引 言

隨著我國經濟的發展，越來越多的人涌向城市。環境污染越來越嚴重，年老體弱群體季節性患病的幾率增加，經常出現醫院人滿為患，醫療資源出現了前所未有的緊張。另外，由于生活水平的提高，老年專有病和富貴病如：睡眠呼吸暫停綜合征（Sleep Apnea Syndrome，SAS）[1]，慢性阻塞性肺病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）、高血壓等又出現了年輕化的趨勢[2]。隨著生活水平的提高，人們越來越關注個人的身體健康，沒病防病、有病治病、治病除根的觀念深入人心。這些新情況的出現對傳統的醫療方式提出了更高的要求。雖然當前的醫療設備和醫療水平比較先進，但是這種先進只是局限在醫院里。各類設備通常是笨重并且昂貴的臺式設備，不能滿足日常生活和醫院內部的實時監測。為了給老幼體弱病患提供實時連續的監護，和對處于亞健康的群體提供預防疾病的機會，保障他們的康復和生命安全已成為一個社會性的問題。研究基于無線傳感網絡技術、動態監測技術和移動Agent技術的無線監測系統可以解決上述問題，這也是目前的一個研究熱點[3?5]。

1 體域網在醫療保健領域的應用

體域網（Body Area Network，BAN）是無線傳感網絡的一種應用方式，由一套小巧可移動、具有通信功能的傳感器和一個身體主站（或稱BAN協調器）組成。每一傳感器既可佩戴在身上，也可植入體內。協調器是網絡的管理器，也是BAN和外部網絡（如3G、WiMAX、WiFi等）之間的網關，使數據能夠得以安全的傳送和交換。由于這些傳感器通過無線技術進行通信，所以體域網也叫無線體域網（Wireless Body Area Network，WBAN）[6]。

WBAN的最初應用主要在醫療保健領域，尤其是用來連續監視和記錄慢性病（如糖尿病、哮喘病和心臟病等）患者的健康參數，提供某種方式的自動療法控制。

目前，WBAN中專用傳感器節點的設計比較多，專用監測系統良莠不齊，質優價廉的并不多見，本系統從實用化的原則出發，研究并設計了監測脈搏及體溫信息的監測模塊和數據融合傳輸終端，為今后構建完整的監測系統奠定了基礎[7]。

2 病患監測系統設計

2.1 體系結構

基于以上思想本文提出了基于體域網的醫療監護系統，系統由傳感節點、數據處理中端和接入SP構成。傳感節點通過有線方式同數據處理中端相連，由監測對象隨身攜帶，數據處理中端通過無線方式接入SP通信。在本系統中，理論上每個接入SP可以管理64個數據處理中端。正常情況下，傳感器節點采集監測對象的生命參數傳到數據處理中端，數據處理中端對數據按照既定的規程進行融合，隨后將數據發送給接入SP，接入SP通過網絡將數據發送到監測控制中心。在監測控制中心，主控程序判斷監測對象的生命參數是否出現異常，如果出現異常，將自發的將異常情況適時通知相關對象。

例如：如果監測對象是預防保健對象，就提醒該對象身體出現了異樣，需要注意或到醫院進一步檢查；如果監測對象是住院的病患，就提醒主治醫師前往探視病患以確定是否需要緊急治療。在醫院內部可以使用UWB、ZigBee或WiFi進行數據傳輸[8]，遠程監測可以采用GSM、GPRS和3G網絡同監控中心聯系，系統邏輯圖如圖1所示。該系統可以根據需要進行相應的設置，滿足不同群體的需要，而且該系統有極大地靈活性和擴展性，可以通過增加接入SP來容納更多的監測對象，形成覆蓋面更加廣闊的監測系統。

2.2 硬件結構

醫療監測系統硬件部分包括連接傳感器的終端節點、接入SP的硬件設計。目前，在國內無線傳感網絡研究領域，傳感器節點趨向于小型化和智能化，但是還不能夠直接應用到醫療監測當中。因此采用成熟傳感器，根據實際需求設計針對醫療保健監測終端接入節點和接入SP節點成為本系統開發的關鍵工作。

本系統監測的數據處理中端節點和接入SP節點的原理圖如圖2所示。

傳感器負責采集相關的數據，然后傳遞給數據處理中端，數據處理中端對數據進行基本的處理，然后采用無線方式發送給附近的接入SP，接入SP通過有線或無線的方式同控制中心進行通信。控制中心主要負責判斷設備是否工程正常和相關監測數據的最終處理，并作出相應決策。

考慮到價格和系統集成，本系統采用NPC1210作為壓力傳感器測量血壓，采用MTH01?SPI溫濕度傳感器來測量體溫和環境濕度。為了后續擴充，在開關電路上留下了擴充接口，為以后添加其他傳感器做好準備。模塊中央處理器采用MSP430F149，它是一種新型的混合信號處理器，采用了美國德州儀器（Texas Instruments）公司最新低功耗技術（工作電流為0.1～400 μA），它將大量的外圍模塊整合到片內，特別適合于開發和設計單片系統[9?10]。射頻處理方面采用的是CC2420EM芯片[11]，CC2420射頻收發器和少量無源元件，如電阻、電容、電感和PCB天線等，構成CC2420射頻模塊，形成標準接插件，減少了與微控制器（MCU）的接口，方便研發設計和批量生產。為了提高開發速度和系統的可靠性，本系統的接入SP是在MSP430F149開發板上進行擴展開發，實物如圖3所示。

對于數據采集和處理，壓力傳感器和溫濕度傳感器通過有線方式同數據處理中端連接，數據處理中端通過無線方式同接入SP進行通信。在試驗中，數據處理中端用電采用220 V轉5 V的穩壓電源提供，最終實物如圖4所示。

3 系統驗證

為了驗證系統，本研究采用VB作為開發工具，SqlServer作為數據庫，開發出醫療監測系統。該系統分為醫院監測和移動監測兩大區域，主要提供了系統管理、設備管理、參數設置、現場管理等功能。可以實現對監測設備的遠程控制、數據采集和分析、系統設置、監測設備的添加和刪除、用戶信息維護、實時數據查詢、歷史數據回放和數據分析等功能，系統主界面如圖5顯示。

4 結 語

本文提出的基于體域網的醫療監測系統可以實現對醫院內體弱老幼病患的身體狀況進行實時監測，通過連續的實時監測數據，可以給醫護人員做治療決策提供依據。對身體亞健康的人或注重保健的人，可以通過Internet、GSM、GPRS或3G網絡同監測中心相連，對其身體狀況進行監測，做到沒病防病。這樣可以充分的發揮醫院有效醫療資源的作用，擴大醫療保健的覆蓋面，實現醫療保健資源的優化實用。不足之處，本系統目前只是實現了對脈搏、體溫和環境濕度的檢測，要想大范圍的投入使用，還需進行功能擴充和完善。

參考文獻

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作者簡介：李瑞昌 男，1982年出生，河南鄭州人，教師，碩士。研究方向為無線傳感網絡、體域網。

廖 璠 1985年出生，湖北黃石人，教師，碩士。研究方向為圖像處理。