基于無線體域網的老年人生理信號監測系統研究

楊 程

（武漢紡織大學陽光校區，武漢 430200）

基于無線體域網的老年人生理信號監測系統研究

楊 程

（武漢紡織大學陽光校區，武漢 430200）

近年來，我國老年人數量逐漸增加，其身體健康越來越受到人們的關注，因此，加強對老年人在日常生活中的生理參數監測就顯得尤為重要。這些實時監測的生理參數可以引導老年人改善膳食結構，制定科學的鍛煉計劃，從而使其維持良好的身體狀態。本文選擇人體血氧、體溫和心電信號等3個生理參數采集節點對老年人進行監測，并采用藍牙將傳感器采集的數據傳輸到智能手機，經過手機通信網絡與服務中心、用戶家人等進行交互，組成無線體域網。

無線體域網 老年人 生理參數 監測系統

在當前社會，我國人口老齡化現象日益加劇，很多發達城市已進入老齡化發展階段。同時，隨著年齡增長，子女相繼外出上學、工作，甚至成家，再加上人口平均壽命增長等因素，使空巢老人越來越多，而獨居老人的健康監護問題成為當前研究的重點。在經濟高速發展的情況下，人們的生活壓力日益加劇，生活節奏明顯提高，再加上不健康的日常飲食，保健監護的任務也越發艱巨。盡管我國國民經濟仍處在穩步增長的階段，但貧富差距較大，經濟發展的速度與老齡化速度不匹配的問題日益明顯，導致我國政府還不能為全國人民建立一個相對完善的醫療保障體系。對那些攜帶慢性病、慢性突發病或需要移動監護的病人來說，該問題尤為突出，一旦病情惡化，病人就無法及時得到有效的專業醫師的治療和救助。

急劇增加的老年人數量，使整個社會面臨巨大的醫療挑戰。在這種大的社會形勢下，越來越多的可穿戴健康監測系統選擇可穿戴無線傳感器體域網對人體進行實時、遠程監測，從而使用戶家人或醫生能實時掌握患者的人體狀況，使病發的患者能得到及時治療。

1 無線體域網整體設計

無線體域網（Wearable body area network，WBAN）整體設計框圖如圖1所示。該系統主要采集人體的血氧、體溫和心電信號等3個生理參數。采集節點選擇可穿戴式的低功耗異質傳感器，將采集的體征參數通過藍牙傳輸到智能手機，并隨即通過互聯網傳送到遠程醫療服務中心的數據庫進行分析和反饋，保證可對用戶的生理狀況進行實時監測。

2 老年人生理信號監測系統設計

圖1 WBAN系統框圖

老年人生理信號監測系統的血氧、體溫和心電信號等3個體征參數節點設計原理圖如圖2所示。這些體征參數所對應的生理信號通過異質傳感器采集后，經過放大電路、濾波電路后轉化為電信號并傳遞到微控制器進行A/D轉換，然后，通過藍牙傳至智能手機進行數據處理。

圖2 人體體征參數采集節點框圖

3 關鍵模塊設計

3.1 血氧模塊設計

血氧飽和度(SPO2)簡稱血氧，是血液中被氧結合的氧合血紅蛋白(HbO2)的容量占全部可結合的血紅蛋白容量的百分比，即血液中血氧的濃度，它是研究呼吸循環系統的重要生理參數。測量任務是以指套式光電傳感器為核心實現的，測量時，只需在人的手指上套上傳感器，然后將手指作為盛裝血紅蛋白的透明容器，用波長660nm的紅光和940nm的近紅外光作為射入光源，測量通過組織床的光傳導強度，再以此為依據計算血紅蛋白濃度及血氧飽和度。其測量電路原理如圖3所示。

3.2 體溫模塊設計

體表溫度的測量是通過測量與皮膚緊密接觸的金屬箔的電阻實現的。本測量方法采用比例運算法，該方法能有效去除低頻噪聲的干擾。而在測量硬件電路中，我們采用AD7783集成芯片，它是一個24位的AD采集芯片，內部有2個200pA的集成電流源，片上有可編程的放大器及數字濾波器。AD7783芯片十分適合測量低頻率信號（如應變片、壓力傳感器、溫度傳感器等采集到的信號），因此，十分適合本監測系統，其具體測量電路如圖4所示。

圖3 血氧信號測量電路圖

圖4 體溫測量電路

3.3 心電模塊設計

心電信號是心臟的生物電過程和心臟組織的生物化學過程中的重要信號。心電信號十分微弱，僅為毫伏級別，所以抗干擾能力較差。而電極與皮膚之間又常會出現接觸不良或脫落的問題，帶來不穩定的干擾，對心電信號造成極大影響。因此，在測量過程中，要求測量電極與皮膚緊密接觸，以提取高質量的心電信號。在測量心電信號時，必須采用能與皮膚緊密接觸且導電性能好的材料。根據要求，我們選用兩種電極，一種是鍍銀的薄片電極，一種是帶有導電硅膠的電極。此外，由于心電信號比較微弱，因此，在采集信號前，需對其放大，在此，前段放大器采用儀表放大器。另外，需要說明的是，在電路設計時，需充分考慮工頻干擾問題。其測量電路原理如圖5所示。

圖5 心電信號測量電路圖

4 結語

從上文介紹中可以了解到，基于無線體域網的老年人健康監護系統主要有以下幾個特點：第一，本系統主要使用無線體域網，對多個生理參數進行實時數據采集，改變了傳統有線式的、單參數的測量方法，增強了測量系統的靈活性、便攜性、實時性；第二，測試系統中生理參數節點采用可穿戴性設計，增強了系統的移動性，不會影響監測對象的日常活動，系統也可以對生理參數進行實時采集，所得的數據可靠性增強，獲得的有用信息增加，參考價值也增大；第三，無線體域網系統具有操作簡單、成本低的優點，同時，其還能保證系統與遠端的醫療中心進行數據交換，提高醫院的醫療資源利用率，減少資源浪費，從而減少老年人的就醫成本；第四，此外，由無線體域網收集到的數據還能發送到老人家屬的手機上，幫助親屬了解老人的情況，便于對老人進行遠程監護，確保患者遇到突發情況時，患者家屬或醫護人員可以在第一時間得知并采取有效措施，避免患者受到不必要的傷害。

現如今，我國空巢老人的數量和比例急劇增加，加快了我國進入老齡化社會的速度，導致社會養老負擔不斷加重。另一方面，我國目前的社會醫療資源嚴重不足，以至于社會上的醫療費用不斷升高，醫療改革的需求不斷提高。隨著科技的發展，醫療模式必將從傳統的以疾病治療為主的模式向以疾病預防為主的模式轉變，從以醫醫生為主的模式向以家庭病人為主的模式轉變，在這種情況下，基于無線體域網的健康監護系統非常符合我國老齡化社會發展趨勢的需求，在未來的社會發展中必將創造巨大的社會效益和經濟效益。

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Research on the Physiological Signal Monitoring System of the Aged People Based on Wireless Body Area Network

YANG Cheng
(Sunshine campus of Wuhan Textile University, Wuhan 430200)

In our country, the number of old people is improving, their health is attracting more and more attention, s o knowing about the physiological parameter of the old people in daily life is becoming more important. The physiological parameter can provide the direction for the old people to improve the dietary pattern and make scientific exercise program, to keep the good physical state.In the text, the writer choose the blood oxygen, the temperature and the electrocardiosignal to monitor the old people, and s end the data of sensor to cellphone through the Bluetooth. At last, the data interact with the se rvice centre, the family of user through the network of cellphone to consist of the wireless body area network.

the wi reless body area network, the old people,physiological parameter,monitor system