無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計中的ZigBee技術(shù)應(yīng)用

馬小龍，李孟歆沈陽建筑大學(xué)

無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計中的ZigBee技術(shù)應(yīng)用

馬小龍，李孟歆
沈陽建筑大學(xué)

我國醫(yī)院的醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備以固定的、有線的監(jiān)護(hù)設(shè)備為主，使本就稀缺的醫(yī)療資源更顯得捉襟見肘。有線連接不僅布線繁瑣，而且線路磨損老化也帶來一定的安全隱患。隨著無線傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，其在醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，很好的解決了有線監(jiān)護(hù)帶來的一些弊端，而且移動方便。本文設(shè)計的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，依托ZigBee無線通信技術(shù)，配合無線網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的布置與軟硬件設(shè)計，可以實現(xiàn)對被監(jiān)護(hù)者的體征數(shù)據(jù)的無線采集、實時監(jiān)控，而具有很好的抗干擾性和經(jīng)濟(jì)性，在醫(yī)療機(jī)構(gòu)有很好的推廣價值。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)；ZigBee

我國大陸醫(yī)療資源是非常有限的，絕大多數(shù)醫(yī)院的醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備都是為固定的、有線的床邊監(jiān)護(hù)設(shè)備。這種醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備不僅不利于攜帶，而且布線上非常繁瑣復(fù)雜，很多設(shè)備受布線的限制，只能在固定的位置上使用。這樣不僅占用了大量的醫(yī)療資源，使醫(yī)療資源短缺的情況更加嚴(yán)峻，而且復(fù)雜的布線加重了使用者的心理負(fù)擔(dān)，也帶來了一定的安全隱患。無線通訊技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，將會有效的解決現(xiàn)有醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中存在的弊端。此問題一經(jīng)提出，受到醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，成為醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)話題之一。

ZigBee技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，具有距離短、功耗低、成本低、時延短、容量大等優(yōu)勢。本文設(shè)計的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)用Zig-Bee技術(shù)，采用傳感器網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)以無線傳輸方式來對用戶的生理信息進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)護(hù)對象具有一定范圍的活動空間，無線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)與被監(jiān)護(hù)者之間的有線連接大幅度減少，監(jiān)測參數(shù)準(zhǔn)確性也得到有效的提升。

1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有三種類型，即星型、簇樹型、網(wǎng)型。其中星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，以協(xié)調(diào)器為中心，全部的終端可以與其直接通信，而終端節(jié)點(diǎn)之間無法相互通信，此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在設(shè)備數(shù)少、小范圍網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下適用。簇樹型與網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，只要是在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍之內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，相互之間都可以直接通信。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中有三種基本設(shè)備，即ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。協(xié)調(diào)器是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的核心，其功能在于啟用網(wǎng)絡(luò)，對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的各項參數(shù)進(jìn)行配置。路由器設(shè)備的功能很強(qiáng)大，在遠(yuǎn)程設(shè)備之間的通信中起著非常重要的中繼作用，堪稱數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站。終端設(shè)備可以是全功能的也可以是精簡功能的，作為傳感器的節(jié)點(diǎn)而存在。

本文研究的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，考慮到網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的擴(kuò)大性和設(shè)備數(shù)量的配備，選擇了更為合適的網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，在網(wǎng)絡(luò)所能夠覆蓋的范圍內(nèi)，分布有若干個傳感器節(jié)點(diǎn)，與無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)相連接，通過路由器進(jìn)行中繼傳輸數(shù)據(jù)。將若干個裝有無線信息收發(fā)系統(tǒng)的裝置作為監(jiān)護(hù)節(jié)點(diǎn)設(shè)置在病房中，用以對使用者的體征數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集到的信息傳輸?shù)讲》恐性O(shè)置的路由器，路由器將收集到的無線信號進(jìn)行匯總并向ZigBee協(xié)調(diào)器傳輸，再由協(xié)調(diào)器將監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)向局域網(wǎng)傳輸，最終傳遞到監(jiān)護(hù)管理中心。醫(yī)生和護(hù)士通過監(jiān)護(hù)管理中心的客戶端設(shè)備隨時觀察和掌握被監(jiān)控人的生命體征和生理數(shù)據(jù)。不同的客戶端對信息查閱的權(quán)限是不同的，醫(yī)護(hù)人員與患者可以各自查閱到需要的監(jiān)護(hù)信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見下圖1所示。

2 傳感器設(shè)計

應(yīng)用ZigBee的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，傳感器的設(shè)計是非常重要的，因此監(jiān)護(hù)信息的采集需要依靠傳感器來執(zhí)行。傳感器將探測到患者監(jiān)護(hù)信息進(jìn)行形式上的轉(zhuǎn)換才能為無線收發(fā)系統(tǒng)正確有效的識別和傳輸。鑒于醫(yī)院本身環(huán)境的特殊性，多種醫(yī)療設(shè)備和儀器的應(yīng)用，會產(chǎn)生電磁干擾，因此基于ZigBee的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)不僅要有很強(qiáng)的抗干擾能力，還要保證無線傳輸?shù)姆€(wěn)定性。現(xiàn)今無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)使用的傳感器主要有兩大基本類型，即脈搏傳感器和溫度傳感器。本文研究的ZigBee無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)經(jīng)過一系列的對比和篩選，優(yōu)先推薦HK-2000A壓電脈搏傳感器，此型傳感器具有很好的靈敏度和抗干擾能力，經(jīng)實踐檢驗穩(wěn)定性方面也表現(xiàn)良好。DS18B20型溫度傳感器，是一款比較先進(jìn)的數(shù)字型溫度傳感器，具有良好的準(zhǔn)確性，實際應(yīng)用可靠性方面表現(xiàn)良好。

3 ZigBee協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計

基于ZigBee的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行要建立在無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上，那么ZigBee協(xié)調(diào)器就是數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)無線傳輸?shù)闹匾到y(tǒng)。ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)對整個網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置的各個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制。在聯(lián)網(wǎng)過程中，要先對系統(tǒng)的入網(wǎng)能力加以確認(rèn)，利用系統(tǒng)的搜索功能來搜索周圍是否具有可用的無線網(wǎng)絡(luò)。在有專用無線網(wǎng)絡(luò)可以接入的條件下，掃描通信信道，優(yōu)先選擇穩(wěn)定通暢的信道，排除有干擾的信道，這是監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定可靠進(jìn)行傳輸?shù)幕厩疤帷igBee協(xié)調(diào)器會提供專用的表示符，以能夠與其他信道相區(qū)別。網(wǎng)絡(luò)成功連接后，由系統(tǒng)主機(jī)以周期性測試的方式來對全部的連接節(jié)點(diǎn)的接入情況進(jìn)行檢測，一旦某一監(jiān)護(hù)階段發(fā)出請求，系統(tǒng)主機(jī)可以快速響應(yīng)，及時高效的做出反映。

圖1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備是醫(yī)療系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備之一，傳統(tǒng)有線的醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備占據(jù)了大量的醫(yī)療資源，在一定程度上制約了醫(yī)院工作效率和質(zhì)量的提高。基于ZigBee技術(shù)的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)用，解決了有線醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備存在的問題和缺陷，并且具有維護(hù)簡單、使用靈活性高、準(zhǔn)確性好、成本低等優(yōu)勢，在各大醫(yī)院的醫(yī)療監(jiān)護(hù)服務(wù)中具有很高的推廣價值。但是限于技術(shù)水平的制約，基于ZigBee的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)還有許多問題需要進(jìn)一步的完善，隨著技術(shù)水平的不斷提高，ZigBee技術(shù)的應(yīng)用必然會更加深入和靈活，為醫(yī)療監(jiān)護(hù)發(fā)揮更大的作用。

[1]陳琴琴.基于ZigBee技術(shù)的病人無線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究[D].成都：成都理工大學(xué),2012.

[2]余佳佳.基于ZigBee技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué),2014.

[3]周林.基于ZigBee的無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].電視技術(shù),2013,14.