基于无线传感器网络技术的网络式监护装置及系统的设计

1、 引 言

远程医疗监护是指通过通信网络将远端的生理和医学信号传送到监护中心进行分析，并给出诊断意见的一种技术手段。他是随着计算机技术、现代通信技术的发展而发展起来的。计算机技术与现代通讯的发展为远程医疗服务带来新的机遇，使得人们可通过应用计算机技术和现代通信，实现个人与医院间，医院和医院间的医学信息的远程传输和监控，远程会诊、医疗急救、远程医疗教育与交流等。其中面向家庭的远程医疗健康监护是在配备先进适宜的医疗设备的条件下，将千家万户和医疗机构联系起来，实现医疗进入家庭，在病人家中实施监护、诊断、治疗、康复和保健多位一体的一种新的远程医疗模式。远程病人监护已经越来越引起人们的极大关注。其快速发展有很强的社会现实背景：

（1）随着环境污染的加剧、人民生活习惯的改变，工作压力的增强，威胁人类健康的疾病也出现了新的情况。恶性疾病和慢性疾病如心血管疾病、脑血管疾病及恶性新生物已成为威胁人类健康的头号杀手。

（2）随着生活水平的提高，医疗卫生条件的改善，人类寿命日益延长，老龄化趋势非常明显。

（3）现代通信技术的发展，尤其是移动通信技术和互联网技术的飞速发展为远程监护提供了强有力的技术支持。

这种新的远程医疗模式是一项非常重要的技术，且具有很多的优点。首先他极大地方便了广大的病患者，尤其是一些特殊的人群，如：行动不便的残疾病人和患慢性的老人，需要定期检查的孕妇和儿童，需要长期到医院复查病情的慢性病患者（如糖尿病，心脏病患者），远离医院交通不便的病人等。其次这种新的远程医疗模式也有效地降低医院门诊的工作负荷，使得医院门诊可集中精力于危急重症和疑难杂症，有效地配置和使用有限的医疗资源，为生活节奏紧张时间紧迫的城市人提供了一个随时随地的家庭医疗保健。人们携带无线传感设备可以自由地移动，可以在熟悉的环境中时刻监护他们的生理参数而无需去医院。他不仅可以辅助治疗，还能在患者病情突然恶化时报警。医护人员可以在远端的监护中心观察病人的健康状况并提供实时的诊断和建议，也可以长期对病人进行监护。另一方面，对健康人群的远程监护，还可以发现疾病的早期症状，从而达到保健和预防疾病的目的。

本文设计的是一种新的网络式监护装置及系统，他基于无线传感器网络技术，由传感器采集人体各种健康参数。这些模拟信号经过前置电路的处理，以数字信号的形式输入微控制器，通过无线数据传输和计算机通用串行总线接口进入PC机，由Internet发送到远程监护中心，为专业医疗人员提供各种重要的生理参数变化。然后由其对数据进行统计观察，提供必要的咨询服务，实现远程医疗。目的是利用高频率的无线多通道数据传输方式，传递医疗传感器与监护控制仪器之间的信息，减少监护设备与医疗传感器之间的连线，使得被监护人能够拥有较多的自由活动空间。

2、 系统结构

面向家庭的远程健康监护医疗系统主要由2大部分组成：远程医疗仪器感测系统和通信传递系统。远程医疗仪器感测系统作用是采集用户的身体状态资料，作为网络化居家生理监视理疗器具，远程监护系统必须稳定、可靠，有一定的自检功能，操作简单。从病人的安全角度考虑，应尽量使用成熟、可靠的技术，并且尽量能和现成的系统兼容并共享数据，并根据需要进行扩展。而通信技术则为实现远程医疗提供强而有力的技术支持，根据远程医疗应用中传送的信息量大小和实时性要求的不同，可采用不用的通信技术。本文的面向家庭的健康监护系统中，无线传感器网络数据传输是各种监测设备与计算机及远程主干通信网的主要连接方式。与有线传输相比，他的的优点是：

（1）具有足够快的速度，能够满足设备间的数据传输需要；

（2）具有很好的扩展性，系统内设备进行增加或减少都不会影响其他设备的使用；

（3）具有很好的适应性，便捷性和移动能力，不受物理环境的约束。

本文设计的监护系统由监护基站和传感器节点构成一个微型监护网络；传感器节点对使用者的各项生命指标进行数据采集，通过无线通信方式将数据发送至监护基站，并由该基站将数据传输至所连接的PC机，通过Internet网络可以将数据传输至远程医疗监护中心，由专业医疗人员对数据进行统计观察，提供必要的咨询服务，实现远程医疗。

用户还可以通过个人PC对所采集数据进行一个初步的分析，并通过电脑所给出的一个初步判断采取应急的措施。医疗生物传感器节点可以根据不同的需要而设置，因此该系统具有极大的灵活性和扩展性。同时，将该系统接Internet网络，可以形成更大的社区医疗监护网络、医院网络乃至整个城市和全国的医疗监护网络。图1为本系统的结构图。

3 、监护传感器节点和监护基站设计

传感器节点用于测量生理参数，所取得的数据通过无线传感网传送到基站。而所组成的网络所需要的传感器节点可以根据需要进行扩展。图2是传感器节点的框图器节点的框图，他由传感器、信号调理电路、处理器、无线通信模块共4个主要部分组成。其中无线通信模块是实现无线监护的关键。

基站单元可以采集并显示测试得到的数据信息，并能够对异常情况进行报警。如果必要的话，数据将自动被发送给远程的监护中心，寻求医生的建议和帮助。因此本系统中的监护基站设备被设计成一种随身携带设备，同时监护基站设备可以和系统中的多个传感器节点进行通信以完成数据的采集和显示等功能。在使用过程中，监护基站设备通过无线信道向传感器节点发送控制命令来启动传感器节点，传感器节点接收到命令后进行相应的数据采集动作采集人体生理指标数据，采集结束后通过无线通信的方式将数据返回到监护基站，由监护基站进行进一步地显示、存储等操作。基站的主要成分包括用户交互界面模块、无线通信模块、报警模块及数据传输模块。与远程监护中心的通信方式可以根据应用需要、网络建设情况进行选择。图3是基站的框图。

无线通信模块主要完成和传感器节点间的数据交互。基站可以通过串口、USB接口及网络适配器接入本地计算机，然后再通过因特网传输到远程监护中心。监护基站设备在正常工作状态下使用电池进行供电，因此在设计过程中尤其注意了低功耗的管理与控制。在不工作的时刻，系统会进入低功耗以及休眠状态来节省系统能量。

4、 用户自诊断系统的设计

在本系统中，PC机不仅是一个负责客户登陆网络服务器并和医生进行实时通讯交流的工具。他还担任了一个很重要的工作，即提供一个自诊断信息数据库并为用户实现自诊断服务功能。

诊断系统的主要功能就是在把由传感器采集来的体温、脉搏、血压等数据发送给医院之前对数据进行一个初步的分析。在对数据进行完一个设定好的信号处理分析并计算出对应的人体信息数据后，通过对得出的人体数据进行判断决定是否将数据发送出去，同时用户端的诊断软件还提供类似与专家系统作用的白诊断功能，提供给用户参考使用。图4是自诊断分析系统的流程图。

5 、结 语

远程监护利用传感技术和现代通信技术将病人的监护范围从医院内扩展到通信网络可以到达的任何地方，从而实现病人与诊所、诊所与医院或医院间医疗信息的传送。远程监护提供一种通过对被监护者生理参数进行连续监测研究远地对象生理功能的方法，他缩短了医生和病人之间的距离，医生可以根据这些远地传来的生理信息为患者提供及时的医疗服务，远程监护系统不仅能提高老人的生活质量，而且能够及时捕捉老人的发病先兆，结合重要生理参数的远程监护，可以提高老年人的家庭护理水平。这对于患者获得高水平的医疗服务及在紧急情况时的急救支援，具有重要意义。远程监护系统是顺应信息社会发展和人们对医疗保健的需求而产生和发展起来的。随着信息技术的不断发展，其形式将更加多样，无线、移动和传感技术融合而成的微型化无线智能传感网络必将为远程监护系统的发展带来新的突破。

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