一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统

文章编号:100220411(2006)022*******

一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统

赵　泽,崔　莉

(中国科学院计算技术研究所,北京　100080)

摘　要:介绍了一种基于无线传感器网络技术的嵌入式远程医疗监护系统.首先,提出了以各种无线通信生理指标传感器形成一种可扩展的无线传感器网络的系统结构.然后,介绍在该系统结构中采用的无线生理指标传感器节点以及监护基站设备的设计.在本系统中,节点和基站设备所使用的近距离通信标准为802.15.4/Zigbee标准,同时本系统中的基站设备可以采用多种接入方式进行远距离数据传输,包括直接联入

I nternet网络、使用GS M短消息通信方式或者通过mode m接入I nternet网络.该系统可以应用于家庭以及医院

病房,构成远程的家庭、社区以及医院的医疗监护系统.3

关键词:无线传感器网络;远程医疗监护;802.15.4/Zigbee

中图分类号:TP393 文献标识码:B

A Rem ote Hea lth Care System Ba sed on W i reless Sen sor Networks

Z HAO Ze,CU IL i

(Institute of Co m puting Technology,Chinese Acade m y of Sciences,B eijing100080,China)

Abstract:An e mbedded re mote health care syste m based on wireless sens or net w ork technol ogy is established.

Firstly,a ne w syste m architecture is p r oposed which intr oduces a scalable wireless sens or net w ork with a variety of wireless physi ol ogical sens or nodes.Then the designs of severalwireless physi ol ogical sens or nodes and the care base2 stati on are p resented.W ireless communicati on bet w een the sens or nodes and the care base2stati on is realized with

I EEE802.15.4/Zigbee standard,and the care base2stati on and the re mote central server are connected in one of the

f oll owin

g ways,including computing net w ork,GS M short messages and telephone modem.The syste m can be used at

home or in hos p itals t o f or m a re mote health care syste m a mong home,community and hos p ital.

Keywords:wireless sens or net w ork;re mote health care;802.15.4/Zigbee

1　简介(I n troducti on)

医疗监护仪器目前可以分为两类,一类是指在医院内由职业医生或专业技术人员使用的专门仪器,对病人进行生理指标的监护;另一类是在普通人员的家庭内或者户外,在医生的指导下,由病人本人或者家属使用远程医疗监护系统对病人进行监护,所得到的生理指标将及时传送给相关医生.目前,医院所使用的监护方法,大多使用固定的医疗监护仪,连接设备将传感器探头连接在病人与监护设备之间进行信号的传递.复杂的设备,众多的连线,会造成病人心理上的压力和紧张情绪,可能会影响病人身体状况,使得诊断所得到的数据与真实情况有一定差距,给病人和医护人员都带来不便,可能会影响对病情的正确诊断.

为了使经常需要测量生理指标的人员(比如慢性病人或者老年患者等)能够在家中在随意运动的状态下测量某些常规指标,目前国际上对远程医疗的关注越来越强[1～5].本文设计出一种新的网络式监护装置及系统,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,在获得较准确的测量指标的同时,免除病人在家庭与医院之间奔波的劳苦.同时,在医院病房内建立无线监测网络,很多项测试可以在病床上完成,能够极大地方便病人就诊,并加强医院的现代化信息管理和工作效率.另外,远程监护系统还可以扩展,使远离医院等医护机构的病员也随时能够得到必要的医疗监

第35卷第2期2006年4月　信息与控制

I nfor mati on and Contr ol

Vol.35,No.2　

　Ap r.,2006　

3收稿日期:2006-01-20

护,并且在必要的时候得到远程医生的咨询指导,比

如我国农村的缺医少药地区. 本文其它部分内容如下,第二部分介绍系统的体系结构;第三部分介绍系统中所使用的基站设备的设计方法;第四部分介绍系统中所使用的医疗传感器节点的设计方法;第五部分介绍系统中基站和节点无线通信;最后为实验验证和结论.

2　系统结构(System structure)

本文提出了一种基于无线传感器网络技术的远程医疗监护系统,提出了一种新的可扩展的多层次网络式体系结构及实现方法,即由监护基站设备和无线专用传感器节点构成一个微型监护网络.传感器节点上使用中央控制器对所需要监测的生命指标传感器进行控制来采集数据,通过无线通信方式将数据发送至监护基站设备,并由该基站装置将数据传输至所连接的PC 或者其他网络设备上,通过I n 2ternet 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.

图1中描述了该远程医疗监护系统的体系结构图,系统中包括监护基站设备以及一系列医疗监护网络的医疗传感器节点

.

图1　监护系统结构示意图

Fig .1　Structure of the health care syste m

在本文所设计的系统中,医疗传感器节点被用

来测量各种人体生理指标,比如体温、血压、脉搏、血糖、血氧等,传感器还可以对某些医疗设备的状况或者治疗过程情况进行动态监测.所获得的数据信息通过无线通信的方式被传输到医疗监护基站设备上.我们将这类家庭基站或病房基站设计为手持型的设备,基站设备可以将收到的传感器数据信息进行保存和处理并将数据显示在该设备的LCD 液晶

显示屏上,而且可以根据需要选择采用多种方式进行远程数据传输通信,比如通过和PC 相连接的RS 2232接口、通过GS M 短消息或者通过mode m 接入远程以太网的方式接入远程网络,传送到远程端的信息将由远程端的监护中心或者医院管理中心的专业医疗人员进行统计与分析,并及时对病人进行信息反馈、提出忠告和建议等. 医疗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,将该系统接入I nternet 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,如图2所示

.

图2　远程医疗监护网络示意图

Fig .2　Structure of the re mote health care net w ork

3　监护基站设备设计(D esi gn of the hea lth care ba se st a ti on)

图3所示是本文设计的医疗监护基站设备的结

构框图.本系统主要实现的功能是采集并显示测试得到的数据信息,同时将数据信息进行适当存储和网络转发,因此本系统中的监护基站设备被设计成一种手持设备,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的显示、存储等操作.必要时,监护基站设备可以通过网络将数据传输到远程服务器端. 医疗监护基站设备主要包括:处理器、存储器、人机交互模块、通信模块接口等几个部分.医疗监护

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