無線醫療監護系統設計中的ZigBee技術應用

馬小龍，李孟歆沈陽建筑大學

無線醫療監護系統設計中的ZigBee技術應用

馬小龍，李孟歆
沈陽建筑大學

我國醫院的醫療監護設備以固定的、有線的監護設備為主，使本就稀缺的醫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的不斷發展，其在醫療監護系統中的應用，很好的解決了有線監護帶來的一些弊端，而且移動方便。本文設計的無線醫療監護系統，依托ZigBee無線通信技術，配合無線網絡中節點的布置與軟硬件設計，可以實現對被監護者的體征數據的無線采集、實時監控，而具有很好的抗干擾性和經濟性，在醫療機構有很好的推廣價值。

無線傳感器網絡；醫療監護系統；ZigBee

我國大陸醫療資源是非常有限的，絕大多數醫院的醫療監護設備都是為固定的、有線的床邊監護設備。這種醫療監護設備不僅不利于攜帶，而且布線上非常繁瑣復雜，很多設備受布線的限制，只能在固定的位置上使用。這樣不僅占用了大量的醫療資源，使醫療資源短缺的情況更加嚴峻，而且復雜的布線加重了使用者的心理負擔，也帶來了一定的安全隱患。無線通訊技術在醫療監護系統中的應用，將會有效的解決現有醫療監護系統中存在的弊端。此問題一經提出，受到醫療領域的廣泛關注，成為醫療監護領域研究的熱點話題之一。

ZigBee技術是一種無線通信技術，具有距離短、功耗低、成本低、時延短、容量大等優勢。本文設計的醫療監護系統，應用Zig-Bee技術，采用傳感器網絡，將數據以無線傳輸方式來對用戶的生理信息進行監測。監護對象具有一定范圍的活動空間，無線監護系統與被監護者之間的有線連接大幅度減少，監測參數準確性也得到有效的提升。

1 ZigBee網絡結構

ZigBee網絡結構有三種類型，即星型、簇樹型、網型。其中星型網絡結構中，以協調器為中心，全部的終端可以與其直接通信，而終端節點之間無法相互通信，此種網絡結構在設備數少、小范圍網絡的環境下適用。簇樹型與網型網絡結構中，只要是在網絡覆蓋的范圍之內的節點，相互之間都可以直接通信。ZigBee網絡中有三種基本設備，即ZigBee協調器、路由器和終端設備。協調器是ZigBee網絡的核心，其功能在于啟用網絡，對網絡運行的各項參數進行配置。路由器設備的功能很強大，在遠程設備之間的通信中起著非常重要的中繼作用，堪稱數據遠程傳輸的中轉站。終端設備可以是全功能的也可以是精簡功能的，作為傳感器的節點而存在。

本文研究的無線醫療監護系統，考慮到網絡覆蓋范圍的擴大性和設備數量的配備，選擇了更為合適的網型網絡拓撲結構。在無線醫療監護系統中，在網絡所能夠覆蓋的范圍內，分布有若干個傳感器節點，與無線監護網絡相連接，通過路由器進行中繼傳輸數據。將若干個裝有無線信息收發系統的裝置作為監護節點設置在病房中，用以對使用者的體征數據進行采集，采集到的信息傳輸到病房中設置的路由器，路由器將收集到的無線信號進行匯總并向ZigBee協調器傳輸，再由協調器將監護數據通過網關向局域網傳輸，最終傳遞到監護管理中心。醫生和護士通過監護管理中心的客戶端設備隨時觀察和掌握被監控人的生命體征和生理數據。不同的客戶端對信息查閱的權限是不同的，醫護人員與患者可以各自查閱到需要的監護信息。系統結構參見下圖1所示。

2 傳感器設計

應用ZigBee的無線醫療監護系統，傳感器的設計是非常重要的，因此監護信息的采集需要依靠傳感器來執行。傳感器將探測到患者監護信息進行形式上的轉換才能為無線收發系統正確有效的識別和傳輸。鑒于醫院本身環境的特殊性，多種醫療設備和儀器的應用，會產生電磁干擾，因此基于ZigBee的無線醫療監護系統不僅要有很強的抗干擾能力，還要保證無線傳輸的穩定性。現今無線醫療監護系統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無線醫療監護系統經過一系列的對比和篩選，優先推薦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，經實踐檢驗穩定性方面也表現良好。DS18B20型溫度傳感器，是一款比較先進的數字型溫度傳感器，具有良好的準確性，實際應用可靠性方面表現良好。

3 ZigBee協調器的軟件設計

基于ZigBee的無線醫療監護系統的運行要建立在無線網絡的基礎之上，那么ZigBee協調器就是數據能夠實現無線傳輸的重要系統。ZigBee協調器負責對整個網絡中設置的各個節點進行協調和控制。在聯網過程中，要先對系統的入網能力加以確認，利用系統的搜索功能來搜索周圍是否具有可用的無線網絡。在有專用無線網絡可以接入的條件下，掃描通信信道，優先選擇穩定通暢的信道，排除有干擾的信道，這是監護數據能夠穩定可靠進行傳輸的基本前提。ZigBee協調器會提供專用的表示符，以能夠與其他信道相區別。網絡成功連接后，由系統主機以周期性測試的方式來對全部的連接節點的接入情況進行檢測，一旦某一監護階段發出請求，系統主機可以快速響應，及時高效的做出反映。

圖1 系統基本結構圖

4 結語

醫療監護設備是醫療系統中不可缺少的設備之一，傳統有線的醫療監護設備占據了大量的醫療資源，在一定程度上制約了醫院工作效率和質量的提高。基于ZigBee技術的無線醫療監護系統的構建和應用，解決了有線醫療監護設備存在的問題和缺陷，并且具有維護簡單、使用靈活性高、準確性好、成本低等優勢，在各大醫院的醫療監護服務中具有很高的推廣價值。但是限于技術水平的制約，基于ZigBee的無線醫療監護系統還有許多問題需要進一步的完善，隨著技術水平的不斷提高，ZigBee技術的應用必然會更加深入和靈活，為醫療監護發揮更大的作用。

[1]陳琴琴.基于ZigBee技術的病人無線監護系統研究[D].成都：成都理工大學,2012.

[2]余佳佳.基于ZigBee技術的醫療監護系統的軟件設計與實現[D].成都：電子科技大學,2014.

[3]周林.基于ZigBee的無線醫療監護系統的研究與設計[J].電視技術,2013,14.