基于體域網的移動醫療系統的設計

張云霞+王英龍

【摘 要】本文設計了一種基于體域網采集技術和云平臺存儲技術的移動醫療系統，該系統通過低功耗Zigbee網絡采集人體血壓、血氧、心電等生理數據，將傳感器節點采集的生理參數傳輸到Zigbee-Bluetooth網關，利用藍牙在移動網絡接入方面的優勢，將數據傳輸到移動終端設備，移動終端通過Wifi/GPRS網絡上傳至云服務平臺進行存儲和數據分析，醫生可以登錄網站提供給患者咨詢服務。該系統設計實現了遠程咨詢、遠程診斷，很大程度上解決了患者就醫難、就醫貴的難題。

【關鍵詞】體域網；Zigbee-Bluetooth網關；移動醫療；云平臺

通過無線體域網實現遠程醫療成為移動醫療發展的方向[1]，一方面，由于生活節奏快、壓力大和和人口老齡化造成的各種慢性病和心腦血管疾病等發病率增加[2-3]，另一方面，醫療資源分布不平衡造成了偏遠地區患者就醫困難，往返醫院造成患者時間和財力的極大浪費，傳統的醫療模式不能實時地監測患者的生理狀況，出現問題不能得到醫療專家及時診斷，往往延誤了治療的最佳時機。

針對傳統的醫療模式存在的問題，文中采用Zigbee協議構成的無線體域網，獲取人體生理參數，通過混合網關傳輸至基于Android的智能終端，最后利用云平臺存儲分析用戶數據，方便用戶及家人及時了解身體健康狀況。

1 系統總體架構

體域網是以人體為中心，由分布在人體表面、人體周圍或者是嵌入人體內部的傳感器組成的小范圍通信網絡，具有信息采集、處理和網絡傳輸的功能。總體架構設計如圖1所示，該移動醫療系統由感知部分、傳輸部分和云服務部分三部分構成。

生理數據的采集是基于用戶不同身體部位的傳感器組成的無線穿戴式體域網，通過分布在人體不同部位的終端節點采集人體血壓、血氧、心電等生理數據，通過短距離、低功耗Zigbee傳輸協議將生理數據傳輸到Zigbee-Bluetooth混合網關，到移動智能終端，移動智能終端通過Wifi或者GPRS將采集到的數據上傳至云服務平臺，云服務平臺以云計算作為支撐，提供了海量醫療數據存儲和健康服務，通過分析健康數據反饋給客戶端診斷信息，用戶可以通過已注冊的用戶賬號登錄云平臺前端服務網站或使用智能終端隨時查看自己的歷史數據和健康數據變化趨勢來適當的調整自己的日常生活習慣。

2 體域網采集模塊的設計

WBAN中的傳感器節點由數據采集部分、數據處理部分、負責數據發送的部分以及提供電源的部分四個部分組成，節點微控制器采用T1公司的CC2530模塊，該芯片兼容Zigbee協議的射頻模塊和一個增強型的微控制器，能夠運行T1的Z-Stack協議棧。如圖2所示，該移動系統采用星形拓撲結構，采集模塊由各類Zigbee傳感器節點組成，可以獲取人體的血壓、血氧、和心電等生理參數，并通過Zigbee協議傳輸到Zigbee協調器，經過Zigbee-Bluetooth網關協議轉換后通過藍牙協議傳輸至移動終端。

3 Zigbee/藍牙混合無線網關設計

無線網關設計是整個移動醫療系統傳輸的核心，Zigbee采用CC2530芯片實現，藍牙部分則采用BlueCore4芯片實現，兩芯片之間利用UART串口實現數據傳輸，利用Micro SD卡實現數據存儲并且通過SPI接口與CC2530模塊連接。當節點有數據發送過來的時候，Zigbee模塊接收數據并存入Micro SD卡中，又通過網關內的UART串口傳送到藍牙模塊打包為藍牙數據包，當藍牙與移動設備相連的時候，通過藍牙將數據發送至移動智能終端存儲，當移動終端與外網相連時，移動終端將數據傳送至云服務平臺，進行數據分析并反饋相關建議至移動終端，同時，遠程端醫生也可以查看患者上傳的數據，提供咨詢和建議。

4 人機交互界面設計

該系統軟件基于Android4.4操作系統研發，包括系統界面設計、數據傳輸和數據存儲三部分，如圖3所示，包括用戶登錄界面、用戶主界面和各個功能界面，每個Acticity都有多種控件組成，包括ImageView、Button、TextView等組成，主界面和各個功能界面之間通過Intent組件實現跳轉。

生理數據的讀取需要在XML布局文件中定義TextView控件，用來顯示文本內容，并設置該文本框的大小、位置等相關屬性，然后在Java程序中調用已添加的控件，將緩沖區上傳的實時數據轉化為String類型數據并作為setText（）方法的參數，這樣，讀取數據就可以顯示在界面的制定位置，實時顯示傳感器收集的生理參數。

5 云服務平臺設計

該移動醫療系統通過智能終端將數據上傳至云服務平臺進行數據分析存儲，用戶可以通過登錄自己的賬號隨時查看生理參數的變化，既節省了患者大量往返醫院的時間和財力，也節省了大量的醫療資源，是解決我國醫療資源分配不均的一種有效方式。該移動醫療系統利用云服務平臺進行海量數據存儲和海量數據管理，并為用戶提供人性化的服務。

云平臺設計內容主要包含數據接口設計和數據庫設計，該平臺采用Web Service進行接口設計，采用SQL server數據庫進行數據存儲，利用.NET框架提供支持，架構之間高聚合、低耦合、層次性高，出現問題便于修改。數據庫管理系統負責進出庫數據的優化。管理和整合，并通過SOAP協議和HTTPS協議與服務接口層進行對接，確保生理數據傳輸的安全性。

6 移動醫療系統測試

6.1 人機交互界面測試

以血壓為例，展示系統功能界面顯示，用戶可以查看血壓值和歷史變化趨勢如圖4所示。

6.2 云服務平臺測試

已注冊過的用戶可以登錄云服務平臺網站的方式，查詢測量過的生理參數的歷史數據，觀察生理參數變化趨勢，起到提前預防疾病的作用；通過瀏覽歷史數據患者可以了解治療狀況，方便及時調整治療方案，達到最好治療效果。用戶本人或家人可以下載手機客戶端APP，隨時隨地了解家人身體健康狀態，用戶使用移動醫療系統數據上傳云平臺效果如圖5所示。

7 結束語

本文結合Zigbee技術和藍牙技術的互補優勢，在Android平臺上設計了該移動醫療系統，可以實時檢測患者血壓、血氧和心電等生理參數，通過云服務平臺存儲生理健康數據并驚醒數據分析，對新型醫療模式的發展提供了新的思路。

【參考文獻】

[1]Kim Y， Lee S， Lee S. Coexistence of ZigBee-based WBAN and WiFi for Health Telemonitoring Systems[J]. IEEE Journal of Biomedical & Health Informatics， 2015， 20（1）：1.

[2]Alsharqi K， Abdelbari A， Elnour A A， et al. Zigbee Based Wearable Remote Healthcare Monitoring System for Elderly Patients[J]. International Journal of Wireless & Mobile Networks， 2014， 6（3）： 53-67.

[3]馬豪，陳荃，秦盼盼，等.國內外遠程醫療技術發展狀況及相關問題分析[J].醫學信息學雜志，2014，35（12）：35-39.

[責任編輯：楊玉潔]