王世平，王志武，顏國(guó)正

（上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海200240）

基于ZigBee的可穿戴式病房無線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

王世平，王志武*，顏國(guó)正

（上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海200240）

針對(duì)傳統(tǒng)病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作不便的不足，給出了一種新型可穿戴式多生理參數(shù)無線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)了集血壓、血氧、脈率及體溫于一體的多功能腕式測(cè)量終端，其具有體積小，便攜及易于佩戴等諸多優(yōu)點(diǎn)；搭建了采用Zig?Bee網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，通過實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與無線傳感網(wǎng)絡(luò)之間的多網(wǎng)關(guān)通信提高了網(wǎng)絡(luò)性能；建立了相應(yīng)的中心監(jiān)護(hù)軟件以實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，病人信息的集中管理以及遠(yuǎn)程報(bào)警與控制等功能；制作了一定數(shù)量的原理樣機(jī)并在局部范圍內(nèi)驗(yàn)證了該系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)院病房監(jiān)護(hù)的可行性。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)護(hù)系統(tǒng)；星型拓?fù)?；多網(wǎng)關(guān)通信；ZigBee

傳統(tǒng)的醫(yī)用多生理參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展，其技術(shù)已比較成熟，然而在使用過程中也暴露出一些有待優(yōu)化的缺陷，如傳統(tǒng)的有線連接方式以及相對(duì)較大的儀器體積給測(cè)量帶來了不便；測(cè)量設(shè)備功能單一；購(gòu)置及維護(hù)成本高昂，因此新型的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)成為一種需求。

隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的興起和發(fā)展［1］，無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）逐漸成為新的研究熱點(diǎn)［2］。在無線通信協(xié)議方面，有著諸如ZigBee，Bluetooth，WirelessHART和WiFi等多種選擇，而在傳感器方面，智能化，微型化和集成化［3］也成為發(fā)展趨勢(shì)。如今WSN已被應(yīng)用于如環(huán)境監(jiān)測(cè)［4-5］、智能家居［6］等許多領(lǐng)域，這也使得人們看到了將其應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的廣闊前景。

實(shí)際上這方面的研究工作已在進(jìn)行，其主要內(nèi)容是多生理參數(shù)的采集和無線數(shù)據(jù)傳輸。目前關(guān)于多生理參數(shù)采集終端研究多集中于腕式［7-8］、植入式［9］以及背帶式［10］三種，其中腕式以其舒適性和便于佩戴的特點(diǎn)最適于長(zhǎng)期臥床的病人使用。從無線通信角度來看，主要分為遠(yuǎn)距離與近距離兩種數(shù)據(jù)傳輸，前者需要依靠公用通信網(wǎng)絡(luò)如GSM/GPRS/ CDMA［11］，后者則可以借助標(biāo)準(zhǔn)的無線通信方式如Bluetooth/WiFi/ZigBee，或者通過非標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的收發(fā)器實(shí)現(xiàn)，其中ZigBee技術(shù)憑借其低成本、低功耗、良好的擴(kuò)展性和多跳通信等特點(diǎn)逐漸應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域［7-9，12-14］。然而從目前來看，大多數(shù)仍處于初始搭建階段，能實(shí)際投入醫(yī)院病房監(jiān)護(hù)應(yīng)用的研究成果少之又少。

本文首先給出了系統(tǒng)整體框架，繼而分別對(duì)生理參數(shù)采集終端及相應(yīng)測(cè)量模塊，網(wǎng)狀拓?fù)鋃igBee網(wǎng)絡(luò)和中心監(jiān)護(hù)站做了詳細(xì)介紹，最后對(duì)本套監(jiān)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證。

1 系統(tǒng)整體框架

系統(tǒng)的概念框架如圖1所示，其主要包括測(cè)量終端，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)以及上位機(jī)（中心監(jiān)護(hù)站）三部分。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)狀拓?fù)?，包括一個(gè)協(xié)調(diào)器和若干路由器及終端節(jié)點(diǎn)。路由器和協(xié)調(diào)器均配備了以太網(wǎng)和GPRS接口而作為網(wǎng)關(guān)使用，至于哪個(gè)節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)使用要取決于具體環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)布局。終端節(jié)點(diǎn)通過外圍集成的傳感器采集病人的生理參數(shù)信息并發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，繼而由網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)或GPRS輸送至服務(wù)器。在無線信號(hào)傳輸可靠性方面，ZigBee協(xié)議棧物理層采用了擴(kuò)頻技術(shù)，MAC層通過CSMA機(jī)制能夠擇優(yōu)選擇信號(hào)傳輸信道，數(shù)據(jù)包發(fā)送采取了循環(huán)冗余校驗(yàn)和避免碰撞策略；網(wǎng)關(guān)在一般情況下以有線以太網(wǎng)的方式與服務(wù)器建立UDP連接，若所處環(huán)境使用有線連接存在困難，則通過備用GPRS接口接入互聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)器進(jìn)行通信，GPRS通過網(wǎng)際協(xié)議（IP）保證傳輸可靠性，然而與有線方式比較還是在通信時(shí)延、穩(wěn)定性、通信速率、成本等方面皆處于劣勢(shì)。上位機(jī)包括服務(wù)器和客戶端兩部分，采用典型的C/S架構(gòu)，服務(wù)器負(fù)責(zé)獲取、分析和存儲(chǔ)由網(wǎng)關(guān)傳輸上來的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)推送至客戶端，通過客戶端登錄服務(wù)器之后可實(shí)時(shí)監(jiān)控病人信息，也可通過客戶端操作界面向服務(wù)器發(fā)送相關(guān)指令控制終端節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。借助本系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)每位病人生理信息的集中管理與實(shí)時(shí)查看，醫(yī)生可以通過接入醫(yī)院數(shù)據(jù)庫隨時(shí)隨地了解任意病人的生理狀況。

圖1 無線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)概念框架圖

2 多生理參數(shù)測(cè)量終端

可穿戴式生理參數(shù)采集終端是無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的核心組成部分。本系統(tǒng)仍然沿用了臨床上較為認(rèn)可的腕式測(cè)量終端，并采用TI公司生產(chǎn)的CC2530芯片作為其主控芯片。其內(nèi)部功能模塊如圖2（a）所示，主要包括血氧測(cè)量模塊，血壓測(cè)量模塊，體溫測(cè)量模塊，微控制器系統(tǒng)，無線收發(fā)模塊和電源系統(tǒng)等部分，其原理樣機(jī)如圖2（b）所示。CC2530在對(duì)不同生理參數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送時(shí)會(huì)以不同測(cè)量ID進(jìn)行標(biāo)識(shí)，以便上位機(jī)進(jìn)行解析。

圖2 測(cè)量終端

2.1 血氧（脈率）測(cè)量模塊

血氧模塊采用光電容積脈搏波描記法（PPG）測(cè)量血氧飽和度。它基于Lambert-Beer定律，利用氧合血紅蛋白與脫氧蛋白對(duì)單色光吸收程度的顯著差異進(jìn)行測(cè)量。本設(shè)計(jì)采用660 nm波長(zhǎng)紅光與940 nm波長(zhǎng)紅外光兩路光信號(hào)以屏蔽其他干擾。

2.1.1 模塊配置

本模塊采用Cypress生產(chǎn)的CY8C29466芯片（PSoC1）作為主控制器，PSoC系列芯片在內(nèi)核周圍集成了可配置的模擬與數(shù)字外圍器件陣列［15］，因此可以通過充分利用內(nèi)部資源而減少外圍電路的使用，進(jìn)而減小模塊的體積。CC2530芯片通過串口（UART0）中斷讀取血樣模塊數(shù)據(jù)，然后對(duì)血氧、血氧波形及脈率數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和分別打包，并定時(shí)向服務(wù)器進(jìn)行發(fā)送。片內(nèi)功能模塊配置的測(cè)量通道如圖3（a）所示，圖3（b）為血氧模塊實(shí)物圖。

圖3 血氧模塊

控制器以100 Hz頻率交替控制兩路LED亮滅，光電信號(hào)經(jīng)過外部I-V轉(zhuǎn)換之后依次進(jìn)行低通濾波（LPF）和前置放大（PGA），然后信號(hào)分為兩支，一支將進(jìn)行差分放大，比較信號(hào)為內(nèi)部算法得到的直流偏移量，繼而進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；而另一支信號(hào)直接進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。由此得到的兩路信號(hào)分別為交流信號(hào)與直流信號(hào)，繼而借助相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式得出最終的血氧飽和度，同時(shí)脈率可由波形頻率得出。

2.1.2 濾波算法

針對(duì)低通濾波難以濾除的低頻噪聲干擾，設(shè)計(jì)了形態(tài)濾波與相干濾波組合算法對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行了處理。形態(tài)濾波可以通過開運(yùn)算與閉運(yùn)算分別來消除噪聲疊加于波形的尖峰與波谷，同時(shí)直流信號(hào)（DC）閉運(yùn)算的結(jié)果即可為后續(xù)的差分放大過程提供直流偏移量。而相干濾波通過對(duì)相鄰波形幅值取平均值平滑了波形，進(jìn)一步消除了噪聲干擾。

2.2 血壓模塊與體溫模塊

血壓模塊采用了由蘇州康人研發(fā)生產(chǎn)的電子血壓計(jì)模塊，如圖4所示，以及相配套的氣囊袖帶。此模塊具有體積小，精度高，測(cè)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。CC2530通過串口（UART1）中斷讀取血壓數(shù)據(jù)，通過狀態(tài)機(jī)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，打包之后定時(shí)向服務(wù)器進(jìn)行發(fā)送，同時(shí)模塊的啟動(dòng)及測(cè)量操作可通過向串口發(fā)送相關(guān)控制指令實(shí)現(xiàn)。

體溫模塊測(cè)量基于橋路中熱敏電阻的阻值變化，繼而進(jìn)行相應(yīng)的修正計(jì)算實(shí)現(xiàn)體溫的測(cè)量。CC2530以輪詢的方式通過SPI總線進(jìn)行體溫?cái)?shù)據(jù)的讀取，定時(shí)每3 500 ms向服務(wù)器發(fā)送一次數(shù)據(jù)。一般來說體表溫度受周圍環(huán)境影響較大，很容易造成較大測(cè)量誤差，為盡量避免這種影響，可通過專用系帶輔以保溫材料將熱敏電阻固定于袖帶下方。

2.3 電源系統(tǒng)

為降低測(cè)量終端功耗，提升使用體驗(yàn)，電源模塊經(jīng)過了反復(fù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)如圖5所示。

圖4 蘇州康人電子血壓計(jì)模塊

圖5 終端電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

終端由兩節(jié)七號(hào)干電池供電，電池電壓首先經(jīng)過L6920升至5 V給上述模塊供電，然后經(jīng)LT1763穩(wěn)壓至3.3V給CC2530及其外圍系統(tǒng)供電。由電源管理芯片LTC2950控制使能以上芯片，通過按鍵給LTC2950超過300 ms的低電平會(huì)使LTC2950使能端瞬間拉高，整個(gè)系統(tǒng)包括CC2530會(huì)開始工作，待LTC2950收到來自CC2530的反饋信號(hào)之后會(huì)保持使能有效，系統(tǒng)才開始正常工作，否則會(huì)使能無效。終端關(guān)閉也是通過LTC2950按鍵低電壓檢測(cè)完成。

3 ZigBee數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

ZigBee支持星型、樹狀和網(wǎng)狀三種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，相較于其他幾種，網(wǎng)狀拓?fù)湓诰W(wǎng)絡(luò)容量，穩(wěn)定性，通信能力等方面明顯占優(yōu)［16］，因而本系統(tǒng)采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)基本框架如圖1所示，包括一個(gè)協(xié)調(diào)器，若干路由器及終端節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器與路由器之間對(duì)等通信。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

終端節(jié)點(diǎn)采用CC2530芯片作為主控芯片，它是真正應(yīng)用于IEEE802.15.4，ZigBee和RF4CE的片上系統(tǒng)解決方案［17］，能以非常低的物料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器與路由器在硬件設(shè)計(jì)上完全一致，均配備了以太網(wǎng)與GPRS接口（備用），至于選取哪個(gè)作為網(wǎng)關(guān)進(jìn)行與服務(wù)器的通信則需根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境布局而定，路由器采用LM3S9B96作為主控芯片，通過SPI外接TI第二代ZigBee收發(fā)芯片CC2520實(shí)現(xiàn)無線通信。圖6為協(xié)調(diào)器內(nèi)部模塊框圖及實(shí)物圖。

圖6 協(xié)調(diào)器

3.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分設(shè)計(jì)基于TI公司推出的OSAL系統(tǒng)，OSAL是以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)為目的的系統(tǒng)資源管理機(jī)制，核心是維護(hù)一張任務(wù)列表來響應(yīng)具有不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。其在本系統(tǒng)中的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)外圍硬件的初始化，Z-Stack初始化和數(shù)據(jù)的收發(fā)、解析。ZigBee通信主要通過OSAL內(nèi)部的回調(diào)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)所接收數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址決定其發(fā)送方向。以太網(wǎng)連接采用UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的通信，而GPRS通信則通過串口收發(fā)AT指令實(shí)現(xiàn)，兩者傳輸可靠性均由其自身傳輸協(xié)議保證，在路由機(jī)制方面，采用了Tree路由算法和Z-AODV算法混合路由策略以支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

考慮到無線通信中可能出現(xiàn)的設(shè)備故障，網(wǎng)絡(luò)阻塞等問題，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器之間通信采用了多網(wǎng)關(guān)模式。其具體實(shí)現(xiàn)如下：服務(wù)器在一定的組播地址上周期性發(fā)送消息，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)則在同一地址上進(jìn)行偵聽，如果節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包則表明此節(jié)點(diǎn)支持以太網(wǎng)通信，然后此節(jié)點(diǎn)會(huì)以一定半徑R（固定跳數(shù)）廣播此節(jié)點(diǎn)可用的消息。所有的節(jié)點(diǎn)都會(huì)在內(nèi)存中維護(hù)一張名為gw_tbl的表，一段時(shí)間內(nèi)沒有被更新的表項(xiàng)會(huì)被認(rèn)作已不支持以太網(wǎng)通信而被刪去。如果路由器接收到目標(biāo)地址為服務(wù)器的數(shù)據(jù)包，會(huì)經(jīng)過如圖7所示處理。

3.3 網(wǎng)絡(luò)布局

相關(guān)研究表明節(jié)點(diǎn)密度的變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有較大影響，隨著節(jié)點(diǎn)密度的增加，網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量與節(jié)點(diǎn)能耗情況都會(huì)顯著惡化［18］，因此綜合考慮醫(yī)院病房的布局環(huán)境，每個(gè)病房放置3～5個(gè)終端節(jié)點(diǎn)比較適宜。典型布局如圖8所示，每個(gè)病房放置若干終端節(jié)點(diǎn)，配置一個(gè)路由器負(fù)責(zé)病人生理參數(shù)的采集與路由，走廊也需放置一定數(shù)量的路由器保證傳輸路徑的順利搭建，協(xié)調(diào)器則應(yīng)置于服務(wù)器附近便于以太網(wǎng)通信。

圖7 目標(biāo)地址為服務(wù)器的數(shù)據(jù)包發(fā)送流程

圖8 系統(tǒng)典型布局

4 中心監(jiān)護(hù)站（上位機(jī)）

上位機(jī)軟件使用VC#編寫，病人信息數(shù)據(jù)庫基于Microsoft Server 2008 Express開發(fā)，上位機(jī)包括兩部分：服務(wù)器與客戶端。服務(wù)器用來實(shí)現(xiàn)底層通信，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，處理傳感器所采集?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫訪問等功能，而客戶端則提供人機(jī)交互GUI，其采用WPF技術(shù)開發(fā)。

上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了以下功能：①病人各項(xiàng)生理參數(shù)指標(biāo)及生理狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示。主視圖（圖9（a））集中顯示所有病人信息，詳細(xì)視圖（圖9（b））可顯示每位病人的生理信息，而曲線視圖追蹤一段時(shí)間內(nèi)所測(cè)生理參數(shù)變化趨勢(shì)；②網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒐芾怼？衫L制與維護(hù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并?shí)時(shí)顯示（圖9（c））；③控制終端節(jié)點(diǎn)測(cè)量操作?？梢酝ㄟ^客戶端GUI按鍵發(fā)送控制命令控制任一測(cè)量模塊的打開關(guān)閉；④用戶信息管理?？蓪?shí)現(xiàn)用戶的注冊(cè)、登錄，以及用戶信息的修改和刪除功能；⑤病人和節(jié)點(diǎn)信息管理?？蓪?shí)現(xiàn)病人信息及終端和路由設(shè)備的創(chuàng)建、查詢、修改和刪除功能，并可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)病人與終端節(jié)點(diǎn)之間的任意綁定；⑥定時(shí)測(cè)量管理?？筛鶕?jù)實(shí)際需要設(shè)定測(cè)量模塊開關(guān)時(shí)間及定時(shí)測(cè)量時(shí)間；⑦報(bào)警功能?？蓪?shí)現(xiàn)生理參數(shù)測(cè)量異常與終端節(jié)點(diǎn)電量不足報(bào)警。

圖9

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本系統(tǒng)的有效性，制作了相應(yīng)數(shù)量的測(cè)量終端樣機(jī)與路由設(shè)備，對(duì)終端測(cè)量的各項(xiàng)參數(shù)以及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試驗(yàn)證。

5.1 測(cè)量終端驗(yàn)證

考慮到部分生理參數(shù)如血壓的真實(shí)值測(cè)量需要通過動(dòng)脈內(nèi)置導(dǎo)管完成，并不具有可行性，或者通過柯氏音聽診法測(cè)量，但前后兩次測(cè)量血壓并不能保證一致，或者同一次測(cè)量中兩種測(cè)量方法會(huì)互相干擾，也不具有可行性，因此選取了一些市場(chǎng)表現(xiàn)比較好的產(chǎn)品作為終端參數(shù)測(cè)量的比較對(duì)象。同時(shí)隨機(jī)選取3個(gè)測(cè)量終端與10名受測(cè)試者，對(duì)每項(xiàng)生理參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，其各項(xiàng)比對(duì)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示，可見血壓測(cè)量達(dá)到了AAMI對(duì)于電子血壓計(jì)相關(guān)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)［19］，而血氧與體溫等參數(shù)測(cè)量精度也基本能滿足臨床需要。然而由于手腕處體表溫度受周圍環(huán)境影響較大，并不能真正反應(yīng)受測(cè)試者真實(shí)體溫及變化，此后續(xù)可以考慮采用專用體溫探頭置于病人腋窩處進(jìn)行測(cè)量。

表1 測(cè)量終端對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果

終端能耗方面，經(jīng)測(cè)試正常工作電壓在60 mA左右，待機(jī)功耗小于1 mAh，測(cè)量一次血壓耗能小于6 mAh，兩節(jié)干電池至少可供200次測(cè)量。終端測(cè)量精度與性能均能滿足臨床監(jiān)護(hù)需求。

5.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試

由于實(shí)驗(yàn)室布局環(huán)境與醫(yī)院病房具有一定程度上的相似性，在實(shí)驗(yàn)室搭建了無線傳感網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行了初步驗(yàn)證測(cè)試。15個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，5個(gè)路由器與1個(gè)協(xié)調(diào)器分布于四個(gè)實(shí)驗(yàn)室房間，每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一位受測(cè)試者。具體實(shí)驗(yàn)室分布及網(wǎng)絡(luò)布局情況如圖10所示，于客戶端顯示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖9（c）所示，圖中所示的只是一種可能的連接路徑，在測(cè)試過程中網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可能會(huì)發(fā)生變化，因而由路由算法尋優(yōu)得出的最佳路徑也會(huì)隨之變化。若應(yīng)用于醫(yī)院病房，終端直接可以以病人床位號(hào)命名以方便管理。

圖10 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)布局圖

測(cè)試過程持續(xù)了8小時(shí)，期間受測(cè)試者體溫、血氧和脈搏數(shù)據(jù)均能實(shí)時(shí)傳輸并推送至客戶端視圖，對(duì)每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)不定時(shí)發(fā)送了5次測(cè)量指令，并均能順利完成，測(cè)試期間，除個(gè)別終端節(jié)點(diǎn)某時(shí)刻掉線又迅速恢復(fù)連接外，其余均保持正常通信，網(wǎng)絡(luò)總體表現(xiàn)比較穩(wěn)定，但同時(shí)也說明網(wǎng)絡(luò)在性能方面仍有改進(jìn)空間。

本次測(cè)試在局部范圍內(nèi)檢驗(yàn)了系統(tǒng)運(yùn)行情況，從系統(tǒng)數(shù)據(jù)測(cè)量、采集、傳輸、存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示環(huán)節(jié)驗(yàn)證了應(yīng)用于醫(yī)院臨床的可行性。

6 結(jié)論

本文給出了一套面向醫(yī)院病房的多生理參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)完整方案。相較于傳統(tǒng)監(jiān)護(hù)方式，本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于穿戴且擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控病人生理信息，可有效減輕醫(yī)護(hù)人員負(fù)擔(dān)，同時(shí)也能在一定程度上減少醫(yī)療事故的發(fā)生。為能盡快投入醫(yī)療應(yīng)用，還需進(jìn)一步完成醫(yī)院實(shí)地驗(yàn)證，同時(shí)需要獨(dú)立開發(fā)血壓測(cè)量模塊縮小測(cè)量終端體積提升使用體驗(yàn)，進(jìn)一步提高監(jiān)護(hù)軟件人性化水平，并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

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王志武（1969-）男，湖北黃岡人，博士，上海交通大學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)獒t(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，生物醫(yī)學(xué)電子、微傳感器及智能機(jī)器人，zwwang@sjtu.edu.cn。

A Wearable Wireless Monitoring System for Ward Based on Zigbee

WANG Shiping，WANG Zhiwu*，YAN Guozheng
（School of Electronic Information and Electrical Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）

To cover traditional ward monitoring system’s shortage of complex structure and inconvenience，this pa?per proposes the design method of a kind of wireless physiological parameters monitoring system for hospital ward.A multifunctional wrist-type collector which integrates the function of blood pressure，oxyhemoglobin saturation，pulse rate and body temperature measurement was designed with noteworthy advantages of small volume，portable and easy to wear；a wireless sensors network based on ZigBee mesh topology was built meanwhile multiple-gateway communication mode was adopted between WSN and serverto improve the network performance；corresponding cen?tral monitoring station was established to fulfill real-time view of measured parameters，centralized management of patients’information，distant alarm and control，etc.a certainnumber of prototypeswerefabricated and the feasibility applying to hospital ward is verified in local area.

WSN；monitoring system；mesh topology；multiple-gateway communication；ZigBee

TP393

A

1004-1699(2015)10-1563-07

??6150P

10.3969/j.issn.1004-1699.2015.10.025

2015-04-03 修改日期：2015-08-08