无线医疗监护系统设计中的ZigBee技术应用

马小龙，李孟歆沈阳建筑大学

无线医疗监护系统设计中的ZigBee技术应用

马小龙，李孟歆
沈阳建筑大学

我国医院的医疗监护设备以固定的、有线的监护设备为主，使本就稀缺的医疗资源更显得捉襟见肘。有线连接不仅布线繁琐，而且线路磨损老化也带来一定的安全隐患。随着无线传感器技术的不断发展，其在医疗监护系统中的应用，很好的解决了有线监护带来的一些弊端，而且移动方便。本文设计的无线医疗监护系统，依托ZigBee无线通信技术，配合无线网络中节点的布置与软硬件设计，可以实现对被监护者的体征数据的无线采集、实时监控，而具有很好的抗干扰性和经济性，在医疗机构有很好的推广价值。

无线传感器网络；医疗监护系统；ZigBee

我国大陆医疗资源是非常有限的，绝大多数医院的医疗监护设备都是为固定的、有线的床边监护设备。这种医疗监护设备不仅不利于携带，而且布线上非常繁琐复杂，很多设备受布线的限制，只能在固定的位置上使用。这样不仅占用了大量的医疗资源，使医疗资源短缺的情况更加严峻，而且复杂的布线加重了使用者的心理负担，也带来了一定的安全隐患。无线通讯技术在医疗监护系统中的应用，将会有效的解决现有医疗监护系统中存在的弊端。此问题一经提出，受到医疗领域的广泛关注，成为医疗监护领域研究的热点话题之一。

ZigBee技术是一种无线通信技术，具有距离短、功耗低、成本低、时延短、容量大等优势。本文设计的医疗监护系统，应用Zig-Bee技术，采用传感器网络，将数据以无线传输方式来对用户的生理信息进行监测。监护对象具有一定范围的活动空间，无线监护系统与被监护者之间的有线连接大幅度减少，监测参数准确性也得到有效的提升。

1 ZigBee网络结构

ZigBee网络结构有三种类型，即星型、簇树型、网型。其中星型网络结构中，以协调器为中心，全部的终端可以与其直接通信，而终端节点之间无法相互通信，此种网络结构在设备数少、小范围网络的环境下适用。簇树型与网型网络结构中，只要是在网络覆盖的范围之内的节点，相互之间都可以直接通信。ZigBee网络中有三种基本设备，即ZigBee协调器、路由器和终端设备。协调器是ZigBee网络的核心，其功能在于启用网络，对网络运行的各项参数进行配置。路由器设备的功能很强大，在远程设备之间的通信中起着非常重要的中继作用，堪称数据远程传输的中转站。终端设备可以是全功能的也可以是精简功能的，作为传感器的节点而存在。

本文研究的无线医疗监护系统，考虑到网络覆盖范围的扩大性和设备数量的配备，选择了更为合适的网型网络拓扑结构。在无线医疗监护系统中，在网络所能够覆盖的范围内，分布有若干个传感器节点，与无线监护网络相连接，通过路由器进行中继传输数据。将若干个装有无线信息收发系统的装置作为监护节点设置在病房中，用以对使用者的体征数据进行采集，采集到的信息传输到病房中设置的路由器，路由器将收集到的无线信号进行汇总并向ZigBee协调器传输，再由协调器将监护数据通过网关向局域网传输，最终传递到监护管理中心。医生和护士通过监护管理中心的客户端设备随时观察和掌握被监控人的生命体征和生理数据。不同的客户端对信息查阅的权限是不同的，医护人员与患者可以各自查阅到需要的监护信息。系统结构参见下图1所示。

2 传感器设计

应用ZigBee的无线医疗监护系统，传感器的设计是非常重要的，因此监护信息的采集需要依靠传感器来执行。传感器将探测到患者监护信息进行形式上的转换才能为无线收发系统正确有效的识别和传输。鉴于医院本身环境的特殊性，多种医疗设备和仪器的应用，会产生电磁干扰，因此基于ZigBee的无线医疗监护系统不仅要有很强的抗干扰能力，还要保证无线传输的稳定性。现今无线医疗监护系统使用的传感器主要有两大基本类型，即脉搏传感器和温度传感器。本文研究的ZigBee无线医疗监护系统经过一系列的对比和筛选，优先推荐HK-2000A压电脉搏传感器，此型传感器具有很好的灵敏度和抗干扰能力，经实践检验稳定性方面也表现良好。DS18B20型温度传感器，是一款比较先进的数字型温度传感器，具有良好的准确性，实际应用可靠性方面表现良好。

3 ZigBee协调器的软件设计

基于ZigBee的无线医疗监护系统的运行要建立在无线网络的基础之上，那么ZigBee协调器就是数据能够实现无线传输的重要系统。ZigBee协调器负责对整个网络中设置的各个节点进行协调和控制。在联网过程中，要先对系统的入网能力加以确认，利用系统的搜索功能来搜索周围是否具有可用的无线网络。在有专用无线网络可以接入的条件下，扫描通信信道，优先选择稳定通畅的信道，排除有干扰的信道，这是监护数据能够稳定可靠进行传输的基本前提。ZigBee协调器会提供专用的表示符，以能够与其他信道相区别。网络成功连接后，由系统主机以周期性测试的方式来对全部的连接节点的接入情况进行检测，一旦某一监护阶段发出请求，系统主机可以快速响应，及时高效的做出反映。

图1 系统基本结构图

4 结语

医疗监护设备是医疗系统中不可缺少的设备之一，传统有线的医疗监护设备占据了大量的医疗资源，在一定程度上制约了医院工作效率和质量的提高。基于ZigBee技术的无线医疗监护系统的构建和应用，解决了有线医疗监护设备存在的问题和缺陷，并且具有维护简单、使用灵活性高、准确性好、成本低等优势，在各大医院的医疗监护服务中具有很高的推广价值。但是限于技术水平的制约，基于ZigBee的无线医疗监护系统还有许多问题需要进一步的完善，随着技术水平的不断提高，ZigBee技术的应用必然会更加深入和灵活，为医疗监护发挥更大的作用。

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