專(zhuān)利名稱(chēng)：基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療電子器械領(lǐng)域，特別涉及一種對(duì)人體多種生理參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、傳輸、存 儲(chǔ)和監(jiān)護(hù)預(yù)警的基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前使用有線連接的傳統(tǒng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)往往體積和功耗大，只能在特定區(qū)域內(nèi)使用，缺乏靈
活性，限制了病人和醫(yī)護(hù)人員的行動(dòng)；且易引起患者的不舒適，特別是需要長(zhǎng)期監(jiān)護(hù)的患者， 難以實(shí)現(xiàn)患者真實(shí)生理狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，影響檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而無(wú)線技術(shù)可改變傳統(tǒng)有 線監(jiān)護(hù)方式，為患者提供舒適、持續(xù)的生命特征參數(shù)的監(jiān)測(cè)服務(wù)?？墒共》酷t(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中 的設(shè)備具有微型化，無(wú)線化的特點(diǎn)，并能以低成本建立具有良好擴(kuò)展性的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，快 速、方便地解決使用有線方式所不易實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通問(wèn)題。由于沒(méi)有線纜的限制，用戶可在 天線覆蓋范圍內(nèi)移動(dòng)，而不影響實(shí)時(shí)信息交換；由于不需要繁瑣的布線工作，建網(wǎng)時(shí)間可以 大大減少，減少對(duì)正常醫(yī)務(wù)工作的干擾時(shí)間；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，特別是多用戶接口時(shí)，沒(méi)有有線網(wǎng) 絡(luò)的布線雜亂等問(wèn)題，維修十分簡(jiǎn)單快捷；效率更高，可給用戶帶來(lái)更高的投資效益。
以往醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的解決方案，多采用有線方式或簡(jiǎn)單的無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射、接收方式。整 個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)和更新工程較為復(fù)雜，成本也很昂貴，沒(méi)有很好的擴(kuò)展性，安裝在用戶身上的 傳感器也難以自由、靈活地移動(dòng)和接入。同時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)護(hù)，這可能導(dǎo)致關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟 失；監(jiān)護(hù)不同的病人時(shí)，還必須在使用地點(diǎn)重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接操作。若操作不當(dāng)或操作次數(shù) 過(guò)多，可導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)接口損壞，影響設(shè)備正常使用。
在我國(guó)，人口數(shù)量不斷增長(zhǎng)，醫(yī)療衛(wèi)生資源和醫(yī)務(wù)人員明顯供不應(yīng)求。政府的預(yù)測(cè)報(bào)告 顯示，2015年，將會(huì)有114000個(gè)護(hù)士職位空缺。因此，在將來(lái)，對(duì)醫(yī)生、護(hù)士等醫(yī)務(wù)人員 的有效利用率將受到極大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對(duì)人體多種生理參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、傳輸、存儲(chǔ)和監(jiān) 護(hù)預(yù)警的基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。 本發(fā)明的目的可通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括多種內(nèi)置ZigBee模塊的生理參數(shù)微型化模 塊、包括ZigBee模塊的監(jiān)護(hù)基站、護(hù)士中央服務(wù)器，所述生理參數(shù)微型化模塊通過(guò)ZigBee 與監(jiān)護(hù)基站無(wú)線連接，監(jiān)護(hù)基站與護(hù)士中央服務(wù)器相連接，所述病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用三層 管理結(jié)構(gòu)， 一臺(tái)護(hù)士中央服務(wù)器管理多臺(tái)監(jiān)護(hù)基站，每臺(tái)監(jiān)護(hù)基站管理多個(gè)不同類(lèi)型的生理
參數(shù)微型化模塊。所述生理參數(shù)微型化模塊的種類(lèi)包括心電模塊、血氧模塊、呼吸模塊、心 音模塊、體溫模塊。所述監(jiān)護(hù)基站包括數(shù)據(jù)接收處理模塊、信號(hào)分析診斷模塊、通信模塊以 及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。所述護(hù)士中央服務(wù)器包括通信模塊、信息管理模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
進(jìn)一步地，ZigBee的體系結(jié)構(gòu)從下往t包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。
本發(fā)明的目的也可通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括多種內(nèi)置ZigBee模塊的生理參數(shù)微型化模 塊、ZigBee路由器、ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、護(hù)士中央服務(wù)器，所述生理參數(shù)微型化模塊、ZigBee 路由器以及ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器構(gòu)成無(wú)線樹(shù)型局域網(wǎng)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與護(hù)士中央服務(wù)器 相連。所述生理參數(shù)微型化模塊的種類(lèi)包括心電模塊、血氧模塊、呼吸模塊、心音模塊、體 溫模塊。所述護(hù)士中央服務(wù)器包括數(shù)據(jù)接收處理模塊、信號(hào)分析診斷模塊、通信模塊、信息 管理模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
為實(shí)現(xiàn)病區(qū)中的病人無(wú)線式監(jiān)護(hù)，為患者提供舒適的醫(yī)療監(jiān)護(hù)服務(wù)，本發(fā)明創(chuàng)新性地提 出將傳感器微型化，采用穿戴式檢測(cè)技術(shù)，對(duì)病人進(jìn)行包括心電、心音、脈搏、體溫、心率、 血氧等多種生理參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并采用最新的ZigBee短距離無(wú)線通信技術(shù)，構(gòu)建基于 ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用ZigBee無(wú)線檢測(cè)傳輸方式，低功耗、低成本、組網(wǎng) 方便、檢測(cè)參數(shù)多樣、擴(kuò)展交互能力好。ZigBee通信技術(shù)不但能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期、持續(xù)的監(jiān)測(cè)， 而且能夠?qū)Σ∪说慕】禒顩r以及生理信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，有助于醫(yī)生的會(huì)診。同時(shí)依靠減 少醫(yī)生與病人之間的面對(duì)面的會(huì)診，能夠幫助彌補(bǔ)醫(yī)療衛(wèi)生資源的不足，也能維持或提高保 健質(zhì)量?；赯igBee技術(shù)的無(wú)線生理參數(shù)微型化模塊，可實(shí)時(shí)檢測(cè)人體的心電、心率、血氧 飽和度、血壓、呼吸頻率和體溫等重要參數(shù)，并進(jìn)行信號(hào)無(wú)線傳輸，為醫(yī)學(xué)臨床診斷提供重 要的病人信息，而且可實(shí)現(xiàn)對(duì)各參數(shù)的監(jiān)督報(bào)警、信息存儲(chǔ)和傳輸。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明的特色是無(wú)線化、微型化、自動(dòng) 化，根據(jù)醫(yī)院具體實(shí)際可提供相應(yīng)的解決方案。利用ZigBee技術(shù)，創(chuàng)新性地將傳感器與Zigbee 模塊微型化后集成為一個(gè)整體生理參數(shù)檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)生理參數(shù)無(wú)線傳輸?shù)馁N身式檢測(cè)，方 便病人穿戴，大大減少了病人身上的有線連接，方便醫(yī)生對(duì)病人進(jìn)行各種治療操作；采用 ZigBee替代傳統(tǒng)的有線連接，使人體處于自然狀態(tài)，檢測(cè)得到的信號(hào)能夠更真實(shí)地反映其生 理狀況；系統(tǒng)傳輸?shù)攘康纳頂?shù)據(jù)所耗能量?jī)H為藍(lán)牙的三十分之一；另外，病人受監(jiān)護(hù)范圍 可從病房擴(kuò)大到病區(qū)，大大增加了病人的活動(dòng)空間；ZigBee芯片的成本相對(duì)較低，基于ZigBee 技術(shù)的系統(tǒng)具有很高的抗干擾能力和多點(diǎn)接入能力，使得本系統(tǒng)具有低功耗、微型化、低成 本、組網(wǎng)方便、檢測(cè)參數(shù)多樣、擴(kuò)展交互能力好、高可靠性的特點(diǎn)。
本發(fā)明可采集心電信號(hào)、心率、心音、血氧飽和度和體溫等多種生理參數(shù)并采用ZigBee 技術(shù)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，ZigBee接入終端實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)。監(jiān)護(hù)基站實(shí)現(xiàn)了對(duì)各參數(shù)的監(jiān)督報(bào)警、 信息存儲(chǔ)和傳輸，可實(shí)現(xiàn)病房集中無(wú)線監(jiān)護(hù)、病人隨身移動(dòng)監(jiān)護(hù)，幫助醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者病情 進(jìn)行監(jiān)測(cè)和防護(hù)，為患者提供舒適的醫(yī)療監(jiān)護(hù)服務(wù)。
本發(fā)明可大大減少醫(yī)生巡房、護(hù)士測(cè)量、記錄病人生命體征參數(shù)的時(shí)伺和工作量，從而 提高病房醫(yī)療監(jiān)護(hù)管理工作效率。


圖l為基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖2為基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在病區(qū)中的應(yīng)用及結(jié)構(gòu)分布圖3為ZigBee四層結(jié)構(gòu)圖及優(yōu)化三層協(xié)議棧；
圖4為監(jiān)護(hù)基站系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖5為護(hù)士中央服務(wù)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖6為基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在病人移動(dòng)監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用及樹(shù)型結(jié)構(gòu)分布圖； 圖7為基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在病人移動(dòng)監(jiān)護(hù)中護(hù)士中央服務(wù)器系統(tǒng)的層次
結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。 實(shí)施例1
如圖1所示基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括多種內(nèi)置ZigBee模塊的生理參數(shù)微 型化模塊、包括ZigBee模塊的監(jiān)護(hù)基站、護(hù)士中央服務(wù)器，生理參數(shù)微型化模塊通過(guò)ZigBee 與監(jiān)護(hù)基站無(wú)線連接，監(jiān)護(hù)基站與護(hù)士中央服務(wù)器相連接。采用三層管理結(jié)構(gòu)，即一臺(tái)護(hù)士 中央服務(wù)器管理多臺(tái)監(jiān)護(hù)基站，每臺(tái)監(jiān)護(hù)基站管理多個(gè)不同類(lèi)型的生理參數(shù)微型化模塊。生 理參數(shù)微型化模塊的種類(lèi)包括心電模塊、血氧模塊、呼吸模塊、心音模塊、體溫模塊。
每個(gè)生理參數(shù)微型化模塊包括信號(hào)預(yù)處理電路及無(wú)線射頻電路，無(wú)線射頻電路以CC2430 為核心。
每個(gè)無(wú)線模塊通過(guò)ZigBee與主節(jié)點(diǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，主節(jié)點(diǎn)通過(guò)RS232與監(jiān)護(hù)基站相連。 如圖1所示為基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，多個(gè)無(wú)線生理參數(shù)微型化模塊先通過(guò) 傳感器與預(yù)處理電路將生物醫(yī)學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并進(jìn)行干擾抑制、信號(hào)濾波和放大等預(yù) 處理；然后通過(guò)CC2430內(nèi)置ADC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣、量化，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入基于 ZigBee技術(shù)的RF發(fā)射器送往主節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)通過(guò)RS232送往監(jiān)護(hù)基站。監(jiān)護(hù)基站將 多個(gè)無(wú)線生理參數(shù)微型化模塊整合起來(lái)，對(duì)一個(gè)病人的心電、血氧、呼吸、心音和體溫等生
理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，顯示監(jiān)護(hù)和報(bào)警信息；結(jié)合其他生化參數(shù)和病人信息確定病人病情狀態(tài)。 監(jiān)護(hù)基站可以與護(hù)士中央服務(wù)器進(jìn)行通訊，并接受服務(wù)器的控制。護(hù)士中央服務(wù)器連接多臺(tái) 監(jiān)護(hù)基站，使得護(hù)士既可同時(shí)監(jiān)護(hù)多名病人的狀況，又可對(duì)某個(gè)病人的生理信息進(jìn)行特定觀 察，為醫(yī)生和患者提供人性化服務(wù)。而且，護(hù)士中央服務(wù)器負(fù)責(zé)管理病人信息并與醫(yī)院信息 系統(tǒng)連接。
如圖2所示，基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在病區(qū)中的應(yīng)用及星型群體結(jié)構(gòu)分布圖， 采用無(wú)線通信方式，實(shí)現(xiàn)了護(hù)士中央服務(wù)器與各個(gè)病房床邊監(jiān)護(hù)基站間的實(shí)時(shí)通信，具有安 裝維護(hù)方便、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低以及利用率高等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)由護(hù)士中央服務(wù) 器、床邊監(jiān)護(hù)基站群和無(wú)線生理參數(shù)微型化模塊群組成。護(hù)士中央服務(wù)器位于護(hù)士站，管理 多臺(tái)監(jiān)護(hù)基站，通過(guò)局域網(wǎng)值班護(hù)士可同時(shí)監(jiān)護(hù)多名病人的狀況。每臺(tái)監(jiān)護(hù)基站協(xié)調(diào)一個(gè)軀 域傳感網(wǎng)，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理多個(gè)生理參數(shù)微型化模塊，無(wú)線監(jiān)護(hù)病人多個(gè)生理參數(shù)。 ZigBee作為一種供固定或移動(dòng)設(shè)備使用的、低復(fù)雜度、低成本和低功耗的低速率無(wú)線連接技 術(shù)，非常適合組建穿戴式監(jiān)護(hù)的前端無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，可以大大減少危重病人身上的電纜連線， 方便病人佩戴，又方便醫(yī)生護(hù)士的診療操作。
如圖3所示為ZigBee四層結(jié)構(gòu)圖及優(yōu)化三層協(xié)議棧。四層結(jié)構(gòu)圖從下往上為物理層 (PHY)、數(shù)據(jù)鏈路層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NET)、應(yīng)用層(APL)，本實(shí)施例去掉網(wǎng)絡(luò)層，優(yōu)化成 三層結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用Chipcon公司的CC2430射頻芯片，它是具有高性能8051內(nèi)核的無(wú)線單 片機(jī)，在單個(gè)芯片上集成了微控制器、ZigBeeRF前端和數(shù)模轉(zhuǎn)換等電路。協(xié)議棧根據(jù)ZigBee 協(xié)議自行開(kāi)發(fā)，并根據(jù)應(yīng)用實(shí)際優(yōu)化協(xié)議棧。由于無(wú)線生理參數(shù)微型化模塊子節(jié)點(diǎn)RFD結(jié)構(gòu) 相對(duì)固定，數(shù)據(jù)傳輸僅在子節(jié)點(diǎn)RFD與監(jiān)護(hù)基站主節(jié)點(diǎn)C00RD間進(jìn)行，因此采用星型拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建周期短，數(shù)據(jù)傳輸效率高。在星型網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)層的功能變得冗余，因此本發(fā) 明對(duì)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行精簡(jiǎn)，實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)議棧從MAC層直接跳躍到APL層，從而提高網(wǎng)絡(luò)效 率。另外網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的IEEE地址統(tǒng)一分配，消息目的節(jié)點(diǎn)的短地址均已知，因此采用靜態(tài) PAN IDs、直接消息模式，以免產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)沖突。
主節(jié)點(diǎn)C00RD掃描信道，如果管理層實(shí)體找到合適通道，則利用所得信息為新網(wǎng)絡(luò)選擇 一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符。網(wǎng)絡(luò)建立成功后，可啟動(dòng)各RFD先后進(jìn)行MAC層復(fù)位、信道掃描、PAN選 擇、連接請(qǐng)求，若得到C00RD的請(qǐng)求確認(rèn)和連接響應(yīng)，則RFD成功入網(wǎng)，各無(wú)線生理參數(shù)微 型化模塊子節(jié)點(diǎn)RFD開(kāi)始工作。另外，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)IEEE地址的唯一性建立了長(zhǎng)短地址映射機(jī) 制，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中均使用16位短地址模式而非64位長(zhǎng)地址模式，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率 及網(wǎng)絡(luò)性能。
ZigBee的理論傳輸速率為250kbps，但實(shí)際上每完成1Byte的負(fù)載需要外加大約50Bytes 的幀信息，因此，即使使用非應(yīng)答式信號(hào)傳遞模式，完成一次收發(fā)至少要5ms以上。為進(jìn)一 步提高實(shí)際傳輸速度，采用FIF0 (先進(jìn)先出)緩沖技術(shù)。即每個(gè)RFD將采樣得到的數(shù)據(jù)暫存 進(jìn)緩沖區(qū)，直到接收到C00RD的發(fā)送命令時(shí)才一并將所有數(shù)據(jù)發(fā)給C00RD。而C00RD每隔五 個(gè)中斷(25ms)對(duì)五個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)輪流發(fā)送命令，從而取得數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性與網(wǎng)絡(luò)高效性的折中。
系統(tǒng)應(yīng)用的一大特點(diǎn)是在一定的空間構(gòu)建多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(如圖2)， ZigBee網(wǎng) 絡(luò)有16個(gè)信道，而應(yīng)用中每一信道均滿負(fù)荷，所以在病區(qū)內(nèi)最多只能構(gòu)建16個(gè)獨(dú)立的軀感 網(wǎng)。并采用信道及網(wǎng)標(biāo)鎖定技術(shù)，即各網(wǎng)絡(luò)使用不同信道，設(shè)定不同PANID。從而使得每個(gè) 網(wǎng)絡(luò)具有唯一的信道、網(wǎng)標(biāo)，避免了網(wǎng)絡(luò)沖突，提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。
為保證網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)能力，在MAC層中使用幀校驗(yàn)序列(FCS)。幀校驗(yàn)序列字段FCS 是一個(gè)16比特的序列，它具有很強(qiáng)的檢錯(cuò)能力，能檢測(cè)出在任何位置上的3個(gè)以內(nèi)的錯(cuò)誤、 所有的奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤、16個(gè)比特之內(nèi)的連續(xù)錯(cuò)誤以及大部分的大量突發(fā)錯(cuò)誤。通過(guò)檢査所傳輸 幀數(shù)據(jù)的完整性，F(xiàn)CS可以進(jìn)行高級(jí)別的物理差錯(cuò)控制。首先，傳輸方使用基于幀中所有位 的值的算法得出序列號(hào)。然后接收方對(duì)接收到的幀采用相同的算法，將得到的值與CRC作比 較。由于系統(tǒng)涉及對(duì)病人的無(wú)線監(jiān)護(hù)控制，網(wǎng)絡(luò)的安全性至關(guān)重要。為防止惡意破壞，采用 基于鏈路密鑰和網(wǎng)絡(luò)密鑰的網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)。通過(guò)設(shè)置主節(jié)點(diǎn)C00RD的網(wǎng)絡(luò)層PIB (PAN Information Base,個(gè)域信息庫(kù))屬性，為網(wǎng)絡(luò)提供安全服務(wù)。另外，COORD對(duì)入網(wǎng)的路由 或子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，防止非法節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)。從而為病人提供安全的監(jiān)護(hù)控制。
如圖4所示為監(jiān)護(hù)基站系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖，監(jiān)護(hù)基站的系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收處理模塊、信 號(hào)分析診斷模塊、通信模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。每一模塊的功能及特點(diǎn)如下
數(shù)據(jù)接入模塊通過(guò)RS 232或USB2. 0與ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信，包括驅(qū)動(dòng)和通信應(yīng)答 協(xié)議。RS 232采用115200kbps波特率，USB2. 0采用480Mbps速率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足病區(qū)生理數(shù)據(jù) 吞吐量要求。
網(wǎng)絡(luò)通信模塊監(jiān)護(hù)基站通過(guò)局域網(wǎng)連接到護(hù)士中央服務(wù)器，和中央服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通 信，利用Socket以及多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)。采用流式套接字，提高對(duì)用戶的響應(yīng)速度并且實(shí)時(shí)處 理所需數(shù)據(jù)以便同時(shí)完成工作；多線程通過(guò)利用用戶事件之間很小的時(shí)間段在后臺(tái)處理數(shù)據(jù) 以實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)基站和中央服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信。
數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)心電信號(hào)、容積波采用整系數(shù)線性二階五點(diǎn)平均滑動(dòng)低通濾波器，能 對(duì)50Hz工頻陷波，對(duì)高頻干擾有較好的抑制作用，而且濾波器對(duì)ECG信號(hào)的中心頻率幅值損 失不大，17Hz的相對(duì)幅值為83%;對(duì)呼吸信號(hào)采用20點(diǎn)平均滑動(dòng)低通濾波器。
輔助診斷模塊采用基于形態(tài)匹配的特征提取算法對(duì)心電圖、容積波、呼吸波進(jìn)行特征
提取；采用小波分析法對(duì)心音圖進(jìn)行特征提取。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建生理參數(shù)診斷專(zhuān)家?guī)鞂?duì)各 種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。
異常報(bào)警模塊根據(jù)專(zhuān)家?guī)煸\斷結(jié)果，對(duì)潛在病理性信號(hào)進(jìn)行報(bào)警，提示護(hù)士對(duì)病人進(jìn) 行及時(shí)護(hù)理。
數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 2000， ODBC接口實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)的訪問(wèn)。主要建立患者信息庫(kù)及生理參數(shù)庫(kù)。
圖形化人機(jī)接口 用可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言￥^1^1[++編制應(yīng)用程序，充分利用Windows MFC 的圖形界面風(fēng)格，多任務(wù)管理以及與設(shè)備無(wú)關(guān)性支持等特長(zhǎng)，為護(hù)士提供人性化操作界面。 包括波形顯示、信息輸入、參數(shù)設(shè)定等功能。
如圖5所示為護(hù)士中央服務(wù)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖，護(hù)士中央服務(wù)器的系統(tǒng)包括包括通信 模塊、信息管理模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。每一模^t的功能及特點(diǎn)如下
網(wǎng)絡(luò)通信模塊主要與各個(gè)監(jiān)護(hù)基站建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收及遠(yuǎn)程控制。并與醫(yī)院信
息系統(tǒng)、信息科服務(wù)器連接，納入醫(yī)院信息的統(tǒng)一管理體系。
異常報(bào)警模塊隨時(shí)處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，響應(yīng)基站的報(bào)警。
手動(dòng)診斷模塊為臨床醫(yī)師提供歷史數(shù)據(jù)，并測(cè)量各種生理參數(shù)，方便醫(yī)師做進(jìn)一步診斷。
數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊建立患者信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包括患者信息的添加、修改、刪除等操作，建立 患者病歷信息表。定期備份各個(gè)監(jiān)護(hù)基站的數(shù)據(jù)。
用戶界面監(jiān)護(hù)管理模塊供醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)查詢?nèi)我换颊弋?dāng)前生理狀態(tài)，査詢患者歷史生 理信息。屏幕波形顯示模塊的功能是供醫(yī)護(hù)人員直觀地觀察患者的生理信息和進(jìn)行相關(guān)操作， 包括普通患者監(jiān)護(hù)區(qū)、重癥監(jiān)護(hù)區(qū)。
實(shí)施例2
為進(jìn)一步擴(kuò)大用戶在病區(qū)無(wú)線監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的可移動(dòng)區(qū)域，如圖6系統(tǒng)采用樹(shù)型拓?fù)?構(gòu)建病區(qū)的全無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)三個(gè)核心棧參數(shù)(棧深度MaxD印th:5，最大子節(jié)點(diǎn)數(shù) MaxChildren=17，和最大路由數(shù)MaxRoutersPerParent=4)構(gòu)建三層樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用傳 統(tǒng)四層體系結(jié)構(gòu)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)，如果管理層實(shí)體找到合適通道，則為新網(wǎng)絡(luò) 選擇一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符。網(wǎng)絡(luò)建立成功后，ZigBee路由器可通過(guò)預(yù)先分配的父設(shè)備直接同網(wǎng)絡(luò) 連接。ZigBee路由器成功入網(wǎng)，則可啟動(dòng)各無(wú)線生理參數(shù)微型化模塊入網(wǎng)并開(kāi)始工作，并與 病區(qū)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行通訊。微型化模塊、路由器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、護(hù)士中央服務(wù)器之間能進(jìn)行 交互式無(wú)線通信，形成了一個(gè)分布式無(wú)線交互通信網(wǎng)絡(luò)。從而實(shí)現(xiàn)病人在病區(qū)任何位置的移 動(dòng)生理監(jiān)護(hù)。系統(tǒng)組網(wǎng)靈活簡(jiǎn)便，根據(jù)病區(qū)具體實(shí)際提供多種解決方案。克服了有線方式的
連線繁瑣、安裝復(fù)雜、故障率高和維護(hù)困難等缺點(diǎn)。
如圖7所示為基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在病人移動(dòng)監(jiān)護(hù)中護(hù)士中央服務(wù)器系統(tǒng)的 層次結(jié)構(gòu)圖，護(hù)士中央服務(wù)器的系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收處理模塊、信號(hào)分析診斷模塊、通信模塊、 信息管理模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。每一模塊的功能及特點(diǎn)如下
數(shù)據(jù)接入模塊通過(guò)RS 232或USB2. 0與ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信，包括驅(qū)動(dòng)和通信應(yīng)答 協(xié)議。RS 232采用115200kbps波特率，USB2. 0采用480Mbps速率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足病區(qū)生理數(shù)據(jù) 吞吐量要求?！?br> 數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)心電信號(hào)、容積波采用整系數(shù)線性二階五點(diǎn)平均滑動(dòng)低通濾波器，能 對(duì)50Hz工頻陷波，對(duì)高頻干擾有較好的抑制作用，而且濾波器對(duì)ECG信號(hào)的中心頻率幅值損 失不大，17Hz的相對(duì)幅值為83X;對(duì)呼吸信號(hào)采用20點(diǎn)平均滑動(dòng)低通濾波器。
輔助診斷模塊采用基于形態(tài)匹配的特征提取算法對(duì)心電圖、容積波、呼吸波進(jìn)行特征 提?。徊捎眯〔ǚ治龇▽?duì)心音圖進(jìn)行特征提取。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建生理參數(shù)診斷專(zhuān)家?guī)鞂?duì)各 種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。
異常報(bào)警模塊根據(jù)專(zhuān)家?guī)煸\斷結(jié)果，對(duì)潛在病理性信號(hào)進(jìn)行報(bào)警，提示護(hù)士對(duì)病人進(jìn) 行及時(shí)護(hù)理。
網(wǎng)絡(luò)通信模塊主要與各個(gè)監(jiān)護(hù)基站建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收及遠(yuǎn)程控制。并與醫(yī)院信
息系統(tǒng)、信息科服務(wù)器連接，納入醫(yī)院信息的統(tǒng)一管理體系。
數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊建立患者信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包括患者信息的添加、修改、刪除等操作，建立 患者病歷信息表。定期備份各個(gè)監(jiān)護(hù)基站的數(shù)據(jù)。
用戶界面監(jiān)護(hù)管理模塊供醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)査詢?nèi)我换颊弋?dāng)前生理狀態(tài)，查詢患者歷史生 理信息。屏幕波形顯示模塊的功能是供醫(yī)護(hù)人員直觀地觀察患者的生理信息和進(jìn)行相關(guān)操作， 包括普通患者監(jiān)護(hù)區(qū)、重癥監(jiān)護(hù)區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括多種內(nèi)置ZigBee模塊的生理參數(shù)微型化模塊、包括ZigBee模塊的監(jiān)護(hù)基站、護(hù)士中央服務(wù)器，所述生理參數(shù)微型化模塊通過(guò)ZigBee與監(jiān)護(hù)基站無(wú)線連接，監(jiān)護(hù)基站與護(hù)士中央服務(wù)器相連接，所述病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用三層管理結(jié)構(gòu)，一臺(tái)護(hù)士中央服務(wù)器管理多臺(tái)監(jiān)護(hù)基站，每臺(tái)監(jiān)護(hù)基站管理多個(gè)不同類(lèi)型的生理參數(shù)微型化模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述生理參 數(shù)微型化模塊的種類(lèi)包括心電模塊、血氧模塊、呼吸模塊、心音模塊、體溫模塊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)護(hù)基 站包括數(shù)據(jù)接收處理模塊、信號(hào)分析診斷模塊、通信模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述護(hù)士中 央服務(wù)器包括通信模塊、信息管理模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，ZigBee的體 系結(jié)構(gòu)從下往上包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。
6、 一種基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在T，包括多種內(nèi)置ZigBee模塊的生 理參數(shù)微型化模塊、ZigBee路由器、ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、護(hù)士中央服務(wù)器，所述生理參數(shù)微 型化模塊、ZigBee路由器以及ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器構(gòu)成無(wú)線樹(shù)型局域網(wǎng)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器 與護(hù)士中央服務(wù)器相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述生理參 數(shù)微型化模塊的種類(lèi)包括心電模塊、血氧模塊、呼吸模塊、心音模塊、體溫模塊。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述護(hù)士中 央服務(wù)器包括數(shù)據(jù)接收處理模塊、信號(hào)分析診斷模塊、通信模塊、信息管理模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù) 服務(wù)器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括多個(gè)無(wú)線生理參數(shù)微型化模塊、監(jiān)護(hù)基站、護(hù)士中央服務(wù)器。本發(fā)明還公開(kāi)了基于ZigBee的病房無(wú)線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在病區(qū)集中無(wú)線監(jiān)護(hù)、病人隨身移動(dòng)監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用。本發(fā)明可采集心電信號(hào)、心率、心音、血氧飽和度和體溫等多種生理參數(shù)并采用ZigBee技術(shù)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)病區(qū)集中無(wú)線監(jiān)護(hù)、病人隨身移動(dòng)監(jiān)護(hù)，方便醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者病情進(jìn)行監(jiān)測(cè)和防護(hù)。本發(fā)明本系統(tǒng)具有低功耗、微型化、低成本、組網(wǎng)方便、檢測(cè)參數(shù)多樣、擴(kuò)展交互能力好、高可靠性的特點(diǎn)；能夠更真實(shí)地反映人體生理狀況；可以大大減少危重病人身上的電纜連線，方便病人佩戴，又方便醫(yī)生護(hù)士的診療操作。
文檔編號(hào)H04L12/28GK101371801SQ20081019907
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者吳效明, 張攀登, 林紹杰 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)