远程脉搏波的监控系统

远程脉搏波的监控系统是一种基于Zigbee网络和LAN网络的新远程脉搏波监控系统。基础网络设施的技术优势是Zigbee网 络的低功耗特性和LAN网络的远距离传输特性,都得到充分的利用。因此,这是一个很好的实现远程健康监测的方法。目 前,已经研制出具有低功耗的探测节点。

医疗监控设备利用了电子、计算机、材料、信息 等专业知识,在现代的医疗服务系统中占有很重要的 作用。医生利用这些医疗设备可以实时地更新病人的信 息。脉搏血氧仪已经成为监测病人的血氧饱和度和心率 的一种标准方法。传统的血氧仪是一种有线的仪器。虽 然可以准确的检测到病人的脉搏波的波形和心率,抗干 扰性也比较好,但是在日常的健康监测中,有线设备不 便于病人的移动。 为了解决这个问题,越来越多的人一直都在研究 微型的无线血氧仪。Mendelson和 Floroff提出了一种 基于ad-hoc移动无线网络的个人掌上电脑方案。这种 个人掌上电脑具有血氧仪功能。它能够检测信号和传 输脉搏波,在个人掌上电脑上处理数据,显示相关信 息。能够很好的完成个人生理参数的监控和显示[1],但 是这只适合一个人的健康的监测。Todd Polk和William Walker提出了一种监测病人血氧饱和度的方法。用血 氧仪连续的检测数据,然后通过无线传感器网络传送到 中心监控站,进行存储和显示[2]。它可以完成多个人的 生理参数的检测,但是受无线传感器网络的通信距离以 及远距离的生理参数检测的限制,Chen 和Han提出一 种基于GPRS网络检测小孩脉搏波和体温的系统。在这 个系统中,用集成的检测模块检测小孩的脉搏波和体温 信息,送到微处理器处理,然后通过GPRS模块发射出 去[3]。虽然这解决了远距离的通信,但是在医院,社区 这样的大环境中,使用起来也很困难。而且GPRS服务 需要很高的成本。

本论文提出的基于Zigbee网络和LAN网络的远程 脉搏波监测系统,充分考虑到Zigbee传感器网络的低功 耗,LAN网的高性价比。这个系统包含无线脉搏波检测节 点。所有节点的数据被传送到远程服务器,处理计算, 存储血氧值和心率值。此监控系统具有以下几点优势: 1). 节点可以设计成一个简单的信号采集装置,降低处理器的计算,减小功耗,降低电路板的复杂度,便 于节点的微型化。 2). 联合Zigbee网络,LAN网络在医院,居民社区等有 限场所实现远距离的健康监测是一种很好的策略。 3). 远程的服务器可以处理大量的数据。系统的兼容性 更好,很实用。

系统的结构 脉搏波监测系统主要包含:Zigbee社区网络、 LAN网络、远程数据服务器。图1每个节点可以与网关 通信;同时每个社区的网关通过电缆连接到LAN网络, 再连接到远程服务器。

远程服务器收集了整个无线传感器网络的检测数 据。首先对其进行去噪,去基线漂移。然后分别计算出 血氧饱和度和心率。最后将每个节点的脉搏波信号的当 前状态分类,存储到系统的数据库。

试验和结果

图7是采样,传输,处理之后的实验室图形。从图 中可以发现,虽然存在一些噪音和基线漂移,但是本系 统在脉搏波的检测和传输表现出很好的性能。 基于小波的方法,DB6小波用来分解原始脉搏波信号

图8是重建之后的脉搏波信号,基本不含有高频分 量。并且波峰值和降中波峰值都可以清楚的识别。

这个基线的漂移主要是人的运动造成的。比如说 呼吸远动。由于脉搏信号的频率很低,因此我们要去掉 低于1Hz一下的部分。图9给出重建之后的波形图。可 以根据表1来计算。

在本系统中,根据公式(2)可知,无线脉搏波的检 测节点的常数A是-0.47,B是1.40,计算得到的血氧饱 和度是98%。

图10给出了原始的脉搏波信号,一阶差分,二阶 差分,以及峰值检测的结果。图中看出二阶差分的峰值 与原始信号的峰值出现是一致。图10中第四幅图是第 三幅图设置预值之后的结果。在实验中,采样频率是 100Hz,峰值点有13个,两个相邻的脉搏波之间之间的 平均点数为是70个。所以心率是每分钟86次。

本文提出了一种脉搏波检测系统是基于Zigbee 网络和LAN网络的技术,主要考虑到低功耗和长距离传 输。因此,这是一种很好的远程控制策略。整个系统由 无线检测节点,网关,远程服务器组成。在一个社区 之内的,每个人的健康参数可以被传输到远程中心服务 器,然后计算出血氧饱和度和心率。在下一步的工作 中,更多的生理参数的检测将加入到系统中来。实现可 靠,准确的生理参数的检测。同时,随着系统扩大,远 程中心服务器对数据的处理能力有待进一步提高。