基于无线体域网的老年人生理信号监测系统研究

杨 程

（武汉纺织大学阳光校区，武汉 430200）

基于无线体域网的老年人生理信号监测系统研究

杨 程

（武汉纺织大学阳光校区，武汉 430200）

近年来，我国老年人数量逐渐增加，其身体健康越来越受到人们的关注，因此，加强对老年人在日常生活中的生理参数监测就显得尤为重要。这些实时监测的生理参数可以引导老年人改善膳食结构，制定科学的锻炼计划，从而使其维持良好的身体状态。本文选择人体血氧、体温和心电信号等3个生理参数采集节点对老年人进行监测，并采用蓝牙将传感器采集的数据传输到智能手机，经过手机通信网络与服务中心、用户家人等进行交互，组成无线体域网。

无线体域网 老年人 生理参数 监测系统

在当前社会，我国人口老龄化现象日益加剧，很多发达城市已进入老龄化发展阶段。同时，随着年龄增长，子女相继外出上学、工作，甚至成家，再加上人口平均寿命增长等因素，使空巢老人越来越多，而独居老人的健康监护问题成为当前研究的重点。在经济高速发展的情况下，人们的生活压力日益加剧，生活节奏明显提高，再加上不健康的日常饮食，保健监护的任务也越发艰巨。尽管我国国民经济仍处在稳步增长的阶段，但贫富差距较大，经济发展的速度与老龄化速度不匹配的问题日益明显，导致我国政府还不能为全国人民建立一个相对完善的医疗保障体系。对那些携带慢性病、慢性突发病或需要移动监护的病人来说，该问题尤为突出，一旦病情恶化，病人就无法及时得到有效的专业医师的治疗和救助。

急剧增加的老年人数量，使整个社会面临巨大的医疗挑战。在这种大的社会形势下，越来越多的可穿戴健康监测系统选择可穿戴无线传感器体域网对人体进行实时、远程监测，从而使用户家人或医生能实时掌握患者的人体状况，使病发的患者能得到及时治疗。

1 无线体域网整体设计

无线体域网（Wearable body area network，WBAN）整体设计框图如图1所示。该系统主要采集人体的血氧、体温和心电信号等3个生理参数。采集节点选择可穿戴式的低功耗异质传感器，将采集的体征参数通过蓝牙传输到智能手机，并随即通过互联网传送到远程医疗服务中心的数据库进行分析和反馈，保证可对用户的生理状况进行实时监测。

2 老年人生理信号监测系统设计

图1 WBAN系统框图

老年人生理信号监测系统的血氧、体温和心电信号等3个体征参数节点设计原理图如图2所示。这些体征参数所对应的生理信号通过异质传感器采集后，经过放大电路、滤波电路后转化为电信号并传递到微控制器进行A/D转换，然后，通过蓝牙传至智能手机进行数据处理。

图2 人体体征参数采集节点框图

3 关键模块设计

3.1 血氧模块设计

血氧饱和度(SPO2)简称血氧，是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是研究呼吸循环系统的重要生理参数。测量任务是以指套式光电传感器为核心实现的，测量时，只需在人的手指上套上传感器，然后将手指作为盛装血红蛋白的透明容器，用波长660nm的红光和940nm的近红外光作为射入光源，测量通过组织床的光传导强度，再以此为依据计算血红蛋白浓度及血氧饱和度。其测量电路原理如图3所示。

3.2 体温模块设计

体表温度的测量是通过测量与皮肤紧密接触的金属箔的电阻实现的。本测量方法采用比例运算法，该方法能有效去除低频噪声的干扰。而在测量硬件电路中，我们采用AD7783集成芯片，它是一个24位的AD采集芯片，内部有2个200pA的集成电流源，片上有可编程的放大器及数字滤波器。AD7783芯片十分适合测量低频率信号（如应变片、压力传感器、温度传感器等采集到的信号），因此，十分适合本监测系统，其具体测量电路如图4所示。

图3 血氧信号测量电路图

图4 体温测量电路

3.3 心电模块设计

心电信号是心脏的生物电过程和心脏组织的生物化学过程中的重要信号。心电信号十分微弱，仅为毫伏级别，所以抗干扰能力较差。而电极与皮肤之间又常会出现接触不良或脱落的问题，带来不稳定的干扰，对心电信号造成极大影响。因此，在测量过程中，要求测量电极与皮肤紧密接触，以提取高质量的心电信号。在测量心电信号时，必须采用能与皮肤紧密接触且导电性能好的材料。根据要求，我们选用两种电极，一种是镀银的薄片电极，一种是带有导电硅胶的电极。此外，由于心电信号比较微弱，因此，在采集信号前，需对其放大，在此，前段放大器采用仪表放大器。另外，需要说明的是，在电路设计时，需充分考虑工频干扰问题。其测量电路原理如图5所示。

图5 心电信号测量电路图

4 结语

从上文介绍中可以了解到，基于无线体域网的老年人健康监护系统主要有以下几个特点：第一，本系统主要使用无线体域网，对多个生理参数进行实时数据采集，改变了传统有线式的、单参数的测量方法，增强了测量系统的灵活性、便携性、实时性；第二，测试系统中生理参数节点采用可穿戴性设计，增强了系统的移动性，不会影响监测对象的日常活动，系统也可以对生理参数进行实时采集，所得的数据可靠性增强，获得的有用信息增加，参考价值也增大；第三，无线体域网系统具有操作简单、成本低的优点，同时，其还能保证系统与远端的医疗中心进行数据交换，提高医院的医疗资源利用率，减少资源浪费，从而减少老年人的就医成本；第四，此外，由无线体域网收集到的数据还能发送到老人家属的手机上，帮助亲属了解老人的情况，便于对老人进行远程监护，确保患者遇到突发情况时，患者家属或医护人员可以在第一时间得知并采取有效措施，避免患者受到不必要的伤害。

现如今，我国空巢老人的数量和比例急剧增加，加快了我国进入老龄化社会的速度，导致社会养老负担不断加重。另一方面，我国目前的社会医疗资源严重不足，以至于社会上的医疗费用不断升高，医疗改革的需求不断提高。随着科技的发展，医疗模式必将从传统的以疾病治疗为主的模式向以疾病预防为主的模式转变，从以医医生为主的模式向以家庭病人为主的模式转变，在这种情况下，基于无线体域网的健康监护系统非常符合我国老龄化社会发展趋势的需求，在未来的社会发展中必将创造巨大的社会效益和经济效益。

[1]苌飞霸，尹军.一种可穿戴无线体域网系统的研究[J].生物医学工程与临床，2014，（5）：413-416.

[2]轩运动，赵湛.基于无线体域网技术的老年人健康监护系统的设计[J].计算机研究与发展，2011，（3）：355-359.

[3]孙广维，杨小天.基于蓝牙技术的可穿戴智能环境参数采集系统[J].长春大学学报，2015，（4）：1-4.

[4] 宋银灏，费允锋.基于MEMS的可穿戴无线体域网设计与实现[J].测控技术，2015，34(5)：5-8.

[5]邓世洲，高伟东.无线体域网技术研究现状与展望[J].传感器与微系统，2014，（11）：1-4.

[6] Seyedi M，Kibret B，Lai D T H. A Survey on Intrabody Communications for Body Area Network Applications[J]. IEEE Transactions on Biomedical Engineering，2013，（8）：2067-2079.

[7]Anup Thapa，Seokjoo Shin. Qos Provisioning in Wirelsee Body Area Networks：A Review on MAC Aspects[J]. KSII Transactions on Internet & Information Systems，2012，（5）：1267-1285.

Research on the Physiological Signal Monitoring System of the Aged People Based on Wireless Body Area Network

YANG Cheng
(Sunshine campus of Wuhan Textile University, Wuhan 430200)

In our country, the number of old people is improving, their health is attracting more and more attention, s o knowing about the physiological parameter of the old people in daily life is becoming more important. The physiological parameter can provide the direction for the old people to improve the dietary pattern and make scientific exercise program, to keep the good physical state.In the text, the writer choose the blood oxygen, the temperature and the electrocardiosignal to monitor the old people, and s end the data of sensor to cellphone through the Bluetooth. At last, the data interact with the se rvice centre, the family of user through the network of cellphone to consist of the wireless body area network.

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