CN203251437U - 基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统。其目的是提供一种新型的基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统，设计简单、易于实现、便于携带、可扩展性强，且成本相对较低。一种基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统，包括：多生理参数采集器、基于树形和星形无线混合传感网络和中心监护站；所述多生理参数采集器，用于采集病人的生命特征(血压、心率、血氧饱和度和体温)，所述基于树形和星形无线混合传感网络，将多生理参数采集器采集的生理数据传输至中心监护站的监控计算机。

Description

基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统。

背景技术

重症监护治疗室（Intensive Care Unit，ICU）是集中各有关专业的知识和技术，先进的监测和治疗设备，对重症病人的生理功能进行严密监测和及时有效治疗的专门单位。危重病的监护与治疗是近年来兴起的一门临床学科，是社会现代化和医学科学发展的必然趋势。ICU的监护水平如何，设备是否先进，已成为衡量一个医院水平的重要标志。我国的ICU起步较晚，开始于80年代初期，目前国内ICU主要集中在少数权威医院，其所能接纳的病人数量极度受限，而那些准危重病人同样需要监控。因此如何利用现代信息技术拓展ICU的病人监控范围，对全院有潜在危险的准危重病人实施广泛和密切的生命体征监测，并据此进行判断和治疗，将危重疾病状态控制在萌芽之中具有重大意义。

病人的血压、心率、体温和血氧(SaO₂)是其重要生命体征，通常可采用多参数监护仪上对它们分别进行测量。目前市场上相应的产品存在结构复杂、价格昂贵、不宜携带等缺点，只能在特定的病房中使用，而且有线的传输方式不仅限制了病人的运动，还增加了院内感染发生率和病房混乱。无线监护可采用无线方式传送病人的生理信号，从而减少病房内反复应用的导线数量，使病人感觉自然舒适。此外，病人的生理信号还可通过无线网络传送到医生办公室，甚至通过GSM方式经iPad在异地城市进行动态查看，更加方便地掌握病人的信息。随着生物医学传感器的微型化、信息处理和无线数据传输技术的快速发展和普及，无线医疗监护技术会逐渐成为热点。

目前病人生理参数无线监测的解决方案，多采用Wifi、GPRS、3G、ZigBee或蓝牙等无线传输方案对病人单一的生理参数进行监测，或者通过多个无线生理参数监测功能模块完成病人多生理参数的监测。整个系统设计复杂、价格昂贵、扩展性差、便携性差，很难进一步应用在医院大量的准危重病人身上，大多还处于概念和理论研究阶段。

经对现有技术的文献检索发现，发现中国专利公开号：CN101371801A，名称：基于ZigBee病房监护系统。该专利公开了一种基于ZigBee的病房无线监护系统，可采集心电信号、心率、心音、血氧饱和度和体温等多种生理参数，并且每种生命参数模块都采用ZigBee技术无线传输数据。由于该监护系统各个生理参数模块是相互独立的，且需安装在病人身体上，故不易携带。该监护系统各个无线ZigBee节点可自组织成网状拓扑网络，虽然可实现病区病人随身移动监护，但随着终端节点数目的增加，数据的传输存在延迟和丢失，而且系统成本也明显增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种新型的基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统，设计简单、易于实现、便于携带、可扩展性强，且成本相对较低。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统，包括：多生理参数采集器、基于树形和星形无线混合传感网络和中心监护站；所述多生理参数采集器，用于采集病人的生命特征，所述基于树形和星形无线混合传感网络，将多生理参数采集器采集的生理数据传输至中心监护站的监控计算机。

所述基于树形和星形无线混合传感网络包括一个Zigbee树形网络子系统和若干星形网络子系统；所述Zigbee树形网络系统包括一个协调器节点、若干个路由器节点以及若干个终端节点，所述协调器节点负责建立一个Zigbee树形网络并维护此网络信息，所述路由器节点，用于维护节点路由表，并负责转发网络中的数据，所述终端节点负责与星形网络子系统的主节点进行信息互传；每个星形网络子系统包括一个主节点和若干从节点，所述主节点与终端节点通过串口连接，所述从节点将多生理参数采集器采集的生理数据发送至主节点，主节点将收到的生理数据进行汇总打包；主节点将收集汇总打包的生理数据转发至终端节点，再经由路由器节点发送至协调器节点，所述协调器节点以USB通信方式传输给中心监护站的监控计算机。

其中，所述Zigbee树形网络子系统的协调器节点、路由器节点和终端节点均为无线Zigbee射频收发器，包括微控制器模块、Zigbee射频前端模块和射频功放模块；所述星形网络子系统的主节点和从节点均为点对点无线射频收发器，包括微控制器模块、点对点射频前端模块和射频功放模块。

所述多生理参数采集器包括：压力传感器和充气泵，用于测量病人心率与血压；红外光电传感器，用于测量病人血氧饱和度；热敏电阻，用于测量病人体温；生理信号处理器，用于处理采集的生理信息。

其中，所述压力传感器、充气泵、红外光电传感器、热敏电阻和生理信号处理器集成在一起，佩戴在病人手臂上，从而使多生理参数采集器便于携带；所述红外光感传感器制作成夹子，夹在病人的手指上，所述红外光感传感器的信号输出与生理信号处理器连接。所述生理信号处理器集成了生理信号处理电路和点对点无线射频收发器。其工作方式为，首先对上述压力传感器、红外光电传感器与温度传感器输出相关的生理信号进行放大、滤波、模数转换、校准等处理，然后通过点对点无线射频收发器将采集到的生理数据传输出去。

优选地，所述的基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统还包括GSM短信机，通过串口与所述中心监护站的监控计算机连接。病人家属可以通过GMS短信机及时收到病人异常的生理信息。

本实用新型由于采用了上述技术方案，与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型一种基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统将点对点无线星形网络与树形拓扑Zigbee无线网络结合，很好地扩展了网络容量，即在Zigbee树形网络的终端节点处通过点对点通信方式扩展了多个无线传感节点；由于点对点通信成本是所有无线通信中最低的一种，因此在同等网络容量下，混合网络的成本要比Zigbee树形网络或者网状网络的成本更低，同时避免了无线传感节点Zigbee协议网络层的二次开发，大大缩短了开发周期；此外，由于星形网络子系统可以将多个无线传感节点的信息汇总打包并一起发送到Zigbee树形网络中，相比传统的每种生理参数模块均需带有一个无线Zigbee传感节点组成的树形网络，其传输效率明显提高，进而使得医院能够及时对准危重病人的生命体征进行及时监控并尽早干预，从而大大减少医疗事故、提高病人生存率、减轻护士和医生劳动负担。

附图说明

通过以下本实用新型的实施例并结合附图的描述，示出本实用新型的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中：

图1为本实用新型一种基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统的结构示意图；

图2为本实用新型的一个较优实施例中多生理参数采集器的结构示意图；

图3为本实用新型的一个较优实施例中Zigbee树形网络子系统的各节点的结构组成示意图；

图4为本实用新型的一个较优实施例中星形网络子系统的各节点的结构组成示意图；

图5为本实用新型的一个较优实施例中中心监护站的监控软件界面图。

具体实施方式

如图1搭建本实用新型基于无线网络的区域化准危重病人实时监护系统，整个系统主要由腕式多生理参数采集器3、基于树形和星形无线混合传感网络2和中心监护站1组成。

其中，基于树形和星形无线混合传感网络2包括一个Zigbee树形网络子系统21和若干星形网络子系统22。基于Zigbee无线树形网络子系统21由协调器节点211、路由器节点212和终端节点213三类节点组成。基于点对点无线星形子系统22由一个主节点221和多个从节点222组成，用于实现单个病房内多个病人生理信息的采集和汇总。各个节点由点对点无线收发器组成，从节点222将采集到生理数据发送至主节点221，主节点221将收到的数据进行汇总。协调器节点211负责建立一个Zigbee树形网络并维护此网络信息，路由器节点212维护节点路由表，并负责转发网络中的数据，终端节点213则通过串口连接与基于点对点无线星形子系统22的主节点221进行信息互传。其工作方式为，基于点对点无线星形子系统22的主节点221收集汇总同一病房内多个从节点222采集到的生理数据，经过串口将信息直接转发至基于Zigbee无线树形网络子系统21的终端节点213，然后经由多个路由器节点212发送至远端的协调器节点211。协调器节点211将收集到的各个病房病人的生理信息以USB通信方式传输给中心监护站1，从而实现传感数据的远程传输。

多生理参数腕式采集器3主要包括测量病人心率与血压的压力传感器32和充气泵33、测量病人体温的热敏电阻34、测量病人血氧饱和度的红外光电收发器35和生理信号处理器31等模块，如图2所示。其中气压传感器32、充气泵33、热敏电阻34和信号处理器31集成在一起，制作成腕式佩带在病人手臂上；红外光电收发器35制作成夹子安装于病人手指上，其信号输出与生理信号处理器31连接。

其中，生理信号处理器31主要包括微控制器311、滤波放大312、电源313等模块，其中滤波放大312模块对上述气压传感器32、红外光电收发器35与热敏电阻34输出相关的生理信号进行处理，微控制器311对其进行模数转换、校准等数字处理，之后通过从节点222无线发送出去。

其中，如图3所示，协调器节点211、路由器节点212和终端节点213均为无线Zigbee射频收发器，主要包括微控制器模块311、Zigbee射频前端模块214、射频功放模块215；如图4所示，主节点221和从节点222均为点对点无线射频收发器，主要包括微控制器模块311、点对点射频前端模块223、射频功放模块224。

中心监护站1完成所有病人信息收集、服务器管理、动态显示、自动告警、传输至医院局域网或手持系统等功能，其可视化监控软件界面如图5所示。另外，每个医生也可以在医生办公室11随时查看每个病人的生理信息，病人家属也可通过GSM短信机12及时收到病人异常的生理信息。

所述的GSM短信机通过串口与中心监护站1的监控计算机连接。

本实施例中，微控制器214为ST公司基于Cortex-M3的STM32F103，内部集成了USB、串口、ADC等多种外设；点对点射频前端223为Nordic公司的Nrf24L01，频段为2.4GHz-2.5GHz；射频功放224为RFaxis公司的RFX2401C；Zigbee射频前端214为TI公司兼IEEE802.15.4/Zigbee协议的CC2520；射频功放215为TI公司的CC2591；红外光电收发器35为迈瑞公司手指端血氧指夹ND78108494，气压传感器为Motorola的MPX53GP，热敏电阻34位标准的PT100，供电电源313为3.6v可充电锂电池2200mAh，品牌是HL；GSM短信机12为西门子mc37i；中心监护站的计算机监控软件采用VC#开发；病人信息数据库采用SQL Server建立。整个系统监控病人的数量可达10000，基于点对点无线星形子系统2节点、基于点对点无线星形子系统节点在开阔地上的传输距离分别可达100m、500m以上。在工程安装实施中，协调器节点211、GSM短信机12与中心监护站1的监控计算机连接，位于护士站；医生办公室11可安装具有无线网卡的电脑，以方便医生对中心监护站1的数据库进行访问；各个路由节点212位于医院病房走廊上；各个终端节点213通过串口与主节点221连接并封装在一起，位于各病房门口；各个从节点222与多生理采集器集成在一起，佩戴在准危重病人的手腕上。

Claims (8)

1.一种基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统，其特征在于，包括：多生理参数采集器、基于树形和星形无线混合传感网络和中心监护站；所述多生理参数采集器，用于采集病人的生命特征，所述基于树形和星形无线混合传感网络，将多生理参数采集器采集的生理数据传输至中心监护站的监控计算机。

2.如权利要求1所述的基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统，其特征在于：所述基于树形和星形无线混合传感网络包括一个Zigbee树形网络子系统和若干星形网络子系统；

所述Zigbee树形网络系统包括一个协调器节点、若干个路由器节点以及若干个终端节点，所述协调器节点负责建立一个Zigbee树形网络并维护此网络信息，所述路由器节点，用于维护节点路由表，并负责转发网络中的数据，所述终端节点负责与星形网络子系统的主节点进行信息互传；

每个星形网络子系统包括一个主节点和若干从节点，所述主节点与终端节点通过串口连接，所述从节点将多生理参数采集器采集的生理数据发送至主节点，主节点将收到的生理数据进行汇总；

主节点将收集汇总的病人生理数据转发至终端节点，再经由路由器节点发送至协调器节点，所述协调器节点以USB通信方式传输给中心监护站的监控计算机。

3.如权利要求2所述的基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统，其特征在于：所述Zigbee树形网络子系统的协调器节点、路由器节点和终端节点均为无线Zigbee射频收发器，包括微控制器模块、Zigbee射频前端模块和射频功放模块。

4.如权利要求2所述的基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统，其特征在于：所述星形网络子系统的主节点和从节点均为点对点无线射频收发器，包括微控制器模块、点对点射频前端模块和射频功放模块。

5.如权利要求1或2所述的区域化准危重病人实时监控系统，其特征在于所述多生理参数采集器包括：压力传感器和充气泵，用于测量病人心率与血压；红外光电传感器，用于测量病人血氧饱和度；热敏电阻，用于测量病人体温；生理信号处理器，用于处理采集的生理参数信息。

6.如权利要求5所述的区域化准危重病人实时监控系统，其特征在于：所述压力传感器、充气泵、红外光电传感器、热敏电阻和生理信号处理器集成在一起，佩戴在病人手臂上；所述红外光感传感器制作成夹子，夹在病人的手指上，所述红外光感传感器的信号输出与生理信号处理器连接。

7.如权利要求5所述的区域化准危重病人实时监控系统，其特征在于：所述生理信号处理器集成了生理信号处理电路和点对点无线射频收发器。

8.如权利要求1所述的基于无线网络的区域化准危重病人实时监控系统，其特征在于：还包括GSM短信机，通过串口与所述中心监护站的监控计算机连接。

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