線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network)是一項綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù),、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù),、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域技術(shù)的新興技術(shù)，該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用場景,。

　　隨著技術(shù)的發(fā)展,，WSN(Wireless Sensor Network)將會在醫(yī)療實踐的許多方面產(chǎn)生深遠影響。本文主要闡述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及監(jiān)護節(jié)點設(shè)計的一般原則。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

　　在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)布置大量傳感器節(jié)點,，節(jié)點間采用自組織方式進行組網(wǎng)以及利用無線通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),，每個節(jié)點都具有數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)融合轉(zhuǎn)發(fā)雙重功能。節(jié)點對本身采集到的信息和其它節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)給它的信息進行初步的數(shù)據(jù)處理和信息融合之后以相鄰節(jié)點接力傳送的方式傳送到基站,，然后通過基站以互聯(lián)網(wǎng),、衛(wèi)星等方式傳送給最終用戶。

　　節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能單元,，具體應(yīng)用不同,，節(jié)點的設(shè)計也不盡相同。傳感器節(jié)點的基本組成模塊有：傳感單元,、處理單元,、通信單元以及電源部分。此外,，根據(jù)具體應(yīng)用要求可以添加功能單元,，如：定位系統(tǒng)、移動系統(tǒng)以及電源自供電系統(tǒng)等,。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療中的應(yīng)用情況

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)利用其自身的優(yōu)點(如低費用,、簡便、快速,、實時無創(chuàng)的采集患者的各種生理參數(shù)等等),，使其在醫(yī)療研究、醫(yī)院普通／ICU病房或者家庭日常監(jiān)護等領(lǐng)域中有很大的發(fā)展?jié)摿?，是目前研究領(lǐng)域的熱點,。

　　在病人身上放置用于檢測人體參數(shù)的微型傳感器節(jié)點，可對病人的心率,、血壓,、心電、心音等生理參數(shù)進行遠程實時監(jiān)測,，并將信息匯總傳送給監(jiān)護中心,，進行及時處理與反饋；利用WSN長期收集被觀察者的人體生理數(shù)據(jù),，對了解人體健康狀況以及研究人體疾病都很有幫助,。此外，在藥物管理和研制新藥品,、血液管理等諸多方面,，也有其獨特的應(yīng)用?？傊?，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為未來的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)提供了更加簡便,、低費用的實現(xiàn)手段。

　　基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療體系結(jié)構(gòu)

　　基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)主要由醫(yī)療傳感器節(jié)點,、醫(yī)療監(jiān)護基站(醫(yī)療SINK節(jié)點)以及社區(qū)／醫(yī)院監(jiān)護中心這幾個部分組成,。

　　醫(yī)療傳感器節(jié)點與監(jiān)護基站組成個人／家庭或者病房無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，多個這樣的網(wǎng)絡(luò)可以組成社區(qū)或整個醫(yī)院監(jiān)護網(wǎng)絡(luò),，甚至更大范圍的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng),。首先，醫(yī)療傳感器節(jié)點采集人體生理參數(shù),，并對采集到參數(shù)簡單處理后,，通過無線通信的方式直接或者間接逐跳方式把數(shù)據(jù)傳輸?shù)交旧稀１O(jiān)護基站對數(shù)據(jù)進行進一步處理后轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)護中心,，監(jiān)護中心進行分析處理,，并及時對病人進行信息反饋。監(jiān)護中心還可以采用多種方式(Internet,，移動通信網(wǎng)絡(luò)等)進行遠程數(shù)據(jù)傳輸,，與其它監(jiān)護中心共享信息。

　　醫(yī)療傳感器節(jié)點的設(shè)計

　　醫(yī)療傳感器節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)包括處理模塊,、傳感器模塊和無線收發(fā)模塊以及電源供電模塊。

　　傳感器模塊用來進行外部傳感器信號的感知,、采集,、轉(zhuǎn)換。是整個節(jié)點真正與外部信號量接觸的模塊,。然而,，醫(yī)用傳感器是以生命體為測量對象。尤其是人體,，可以說是世界上最復(fù)雜的系統(tǒng),，各生理變量間存在著高度的相關(guān)性而且不易接近。所以醫(yī)用傳感器要從眾多的現(xiàn)象中取出預(yù)測生理量,，得出可靠而有意義的測量數(shù)據(jù),，同時又要確保被測對象的安全。

　　由于人體參數(shù)大多是微弱信號,，一般只有幾mV級別,，甚至更低，并且存在多種噪聲(測量環(huán)境噪聲,、儀器與人體摩擦噪聲以及儀器本身噪聲等),、工頻干擾 (由測量環(huán)境周圍存在50 Hz的電磁場引起的)以及各種雜音等不利因素。因此,，在具體醫(yī)療傳感器節(jié)點設(shè)計中,，加入模擬電路處理模塊，該模塊一般包括以下幾個部分：放大電路、濾波電路,、陷波電路以及模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換電路等,。在節(jié)點設(shè)計中放大電路一般采用多級放大(三級或四級)，末級放大電路除了有放大功能外一般還具有電平提升功能,；濾波電路：應(yīng)滿足電路簡潔,、合理的截止頻率、靈活方便的調(diào)節(jié)高低通截止頻率等要求,，合理的濾掉信號中的高頻與低頻干擾,；陷波電路：目前廣泛采用對稱性雙T阻容有源陷波器或用集成開關(guān)電容器件以及非對稱阻容網(wǎng)絡(luò)陷波器等?？傊?，模擬電路處理模塊主要對采集到的信號進行放大、濾波,、陷波等處理,，去除信號中的噪音、干擾,，提取出有用信號,。

　　處理器模塊是傳感器節(jié)點的核心，負責整個節(jié)點的設(shè)備控制,、任務(wù)分配與調(diào)度,、數(shù)據(jù)整合與傳輸?shù)取Ｄ壳疤幚砥髂K中使用較多的是Atmel公司的AVR 系列單片機,、TI公司的MSP430超低功耗處理器,、Motorola公司和Renesas公司的處理器以及作為32位嵌入式處理器的ARM單片機。在節(jié)點設(shè)計中,，必須編程實現(xiàn)處理器模塊對傳感模塊采集控制,、A／D轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)以及控制無線通信模塊的收發(fā)。

　　無線收發(fā)模塊用于節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信,。在無線領(lǐng)域應(yīng)用較多的無線收發(fā)模塊為Chipcon公司的CCl000,、CC2420、CC2430,。常用的無線通信技術(shù)有：IEEE 802．1lb,、IEEE 802．15．4(ZigBee)、Bluetooth,、UWB,、RFID、IrDA(紅外線)等,。監(jiān)護系統(tǒng)大多采用IEEE 802．15．4(ZigBee),、藍牙來實現(xiàn)節(jié)點以及節(jié)點與基站之間的數(shù)據(jù)通信,。

　　電源模塊為節(jié)點提供能量，是整個無線傳感器節(jié)點的基礎(chǔ)模塊,。然而,，受節(jié)點體積限制，傳感器節(jié)點的能量非常有限,。因此,，在整個節(jié)點設(shè)計中，以低功耗,、高精度為主要要求,，采取一系列有效的措施來節(jié)省能量。另外,，醫(yī)療傳感器節(jié)點不能頻繁更換電池,，影響人的正常生活。所以,，所設(shè)計的醫(yī)療節(jié)點應(yīng)該具有較長的生命周期,。

　　醫(yī)療無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)護系統(tǒng)存在的挑戰(zhàn)

　　盡管無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在組建醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)方面有其獨有優(yōu)勢，但應(yīng)用到實際醫(yī)療中還存在以下挑戰(zhàn)：

　　動態(tài)組網(wǎng)與大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點移動性管理：當監(jiān)護系統(tǒng)擴展到社區(qū),、城市甚至全國時,，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模巨大，并且監(jiān)護節(jié)點與基站都具有一定的移動性,。因此,，必須設(shè)計一種合適的網(wǎng)絡(luò)拓撲管理結(jié)構(gòu)以及節(jié)點移動性管理方法。

　　數(shù)據(jù)完整性與數(shù)據(jù)壓縮：節(jié)點有時需要長達24小時的監(jiān)測人體參數(shù),，節(jié)點所采集到的數(shù)據(jù)量大,，而節(jié)點的存儲容量小,，常采用壓縮算法來減少數(shù)據(jù)的存儲與傳輸量,。然而，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的壓縮算法開銷太大不適合傳感器節(jié)點,。另外,，壓縮算法不能損壞原始數(shù)據(jù)，否則會造成對病人的錯誤診斷,。

　　數(shù)據(jù)安全性：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用自組織方式組網(wǎng),，容易受到攻擊，此外,，病人的信息需要保密,。然而，傳感器節(jié)點計算能力相當有限,，傳統(tǒng)的安全和加密技術(shù)都不適用,。因此,，必須設(shè)計一種適合傳感器節(jié)點的加解密算法。

　　總結(jié)與展望

　　隨著技術(shù)的發(fā)展,，無線醫(yī)療傳感器節(jié)點逐漸向多參數(shù),、智能化、微型化,、低功耗等方向發(fā)展,，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也將逐漸被實際應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。發(fā)展與組建具有智能化的病房與社區(qū)監(jiān)護系統(tǒng)是當今國內(nèi)外醫(yī)療發(fā)展的趨勢,。

　　.