基于体域网的移动医疗系统的设计

张云霞+王英龙

【摘 要】本文设计了一种基于体域网采集技术和云平台存储技术的移动医疗系统，该系统通过低功耗Zigbee网络采集人体血压、血氧、心电等生理数据，将传感器节点采集的生理参数传输到Zigbee-Bluetooth网关，利用蓝牙在移动网络接入方面的优势，将数据传输到移动终端设备，移动终端通过Wifi/GPRS网络上传至云服务平台进行存储和数据分析，医生可以登录网站提供给患者咨询服务。该系统设计实现了远程咨询、远程诊断，很大程度上解决了患者就医难、就医贵的难题。

【关键词】体域网；Zigbee-Bluetooth网关；移动医疗；云平台

通过无线体域网实现远程医疗成为移动医疗发展的方向[1]，一方面，由于生活节奏快、压力大和和人口老龄化造成的各种慢性病和心脑血管疾病等发病率增加[2-3]，另一方面，医疗资源分布不平衡造成了偏远地区患者就医困难，往返医院造成患者时间和财力的极大浪费，传统的医疗模式不能实时地监测患者的生理状况，出现问题不能得到医疗专家及时诊断，往往延误了治疗的最佳时机。

针对传统的医疗模式存在的问题，文中采用Zigbee协议构成的无线体域网，获取人体生理参数，通过混合网关传输至基于Android的智能终端，最后利用云平台存储分析用户数据，方便用户及家人及时了解身体健康状况。

1 系统总体架构

体域网是以人体为中心，由分布在人体表面、人体周围或者是嵌入人体内部的传感器组成的小范围通信网络，具有信息采集、处理和网络传输的功能。总体架构设计如图1所示，该移动医疗系统由感知部分、传输部分和云服务部分三部分构成。

生理数据的采集是基于用户不同身体部位的传感器组成的无线穿戴式体域网，通过分布在人体不同部位的终端节点采集人体血压、血氧、心电等生理数据，通过短距离、低功耗Zigbee传输协议将生理数据传输到Zigbee-Bluetooth混合网关，到移动智能终端，移动智能终端通过Wifi或者GPRS将采集到的数据上传至云服务平台，云服务平台以云计算作为支撑，提供了海量医疗数据存储和健康服务，通过分析健康数据反馈给客户端诊断信息，用户可以通过已注册的用户账号登录云平台前端服务网站或使用智能终端随时查看自己的历史数据和健康数据变化趋势来适当的调整自己的日常生活习惯。

2 体域网采集模块的设计

WBAN中的传感器节点由数据采集部分、数据处理部分、负责数据发送的部分以及提供电源的部分四个部分组成，节点微控制器采用T1公司的CC2530模块，该芯片兼容Zigbee协议的射频模块和一个增强型的微控制器，能够运行T1的Z-Stack协议栈。如图2所示，该移动系统采用星形拓扑结构，采集模块由各类Zigbee传感器节点组成，可以获取人体的血压、血氧、和心电等生理参数，并通过Zigbee协议传输到Zigbee协调器，经过Zigbee-Bluetooth网关协议转换后通过蓝牙协议传输至移动终端。

3 Zigbee/蓝牙混合无线网关设计

无线网关设计是整个移动医疗系统传输的核心，Zigbee采用CC2530芯片实现，蓝牙部分则采用BlueCore4芯片实现，两芯片之间利用UART串口实现数据传输，利用Micro SD卡实现数据存储并且通过SPI接口与CC2530模块连接。当节点有数据发送过来的时候，Zigbee模块接收数据并存入Micro SD卡中，又通过网关内的UART串口传送到蓝牙模块打包为蓝牙数据包，当蓝牙与移动设备相连的时候，通过蓝牙将数据发送至移动智能终端存储，当移动终端与外网相连时，移动终端将数据传送至云服务平台，进行数据分析并反馈相关建议至移动终端，同时，远程端医生也可以查看患者上传的数据，提供咨询和建议。

4 人机交互界面设计

该系统软件基于Android4.4操作系统研发，包括系统界面设计、数据传输和数据存储三部分，如图3所示，包括用户登录界面、用户主界面和各个功能界面，每个Acticity都有多种控件组成，包括ImageView、Button、TextView等组成，主界面和各个功能界面之间通过Intent组件实现跳转。

生理数据的读取需要在XML布局文件中定义TextView控件，用来显示文本内容，并设置该文本框的大小、位置等相关属性，然后在Java程序中调用已添加的控件，将缓冲区上传的实时数据转化为String类型数据并作为setText（）方法的参数，这样，读取数据就可以显示在界面的制定位置，实时显示传感器收集的生理参数。

5 云服务平台设计

该移动医疗系统通过智能终端将数据上传至云服务平台进行数据分析存储，用户可以通过登录自己的账号随时查看生理参数的变化，既节省了患者大量往返医院的时间和财力，也节省了大量的医疗资源，是解决我国医疗资源分配不均的一种有效方式。该移动医疗系统利用云服务平台进行海量数据存储和海量数据管理，并为用户提供人性化的服务。

云平台设计内容主要包含数据接口设计和数据库设计，该平台采用Web Service进行接口设计，采用SQL server数据库进行数据存储，利用.NET框架提供支持，架构之间高聚合、低耦合、层次性高，出现问题便于修改。数据库管理系统负责进出库数据的优化。管理和整合，并通过SOAP协议和HTTPS协议与服务接口层进行对接，确保生理数据传输的安全性。

6 移动医疗系统测试

6.1 人机交互界面测试

以血压为例，展示系统功能界面显示，用户可以查看血压值和历史变化趋势如图4所示。

6.2 云服务平台测试

已注册过的用户可以登录云服务平台网站的方式，查询测量过的生理参数的历史数据，观察生理参数变化趋势，起到提前预防疾病的作用；通过浏览历史数据患者可以了解治疗状况，方便及时调整治疗方案，达到最好治疗效果。用户本人或家人可以下载手机客户端APP，随时随地了解家人身体健康状态，用户使用移动医疗系统数据上传云平台效果如图5所示。

7 结束语

本文结合Zigbee技术和蓝牙技术的互补优势，在Android平台上设计了该移动医疗系统，可以实时检测患者血压、血氧和心电等生理参数，通过云服务平台存储生理健康数据并惊醒数据分析，对新型医疗模式的发展提供了新的思路。

【参考文献】

[1]Kim Y， Lee S， Lee S. Coexistence of ZigBee-based WBAN and WiFi for Health Telemonitoring Systems[J]. IEEE Journal of Biomedical & Health Informatics， 2015， 20（1）：1.

[2]Alsharqi K， Abdelbari A， Elnour A A， et al. Zigbee Based Wearable Remote Healthcare Monitoring System for Elderly Patients[J]. International Journal of Wireless & Mobile Networks， 2014， 6（3）： 53-67.

[3]马豪，陈荃，秦盼盼，等.国内外远程医疗技术发展状况及相关问题分析[J].医学信息学杂志，2014，35（12）：35-39.

[责任编辑：杨玉洁]