專利名稱：母嬰無線監(jiān)測服系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種母嬰無線監(jiān)測服系統(tǒng)，是一種可穿戴的無線身體傳感器網(wǎng)
絡(luò)(BSN)。
背景技術(shù)：
移動傳感網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識高 度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)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，能夠通過各類集成化的微型傳感 器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無 線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實(shí)現(xiàn)物理世界、 計(jì)算世界以及人類社會三元世界的連通。
移動傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事和民事方面都能夠得到大量的應(yīng)用，比如說戰(zhàn)場監(jiān) 督、搜索和防御、危險(xiǎn)環(huán)境下的工作、環(huán)境監(jiān)控、目標(biāo)跟蹤和遙感。以及工業(yè) 生產(chǎn)中的溫度、壓力、流量等各種參數(shù)監(jiān)控，造紙廠草垛監(jiān)控，糧庫監(jiān)控和畜 牧產(chǎn)業(yè)的監(jiān)控等。用于醫(yī)學(xué)的身體傳感器網(wǎng)絡(luò)是其中較新的一項(xiàng)應(yīng)用成果。
在無線身體傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的三大部分中，目前的發(fā)展主要集中在幾 個(gè)方面，在協(xié)議通信層主要研究重點(diǎn)是數(shù)據(jù)鏈路層MAC協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議 的研究；在網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)層，主要研究方向是收集數(shù)據(jù)的管理、節(jié)能問題的解 決以及網(wǎng)絡(luò)通信安全的實(shí)現(xiàn)；在網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)層，主要研究點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)定位問題 的解決、時(shí)間同步技術(shù)的實(shí)現(xiàn)以及用戶應(yīng)用接口的實(shí)現(xiàn).這其中，協(xié)議的研究 與節(jié)能的實(shí)現(xiàn)又是相輔相成的。
身體傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問題之一是功耗管理。通過對現(xiàn)有系統(tǒng)的分析 可知，射頻模塊是節(jié)點(diǎn)中最大的耗能部件，是優(yōu)化的主要目標(biāo)。MAC協(xié)議直接 控制射頻模塊.對節(jié)點(diǎn)功耗有重要影響。
能量是節(jié)點(diǎn)工作的基礎(chǔ)，節(jié)能問題，幾乎貫穿無線身體傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的 各個(gè)方面。協(xié)議的建立需要考慮節(jié)能問題，以上面的MAC協(xié)議的研究和路由協(xié) 議的實(shí)現(xiàn)都可以看出；網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理需要考慮節(jié)能問題，沒有能量，數(shù)據(jù) 無法處理；節(jié)點(diǎn)定位、時(shí)間同步都需要考慮節(jié)能問題，節(jié)能問題的解決，跟隨 在每個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)上。當(dāng)然，純粹的節(jié)能方式也有很多，比如讓節(jié)點(diǎn)定期"休眠" 等。但是，大部分的節(jié)能還是包含在了具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)當(dāng)中，如有人采用了一種 帶有能量控制的有效路由方式，通過調(diào)整每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸范圍 進(jìn)而調(diào)整消耗的能量，以節(jié)省資源，從而延長網(wǎng)絡(luò)壽命。
此外，數(shù)據(jù)融合技術(shù)也是身體傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的重要技術(shù)之一。數(shù)據(jù)融合 就是不同源的數(shù)據(jù)融合成一種數(shù)據(jù)的過程。融合后的數(shù)據(jù)包含了原來多源數(shù)據(jù) 的特征。
隨著多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，多傳感器融合技術(shù)己成功地應(yīng)用于眾多的研究領(lǐng)域。多傳感器數(shù)據(jù)融合作為一種可消除 系統(tǒng)的不確定因素、提供準(zhǔn)確的觀測結(jié)果和綜合信息的智能化數(shù)據(jù)處理技術(shù)， 已在軍事、工業(yè)監(jiān)控、智能檢測、機(jī)器人、圖像分析、目標(biāo)檢測與跟蹤、自動 目標(biāo)識別等領(lǐng)域獲得普遍關(guān)注和廣泛應(yīng)用。
多傳感器數(shù)據(jù)融合的基本原理也就像人腦綜合處理信息一樣。充分利用多 個(gè)傳感器資源，通過對多傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，把多傳感在 空間或時(shí)間上可冗余或互補(bǔ)信息，依據(jù)某種準(zhǔn)則來進(jìn)行組臺，以獲得被測對象 的一致性解釋或描述。
多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)與所有單傳感器處理或低層次的多傳感器數(shù)據(jù)處理 方式相比，后者是對人腦信息處理的一種低水平模仿，它們不能像多傳感器數(shù) 據(jù)融合系統(tǒng)那樣有效地利用多傳感器資源。多傳感器系統(tǒng)可以更大程度地獲得 被探測口標(biāo)刷環(huán)境的信息員，多傳感器數(shù)據(jù)融合與經(jīng)典信號處理方法之間也作 在本質(zhì)的區(qū)別，其關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)融合所處理的多傳感器信息具有更復(fù)雜的形式， 而且可以在不同的信息層次上出現(xiàn)，這些信息抽象層次包括數(shù)據(jù)層(即像素層)、 特征層和決策層(即證據(jù)層)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了連續(xù)監(jiān)測母嬰的身體健康狀況，開發(fā)一種母嬰無線監(jiān) 測服系統(tǒng)。根據(jù)生命體征等參數(shù)，實(shí)時(shí)對母嬰的身體狀況進(jìn)行檢測，并進(jìn)行預(yù) 診斷，在醫(yī)學(xué)上是很有價(jià)值的，也是必要的。實(shí)時(shí)的監(jiān)測生命體征，能夠提高 胎兒和母親的生活質(zhì)量，避免意外的發(fā)生。
本發(fā)明是一種無線身體傳感器網(wǎng)絡(luò)，遙控和連續(xù)監(jiān)控人體健康狀況，可用 于診所、救護(hù)車或家庭胎兒生產(chǎn)監(jiān)控。身體傳感器網(wǎng)絡(luò)可以提供母親心律實(shí)時(shí) 測量、心臟收縮和胎兒心律。所有測量數(shù)據(jù)將匯總于本地通訊節(jié)點(diǎn)如手機(jī)上再 遠(yuǎn)距離傳到醫(yī)療設(shè)備上進(jìn)行分析評價(jià)。該系統(tǒng)可移動性強(qiáng)，所以對現(xiàn)有大型孕 期檢查設(shè)備來說，是一種替代及補(bǔ)充，能夠在不影響母親日常生活的情況下， 進(jìn)行必要的孕期檢査。對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的孕婦來說更是如此，可以免除奔波勞苦； 對于在家生產(chǎn)的孕婦來說，能夠監(jiān)測整個(gè)過程，并向醫(yī)院提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，給 母嬰必要保護(hù)，提高健康出生率。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案， 一種母嬰無線監(jiān)測服系統(tǒng)，包括一個(gè)可穿戴 的身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服、收集與處理數(shù)據(jù)的移動網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)和用戶可視的人機(jī) 界面。
所述身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服上設(shè)置有4個(gè)實(shí)時(shí)測量母親和胎兒的健康狀況、實(shí) 時(shí)記錄數(shù)據(jù)的無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)，所述無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)包括天線、無線 電收發(fā)器、微處理器、內(nèi)置傳感器和電池組；所述內(nèi)置傳感器分別是子宮收縮 傳感器、孕婦心率傳感器、胎兒心率傳感器和脈搏血氧飽和度傳感器。
所述移動網(wǎng)關(guān)是一個(gè)無線的基站或中繼器，用于采集所述身體傳感器網(wǎng)絡(luò) 服監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理后發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
所述計(jì)算機(jī)包括通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的位于患者家中的計(jì)算機(jī)和位于醫(yī)院、診所 的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)之間的患者信息保持同步；所述計(jì)算機(jī)對無線人體傳感
4器節(jié)點(diǎn)傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提取重要信息，對孕期可能存在的疾 病隱患或并發(fā)癥進(jìn)行判斷，并提出處理辦法。
所述用戶可視的人機(jī)界面是分別與對應(yīng)計(jì)算機(jī)連接的顯示器，用于顯示各 種監(jiān)測數(shù)據(jù)和由此得出的母嬰健康狀況評估，以及相應(yīng)醫(yī)學(xué)建議；當(dāng)用戶健康 狀況出現(xiàn)嚴(yán)重問題時(shí)，位于醫(yī)院或診所的計(jì)算機(jī)向位于患者家中的計(jì)算機(jī)發(fā)送 相關(guān)醫(yī)師根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給出的專家建議，顯示在所述用戶可視的人機(jī)界面上。
所述微處理器是一個(gè)加強(qiáng)型的8051MCU微處理器。
所述移動網(wǎng)關(guān)包括數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊 對身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服發(fā)送過來的信號進(jìn)行預(yù)處理，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊接收身體 傳感器網(wǎng)絡(luò)服發(fā)送的信號，并將數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊輸出的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)。
所述無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)由電池組供電，并能與各種模擬和數(shù)字傳感器進(jìn)
所述無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成身體傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述身體傳感器網(wǎng)絡(luò)采用 星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有
l具有低成本、低耗能的軟硬件的設(shè)計(jì)，可以廣泛推廣和長期使用。 2能夠?qū)θ梭w傳感器節(jié)點(diǎn)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并提取出重要信息， 對孕期并發(fā)癥進(jìn)行及早判斷。
3采用抗干擾設(shè)計(jì)，減少了傳感器節(jié)點(diǎn)間、傳感器與環(huán)境間的無線電干擾，
提高了系統(tǒng)的可靠性，保證了重要醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的安全性。


圖1是點(diǎn)對點(diǎn)母嬰健康監(jiān)聽示意圖。
圖2是QRS描述方塊圖。 圖3是無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括一個(gè)可穿戴的身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服、收集與處理數(shù) 據(jù)的移動網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)和用戶可視的人機(jī)界面。所述身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服上設(shè)置 有4個(gè)實(shí)時(shí)測量母親和胎兒的健康狀況、實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)的無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)。
如圖3所示，所述無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)包括天線、無線電收發(fā)器、微處理 器、內(nèi)置傳感器和電池組。
所述內(nèi)置傳感器包括四種，分別是
1、 子宮收縮傳感器，用以向處理芯片提供宮縮次數(shù)、宮縮間隔時(shí)間、宮縮
相對幅度等參數(shù)；
2、 孕婦心率傳感器，用以向處理芯片提供母親的心跳頻率(MHR)。
3、 胎兒心率傳感器，用以向處理芯片提供胎兒的心跳頻率(FHR)。
4、 脈搏血氧飽和度(spo2)傳感器，用以向處理芯片提供spo2參數(shù)。 身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服通過移動網(wǎng)關(guān)，和患者家中及醫(yī)院、診所的計(jì)算機(jī)進(jìn)行
A所有測量參數(shù)經(jīng)過信號標(biāo)準(zhǔn)化后，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，得到母嬰健康狀況評估報(bào)告和相關(guān)的專家建議。報(bào)告和建議通過人機(jī)界面顯示給監(jiān)測服 穿戴者，并通過移動網(wǎng)關(guān)傳給附近醫(yī)院、診所的計(jì)算機(jī)終端。當(dāng)用戶健康狀況 出現(xiàn)嚴(yán)重問題時(shí)，位于醫(yī)院或診所的計(jì)算機(jī)向位于患者家中的計(jì)算機(jī)發(fā)送相關(guān) 醫(yī)師根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給出的專家建議，顯示在所述用戶可視的人機(jī)界面上，使用 戶能夠更為及時(shí)的得到專業(yè)處理。
本發(fā)明包括開發(fā)一種可穿戴并且節(jié)能、可靠的身體傳感器網(wǎng)絡(luò)，如協(xié)議的 開發(fā)，醫(yī)患之間用戶接口的設(shè)計(jì)，以及數(shù)據(jù)的可靠性、完整性和安全性；設(shè)計(jì) 具有互聯(lián)能力并且可穿戴的人體傳感器節(jié)點(diǎn)，包括低成本、低耗能的軟硬件的 設(shè)計(jì)；開發(fā)數(shù)據(jù)分析算法，該算法能夠?qū)θ梭w傳感器節(jié)點(diǎn)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 和分析，并提取出重要信息，對孕期并發(fā)癥進(jìn)行及早判斷；研究無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)間的干擾，要盡量減少傳感器節(jié)點(diǎn)間、傳感器與環(huán)境間的無線電干擾；進(jìn)行 身體傳感器網(wǎng)絡(luò)的臨床試驗(yàn)，臨床驗(yàn)證階段，評價(jià)身體傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能，并 記錄它的醫(yī)學(xué)價(jià)值。
本發(fā)明的主體部分是一個(gè)可穿戴的身體傳感器網(wǎng)絡(luò)，由各種醫(yī)學(xué)傳感器構(gòu) 成，用于實(shí)時(shí)測量母親的心律，心臟收縮和胎兒心律等重要健康參數(shù)。
系統(tǒng)具有互聯(lián)能力并且可穿戴的人體傳感器節(jié)點(diǎn)，將得到的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì) 算機(jī)，并可以通過計(jì)算機(jī)傳輸給醫(yī)療設(shè)備。
具體實(shí)施方式
如下
1、 身體傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
本發(fā)明把IEEE 802.15.4與UWB (寬帶網(wǎng)絡(luò)通訊)相結(jié)合，為生物醫(yī)學(xué)傳 感器開發(fā)一種超低能耗的MAC (物理層)協(xié)議。這種協(xié)議既有IEEE 802.15.4 低能耗、高兼容性、低數(shù)據(jù)率網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，又有處理特殊應(yīng)用需求的靈活 性。適用于身體傳感器網(wǎng)絡(luò)具有超低能耗、低復(fù)雜性、傳輸占空比不可預(yù)知、 數(shù)據(jù)在異構(gòu)節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)忍匦?，能夠滿足身體傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊要求。其關(guān) 鍵技術(shù)是自適應(yīng)的調(diào)整其參數(shù)，以便降低網(wǎng)絡(luò)的能耗。
2、 B-MAC結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化
B-MAC(身體傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層協(xié)議)是基于開放標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4的。 對于本發(fā)明來說，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更為合適。在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中信標(biāo)和非信標(biāo)模 式下，IEEE 802.15.4下的MAC協(xié)議都是適用的。
BSN能量的節(jié)省，極大的取決于占空比和數(shù)據(jù)率。為了降低能耗，將進(jìn)行 IEEE 802.15.4的評估，這一點(diǎn)將為自適應(yīng)B-MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)提供保證。在提 出的自適應(yīng)B-MAC協(xié)議中，其核心思想是從生物傳感器節(jié)點(diǎn)方面來考慮特殊的 需求，并相應(yīng)的變換超幀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為自適應(yīng)性定量化兩個(gè)指標(biāo)能量效率 和傳輸延遲。其中，可控的參數(shù)包括信標(biāo)間距(BI)、有效幀持續(xù)時(shí)間(SD)、 CAP/CFP (邏輯電路)模式的選取、GTSS的數(shù)量、CSMA/CA (帶有沖突避免 的載波偵聽多路訪問)的三個(gè)可調(diào)信道訪問變量、電源壽命擴(kuò)展(BLE)模式。 這項(xiàng)研究的結(jié)果是開發(fā)一個(gè)MAC協(xié)議優(yōu)化設(shè)計(jì)工具。利用這個(gè)工具，能夠?yàn)?BSN產(chǎn)生一組最優(yōu)參數(shù)，使得MAC協(xié)議能量效率更高，傳輸延遲更小。這組 最優(yōu)參數(shù)是根據(jù)應(yīng)用的特殊需求來確定的。具有不同傳感器的BSN，其信息傳輸方式也不同，因此最優(yōu)參數(shù)也是不同的，以便達(dá)到能量的節(jié)省。 3、信息感知的自適應(yīng)B-MAC
BSN —般只擁有少量的傳感器節(jié)點(diǎn)和非對稱的傳輸需求。對于周期性的數(shù)
據(jù)記錄，發(fā)生沖突的可能性是很小的，因此沖突不是本網(wǎng)絡(luò)主要的能量消耗。
但是，當(dāng)一個(gè)早期的生理預(yù)警信號出現(xiàn)時(shí)，BSN中的大多數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)都需要 和網(wǎng)關(guān)通信，沖突就變成主要的因素了。對于發(fā)生率、低占空比來說，空閑時(shí) 監(jiān)聽所消耗的能量也成為能耗的主要方面了。另外的一種能量消耗是由不合適 的占空比產(chǎn)生的。如果在低速率數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，還采用高速率傳輸時(shí)的占空比， 那將導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。在B-MAC中，采用一種交叉層設(shè)計(jì)，它能夠通過對網(wǎng)絡(luò) 獲得信息的認(rèn)知，來指導(dǎo)介質(zhì)訪問。
對于B-MAC協(xié)議來說，在系統(tǒng)層面的能量管理上，網(wǎng)關(guān)起到了重要的作用。 網(wǎng)關(guān)通過超幀結(jié)構(gòu)控制著網(wǎng)絡(luò)的通信。不同的超幀結(jié)構(gòu)用來使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同步。 從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面來說，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)監(jiān)聽以便降低能耗。當(dāng)有事件 發(fā)生或是有數(shù)據(jù)傳輸要求的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才重新被喚醒。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備休眠時(shí)， 網(wǎng)關(guān)是不能與他們通信的。于是，隨機(jī)喚醒和同步機(jī)制被預(yù)設(shè)在網(wǎng)關(guān)中，以便 能夠查詢網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。從網(wǎng)關(guān)方面來說，超幀的持續(xù)時(shí)間被設(shè)定的較短，這樣能 夠降低傳輸延遲時(shí)間。 一旦有數(shù)據(jù)傳輸請求，網(wǎng)關(guān)則調(diào)整它超幀的有效部分， 例如時(shí)間長短。網(wǎng)關(guān)用不同的方式處理來自穿戴式傳感器和嵌入式傳感器的 傳輸請求。穿戴式傳感器的傳輸請求不會觸發(fā)超幀結(jié)構(gòu)發(fā)生大的變化。而嵌入 式傳感器的超幀結(jié)構(gòu)將發(fā)生大的變化以便降低移動網(wǎng)關(guān)和傳感器之間傳輸?shù)暮?能。本發(fā)明提供了一種通過改變參數(shù)來降低能耗的自適應(yīng)協(xié)議。
采用生理信號的MAC，基于介質(zhì)用的MAC協(xié)議，例如CSMA/CA，會導(dǎo) 致沖突，繼而引起額外的能耗和網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲。對于此問題，TDMA (Time Division Multiple Access時(shí)分多址)是一種較好地解決方案。因?yàn)樗哂袩o沖突 特性和確定性傳輸特性。然而，普通的TDMA因?yàn)闀r(shí)間同步問題需要消耗一部 分額外的能量，因此，在本申請中，為BSN網(wǎng)絡(luò)研究一種新的基于MAC協(xié)議 的TDMA。禾ll用心律信息達(dá)到時(shí)間同步，以便實(shí)現(xiàn)節(jié)能。每個(gè)人都有心律，并 且反映了不同的生理信號。生物傳感器能夠從傳感數(shù)據(jù)的波峰序列中提取出心 律信息。由于所有的節(jié)律都是由心臟搏動提供的，所以它們能夠作為時(shí)間同步 信號。因此，網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)間周期性的以無線電方式進(jìn)行時(shí)間同步所消耗的能量 就可以消除，進(jìn)而延長網(wǎng)絡(luò)的生存周期。
這個(gè)領(lǐng)域里要研究的第一個(gè)問題是開發(fā)一種波峰識別算法表示生物節(jié)律信 息，第二個(gè)問題是時(shí)隙規(guī)劃和時(shí)間同步恢復(fù)方法。本發(fā)明采用波峰作為時(shí)間同 步標(biāo)志，用波峰間隔作為時(shí)隙。
另外，多傳感器的自治時(shí)隙規(guī)劃也是一個(gè)重要的問題。本發(fā)明選取一個(gè)外 部設(shè)備作為BSN的網(wǎng)關(guān)，它可以用來傳輸網(wǎng)絡(luò)控制信息，例如時(shí)隙規(guī)劃信息、 時(shí)間同步恢復(fù)標(biāo)志。網(wǎng)關(guān)也能夠通過它自己的生物傳感器得到心律信息。
所述人體傳感器節(jié)點(diǎn)為一種用Tl/Chipcon cc2430/cc2431無線電收發(fā)器和一 個(gè)加強(qiáng)型的8051MCU (微處理器)開發(fā)的無線傳感器。并且，基于此開發(fā)一個(gè)節(jié)能的無線傳感器平臺，該平臺是開放的，能夠用來為中間件和嵌入式系統(tǒng)服 務(wù)。
所述無線傳感器平臺是電池驅(qū)動的，并能與各種模擬和數(shù)字傳感器互聯(lián)，
其中的微控制器具有一個(gè)內(nèi)建的A/D轉(zhuǎn)換器，通過它可以與任何的傳感器互聯(lián)。
該平臺能夠采集、預(yù)處理信號，并能夠向移動網(wǎng)關(guān)傳輸信號。另外，還要對它 的能耗進(jìn)行評估。
所述移動網(wǎng)關(guān)，在整個(gè)體系結(jié)構(gòu)中，移動網(wǎng)關(guān)是一個(gè)隨身的基站或是中繼 器。它采集傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，并把信息傳到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上。由于大多數(shù)的 無線運(yùn)營商都支持智能電話，因此，采用智能電話以方便佩戴者無論何時(shí)何地
都能被連接。網(wǎng)關(guān)的軟件支持包括為數(shù)據(jù)的存儲開發(fā)一個(gè)小型的數(shù)據(jù)庫和為 醫(yī)患雙方開發(fā)一個(gè)用戶界面，方便對數(shù)據(jù)的訪問。
信息處理，開發(fā)一種處理和分析傳感數(shù)據(jù)的算法，能夠?yàn)獒t(yī)學(xué)上異?，F(xiàn)象
的診斷提供依據(jù)。由于最重要的信息是胎兒心律(FHR)和母親心律(MHR)， 所以采用三個(gè)階段的時(shí)頻分析法從傳感數(shù)據(jù)中提取出這兩個(gè)信息。第一階段是 用時(shí)頻分析法檢測母親的R-peaks (心律峰值)和基準(zhǔn)點(diǎn)(QRS的起始點(diǎn)和偏移 量)，以便獲得母親的QRS復(fù)合波，隨后計(jì)算R-R (心電圖兩個(gè)垂直向上的波) 的信號時(shí)間間隔就能夠得到MHR。第二階段是運(yùn)用復(fù)小波和模式匹配理論確定 候選的胎兒R-peaks的位置。在第三階段中，運(yùn)用直方圖技術(shù)，確定疊加在母親 QRS復(fù)合波上的l臺兒的R-peaks。結(jié)合第二、三階段的結(jié)果，就能夠得到胎兒的 R-R信號時(shí)間間隔，進(jìn)而得到FHRo MHR和FHR有助于診斷母親的心律不齊 和胎兒的心臟健康狀況。
如圖2所示，身體傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過活動分類器綜合活動強(qiáng)度送給傳感 器選擇器，或通過主選擇器送給傳感器選擇器，傳感器選擇器選擇QRS (心電 圖)傳感器，最后，把QRS傳感器的輸出數(shù)據(jù)、身體傳感器網(wǎng)絡(luò)的身體及環(huán)境 溫度數(shù)據(jù)和活動分類器的活動類型和強(qiáng)度數(shù)據(jù)綜合，進(jìn)行環(huán)境感知解釋。
權(quán)利要求
1、一種母嬰無線監(jiān)測服系統(tǒng)，包括一個(gè)可穿戴的身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服、收集與處理數(shù)據(jù)的移動網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)和用戶可視的人機(jī)界面，其特征是所述身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服上設(shè)置有4個(gè)實(shí)時(shí)測量母親和胎兒的健康狀況、實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)的無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)，所述無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)包括天線、無線電收發(fā)器、微處理器、內(nèi)置傳感器和電池組；所述內(nèi)置傳感器分別是子宮收縮傳感器、孕婦心率傳感器、胎兒心率傳感器和脈搏血氧飽和度傳感器；所述移動網(wǎng)關(guān)是一個(gè)無線的基站或中繼器，用于采集所述身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理后發(fā)送到計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)包括通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的位于患者家中的計(jì)算機(jī)和位于醫(yī)院、診所的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)之間的患者信息保持同步；所述計(jì)算機(jī)對無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提取重要信息，對孕期可能存在的疾病隱患或并發(fā)癥進(jìn)行判斷，并提出處理辦法；所述用戶可視的人機(jī)界面是分別與對應(yīng)計(jì)算機(jī)連接的顯示器，用于顯示各種監(jiān)測數(shù)據(jù)和由此得出的母嬰健康狀況評估，以及相應(yīng)醫(yī)學(xué)建議；當(dāng)用戶健康狀況出現(xiàn)嚴(yán)重問題時(shí)，位于醫(yī)院或診所的計(jì)算機(jī)向位于患者家中的計(jì)算機(jī)發(fā)送相關(guān)醫(yī)師根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給出的專家建議，顯示在所述用戶可視的人機(jī)界面上。
2、 如權(quán)利要求1所述的母嬰無線監(jiān)測服系統(tǒng)，其特征是所述微處理器是 一個(gè)加強(qiáng)型的8051MCU微處理器。
3、 如權(quán)利要求1所述的母嬰無線監(jiān)測服系統(tǒng)，其特征是所述移動網(wǎng)關(guān)包 括數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服 發(fā)送過來的信號進(jìn)行預(yù)處理，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊接收身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服發(fā)送的 信號，并將數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊輸出的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)。
4、 如權(quán)利要求1所述的母嬰無線監(jiān)測服系統(tǒng)，其特征是所述無線人體傳 感器節(jié)點(diǎn)由電池組供電，并能與各種模擬和數(shù)字傳感器進(jìn)行通信。
5、 如權(quán)利要求1所述的母嬰無線監(jiān)測服系統(tǒng)，其特征是所述無線人體傳 感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成身體傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述身體傳感器網(wǎng)絡(luò)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種母嬰無線監(jiān)測服系統(tǒng)，是一種可穿戴的無線身體傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)可穿戴的身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服、收集與處理數(shù)據(jù)的移動網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)和用戶可視的人機(jī)界面，所述身體傳感器網(wǎng)絡(luò)服上設(shè)置有4個(gè)實(shí)時(shí)測量母親和胎兒的健康狀況、實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)的無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)，所述無線人體傳感器節(jié)點(diǎn)包括天線、無線電收發(fā)器、微處理器、內(nèi)置傳感器和電池組。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有具有低成本、低耗能的軟硬件的設(shè)計(jì)，可以廣泛推廣和長期使用；能夠?qū)θ梭w傳感器節(jié)點(diǎn)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并提取出重要信息，對孕期并發(fā)癥進(jìn)行及早判斷；采用抗干擾設(shè)計(jì)，減少了傳感器節(jié)點(diǎn)間、傳感器與環(huán)境間的無線電干擾，保證了重要醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的安全性。
文檔編號A61B5/07GK101427920SQ20081023558
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者侍麗娟, 凱 劉, 力 彭, 朱建鴻, 超 李, 憲 王, 談金東, 龍 趙, 爽 陸 申請人:江南大學(xué)