無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在醫療中的應用

4 醫療傳感器節點(diǎn)的設計
醫療傳感器節點(diǎn)的基本結構如圖2所示，包括處理模塊、傳感器模塊和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以及電源供電模塊。
傳感器模塊用來(lái)進(jìn)行外部傳感器信號的感知、采集、轉換。是整個(gè)節點(diǎn)真正與外部信號量接觸的模塊。然而，醫用傳感器是以生命體為測量對象。尤其是人體，可以說(shuō)是世界上最復雜的系統，各生理變量間存在著(zhù)高度的相關(guān)性而且不易接近。所以醫用傳感器要從眾多的現象中取出預測生理量，得出可靠而有意義的測量數據，同時(shí)又要確保被測對象的安全。
由于人體參數大多是微弱信號，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?chē)嬖?0 Hz的電磁場(chǎng)引起的)以及各種雜音等不利因素。因此，在具體醫療傳感器節點(diǎn)設計中，加入模擬電路處理模塊，該模塊一般包括以下幾個(gè)部分：放大電路、濾波電路、陷波電路以及模數(A／D)轉換電路等。在節點(diǎn)設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：應滿(mǎn)足電路簡(jiǎn)潔、合理的截止頻率、靈活方便的調節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(chēng)性雙T阻容有源陷波器或用集成開(kāi)關(guān)電容器件以及非對稱(chēng)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(jìn)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點(diǎn)的核心，負責整個(gè)節點(diǎn)的設備控制、任務(wù)分配與調度、數據整合與傳輸等。目前處理器模塊中使用較多的是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。在節點(diǎn)設計中，必須編程實(shí)現處理器模塊對傳感模塊采集控制、A／D轉換的實(shí)現以及控制無(wú)線(xiàn)通信模塊的收發(fā)。
無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊用于節點(diǎn)之間的數據通信。在無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域應用較多的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊為Chipcon公司的CCl000、CC2420、CC2430。常用的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)有：IEEE 802．1lb、IEEE 802．15．4(ZigBee)、Bluetooth、UWB、RFID、IrDA(紅外線(xiàn))等。監護系統大多采用IEEE 802．15．4(ZigBee)、藍牙來(lái)實(shí)現節點(diǎn)以及節點(diǎn)與基站之間的數據通信。
電源模塊為節點(diǎn)提供能量，是整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的基礎模塊。然而，受節點(diǎn)體積限制，傳感器節點(diǎn)的能量非常有限。因此，在整個(gè)節點(diǎn)設計中，以低功耗、高精度為主要要求，采取一系列有效的措施來(lái)節省能量。另外，醫療傳感器節點(diǎn)不能頻繁更換電池，影響人的正常生活。所以，所設計的醫療節點(diǎn)應該具有較長(cháng)的生命周期。

5 醫療無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )監護系統存在的挑戰
盡管無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在組建醫療監護系統方面有其獨有優(yōu)勢，但應用到實(shí)際醫療中還存在以下挑戰：
(1)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與大規模網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)移動(dòng)性管理：當監護系統擴展到社區、城市甚至全國時(shí)，其網(wǎng)絡(luò )規模巨大，并且監護節點(diǎn)與基站都具有一定的移動(dòng)性。因此，必須設計一種合適的網(wǎng)絡(luò )拓撲管理結構以及節點(diǎn)移動(dòng)性管理方法。
(2)數據完整性與數據壓縮：節點(diǎn)有時(shí)需要長(cháng)達24小時(shí)的監測人體參數，節點(diǎn)所采集到的數據量大，而節點(diǎn)的存儲容量小，常采用壓縮算法來(lái)減少數據的存儲與傳輸量。然而，傳統數據的壓縮算法開(kāi)銷(xiāo)太大不適合傳感器節點(diǎn)。另外，壓縮算法不能損壞原始數據，否則會(huì )造成對病人的錯誤診斷。
(3)數據安全性：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)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，傳感器節點(diǎn)計算能力相當有限，傳統的安全和加密技術(shù)都不適用。因此，必須設計一種適合傳感器節點(diǎn)的加解密算法。

6 總結與展望
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)醫療傳感器節點(diǎn)逐漸向多參數、智能化、微型化、低功耗等方向發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )也將逐漸被實(shí)際應用于醫療領(lǐng)域。發(fā)展與組建具有智能化的病房與社區監護系統是當今國內外醫療發(fā)展的趨勢。