專門針對高壓氧艙內(nèi)生命體征多參數(shù)監(jiān)測及健康監(jiān)護的技術(shù)實現(xiàn)問題，提出了一種基于IEEE802．15．4協(xié)議的無線傳感檢測技術(shù)系統(tǒng)解決方案，闡述了無線傳感檢測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及主控制節(jié)點與生命體征參數(shù)采集傳感器節(jié)點的硬件設(shè)計方法，給出了軟件系統(tǒng)架構(gòu)、軟件設(shè)計流程及監(jiān)護軟件工作界面，對MAC層幀結(jié)構(gòu)、物理層幀結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)時問同步策略進行了詳細分析和設(shè)計。該系統(tǒng)樣機已進入臨床實驗階段，文中還給出了患者的臨床檢測數(shù)據(jù)，并與實用的進口監(jiān)護設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)進行了對比，驗證了臨床應(yīng)用的可行性。

　　隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)和傳感器等技術(shù)發(fā)展，醫(yī)療監(jiān)護技術(shù)和方式將發(fā)生根本變化。高壓氧艙已廣泛應(yīng)用于臨床疾病救治，艙內(nèi)生理監(jiān)護系統(tǒng)是高壓氧治療過程中對危重病員進行生理指標監(jiān)護的重要設(shè)備。由于高壓氧艙內(nèi)的特殊環(huán)境，現(xiàn)有監(jiān)護設(shè)備對艙內(nèi)病人的心電、血壓、呼吸、脈搏及血氧飽和度等參數(shù)的監(jiān)護存在局限性，主要表現(xiàn)在：①多個傳感器通過有線的方式和處理器相連接；②獨立的傳感器間缺乏系統(tǒng)整合；③不支持信號的持續(xù)采集和數(shù)據(jù)的實時處理；④分別的監(jiān)護設(shè)備間無法共享無線通信資源。研制一種基于無線傳感技術(shù)的可穿戴式多參數(shù)監(jiān)護設(shè)備，可更好地適應(yīng)高壓氧艙特殊環(huán)境和臨床救治的需要。該監(jiān)護儀要求心電、血壓、血氧飽和度、脈搏、呼吸、體溫檢測等電路模塊采用超低功耗器件，并結(jié)合硬、軟件省電設(shè)計，使氧艙內(nèi)監(jiān)護終端可采用電池供電；信號采集轉(zhuǎn)換后，一方面在艙內(nèi)監(jiān)護終端（子機）上顯示，并通過Zigbee等無線傳輸技術(shù)將采集信號送入艙外中央監(jiān)護PC終端（主機）上，實現(xiàn)艙內(nèi)外同步監(jiān)測。

　　1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與硬件設(shè)計

　　小封裝、低功耗、無線通信、安全性和互操作是醫(yī)療可穿戴式監(jiān)護設(shè)備設(shè)計的基本要求。本文所設(shè)計的生命特征監(jiān)護設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要由監(jiān)護PC主機、艙外主節(jié)點（coor—dinatornode）和艙內(nèi)的多參數(shù)采集傳感器子節(jié)點（sensornodes）等三個部分組成，主節(jié)點和各子節(jié)點之間通過IEEE802．15．4無線通信協(xié)議構(gòu)成一套結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定，運行可靠的星型無線通信網(wǎng)絡(luò)。

　　主節(jié)點主要負責協(xié)調(diào)高壓氧艙內(nèi)各無線醫(yī)療傳感器子節(jié)點與艙外監(jiān)護主機PC之間的數(shù)據(jù)通信，提供透明的通信接口。無線通信接口主要功能包括網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)管理兩個方面。網(wǎng)絡(luò)配置階段主要完成傳感器節(jié)點的注冊和初始化，以確定傳感器節(jié)點的歸屬、數(shù)量和采樣頻率等。網(wǎng)絡(luò)配置完成后，主節(jié)點負責無線網(wǎng)絡(luò)的維護和管理，包括信道共享、時間同步、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)融合與處理等。子節(jié)點分別負責心電、血壓、呼吸、血氧、體溫等生理信號的采集、檢測和監(jiān)護，并通過無線接口向主節(jié)點傳輸，進而由監(jiān)護主機存儲、處理采集數(shù)據(jù)，主機可按監(jiān)護要求進行狀態(tài)實時顯示和異常狀態(tài)告警。

　　1．1主節(jié)點硬件設(shè)計

　　主控節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖2所示。它通過串口與PC主機交互數(shù)據(jù)，通過無線模塊與艙內(nèi)子節(jié)點通信，同時管理和協(xié)調(diào)艙內(nèi)各節(jié)點的工作時序和同步。其中，微處理器用TI公司超低功耗的MSP430F149，無線通信模塊選用Chipcon公司的2．4GHz頻段射頻低功耗接口芯片CC2420，電源模塊采用DC/DC電源變換模式。MSP430微控制器在16bitRISC核的基礎(chǔ)上集成了RAM和閃存，同時集成了8路A/D轉(zhuǎn)換模塊、傳輸速度可編程的串口模塊和一個靈活的時鐘子系統(tǒng)，支持多種低功耗操作模式。CC2420芯片與IEEE802．15．4協(xié)議兼容，最大數(shù)據(jù)數(shù)率250Kbit/s，可編程控制輸出功率，并支持錯誤校正和加密。MSP430可通過SPI接口和中斷數(shù)字I/O線對CC2420進行控制，如圖3所示。

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　　1．2子節(jié)點硬件設(shè)計

　　傳感器子節(jié)點的組成框圖如圖4所示，包含電源模塊、心電與呼吸監(jiān)測模塊、血壓監(jiān)測模塊、血氧飽和度與脈搏監(jiān)測模塊、體溫監(jiān)測模塊、無線傳輸節(jié)點、微處理器模塊、輸入與LCD顯示模塊等8個子模塊，主要執(zhí)行生命體征參數(shù)的采集、放大、濾波和無線傳輸，無線傳輸前，子節(jié)點也進行實時分析、特征提取等信號預(yù)處理。

　　心電檢測采用三電極胸部檢測方法，選用具有高輸入阻抗、低噪聲、低漂移精密運算放大器AD620作為第一級放大器，并與呼吸檢測電路共用。心電信號經(jīng)過放大、濾波等處理后，一路進行A/D轉(zhuǎn)換，用于心電波形顯示；另一路信號送人一個中心頻率為9～18Hz的低Q值帶通濾波器，提取R波并抑制部分干擾，經(jīng)波形變換后可獲取心率信號。

　　呼吸檢測選用阻抗法，為了降低電極接觸阻抗對檢測結(jié)果所產(chǎn)生的干擾，通常選擇雙電極阻抗法，用控制器MSP430集成的PWM產(chǎn)生兩路相差半個周期的62．5kHz方波對呼吸信號進行調(diào)制，對調(diào)制信號進行放大、解調(diào)和濾波后可獲取呼吸信號。

　　血壓檢測采用無創(chuàng)袖套間接方式，可同時檢測收縮壓（SP）、平均壓（MP）、舒張壓（DP）3個血壓指標，其測量范圍為0～250mmHg（0～33．33kPa）。

　　血氧飽和度檢測采用指端脈搏光電檢測法。根據(jù)朗伯一比爾定律（Lambert-BeerSlaw），單色光透過均勻溶液后的透射光強與溶液參數(shù)有關(guān)。還原血紅蛋白與氧結(jié)合后，對某一波長色光的吸光系數(shù)將發(fā)生很大變化。因此，在入射光強度不變的情況下，透射光強度的變化反映了血氧飽和度的變化。在設(shè)計時，我們利用MSP430的時鐘控制端口產(chǎn)生邏輯時序控制紅光和紅外光二極管工作，通過檢測透射光強度實現(xiàn)對血氧飽和度的測量。體溫測量采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的高精度集成溫度傳感器DS1624，它具有分辨率高（可達0.03℃）、外圍電路簡單、輸出直接為數(shù)字信號等特點。

　　兩個微處理器模塊選用兩個MSP43OF149芯片，一個用于實現(xiàn)對各參數(shù)采集模塊和LCD顯示的控制；另一個用于無線通信模塊的控制，并與芯片CC2420組成一個無線通信節(jié)點。

　　另外，為了減少設(shè)備的體積和功耗，艙內(nèi)終端機采用單色超低工作電壓LCD屏，實時顯示心電、脈搏等生理參數(shù)波形。終端設(shè)計采用鋰電池供電，工作電壓為+3．3V。