基于无线体域网的人体生理特征监测方法和系统

摘要

本发明公开了一种基于无线体域网的人体生理特征监测方法和系统，所述方法包括：人体监护微网络的普通节点采集人体生理特征信息；其中心节点依据获得的人体生理特征信息识别至少一个人体生理状况鉴别符，并依据该至少一个人体生理状况鉴别符选择是否将该人体生理特征信息通过无线网络发送至医疗监护系统终端，本发明通过人体监护微网络实时检测被监测人体的人体生理特征信息，并通过一定的处理机制将这些信息发送给远程的医疗监护系统终端，从而第一时间掌握该被监测人体的体征信息，以便为后续的治疗提供有力的依据。

说明书

技术领域

本发明涉及无线体域网技术领域，具体而言，涉及一种基于无线体域 网的人体生理特征监测方法和系统。

背景技术

近年来，随着人们生活方式的改变，心血管疾病已逐渐成为影响人们 身体健康的杀手之一。由于能够导致心血管疾病发病的几大危险因素 （例如高血压、血脂异常、超重肥胖和糖尿病等）在我国各地区都呈 现明显增长态势，这即预示着该病的发病率在我国还将进一步上升。 由于心血管疾病具有高发病率、高致残率、高死亡率及极高的治疗费 用等特点，因此如何实现对心血管疾病的有效预防和监护即成为医疗 领域的一大热点和难点问题。

现有的对心血管疾病的监护方法主要依赖医院的专业检测设备，例如 心电图（ElectroCardioGram，ECG）、心脏彩色B超等，但采用该方法 无法实现对该疾病的长期监护，例如对于突发的心血管疾病病人，其 发病时的各项生理参数信息无法在第一时间被采集并供分析，从而可 能会导致延误治疗。

无线体域网技术(Wireless Body Area Networks，简称WBAN)是一 项针对短距离人体区域网路的新技术，与其他短距离、低功耗无线技 术不同，该无线体域网技术特别考量在人体上或人体内的应用，通常 ，其为附着在人体身上的一种网络，由一套小巧且具有通信功能的传 感器和一个身体主站(或称协调器)组成。每一传感器既可佩戴在身上 ，也可植入体内。BAN协调器是该无线体域网络的管理器，也是该无线 体域网络与外部网络(如3G、WiMAX、Wi-Fi等)之间的网关，其使数据 能够得以安全地传送和交换。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种能够对人体生理特征进行实时监测 的 基于无线体域网的人体生理特征监测方法和系统。

为了达到本发明的目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于无线体域网的人体生理特征监测方法，其基于无线体域网技 术的人体监护微网络包括一个中心节点以及至少一个置于被监测人体 体表或体内的普通节点，其中，所述方法包括：

普通节点采集人体生理特征信息；

中心节点依据获得的人体生理特征信息识别至少一个人体生理状况鉴 别符，并依据该至少一个人体生理状况鉴别符选择是否将该人体生理 特征信息通过无线网络发送至医疗监护系统终端。

优选地，普通节点在接到中心节点的指令后被激活，以采集人体生理 特征信息。

更为优选地，当普通节点没有被中心节点激活时，分别地：

若普通节点在非唤醒信标周期内处于非激活状态时，则该普通节点便 进入冬眠状态；

若普通节点处在唤醒信标周期内，并且不需接收信标时，该普通节点 便在信标传输时间内处于非激活状态；

若普通节点无需传输管理或数据类型帧时，则该普通节点在超帧的专 用访问阶段和随机存取阶段处于非激活状态。

优选地，在中心节点与普通节点交换数据类型帧或管理类型帧之前， 需要进行相互发现。

更为优选地，所述相互发现包括非连接节点的相互发现以及已连接节 点的相互发现，其中：

所述非连接节点的相互发现即：当中心节点与非连接的普通节点进行 帧传输之前，中心节点必须保证对非连接节点的唤醒，且与其在同一 个信道上，然后为非连接节点提供非连接的轮询分配间隔；

所述已连接节点的相互发现即：在中心节点与已连接的普通节点传输 帧之前，中心节点需要向其发送唤醒帧和轮询帧，并为其提供轮询分 配。

优选地，在中心节点与普通节点进行业务交互的过程中，中心节点或 普通节点可以通过正在进行交互的帧携带功率调整信息进行功率控制 ，从而提 高或降低对方节点当前使用的功率电平。

更为优选地，所述功率控制由中心节点主动发起，当中心节点判断网 络链路质量发生变化时，该中心节点通过正在进行交互的帧携带功率 调整信息告知对方普通节点改变功率电平以适应当前的链路状态。

更为优选地，当普通节点多次采用同一功率电平向中心节点发送数据 时，中心节点获取在该功率电平下接收到的接收信号的功率大小，并 通过对同一功率电平下的接收信号功率大小进行比较，以判断中心节 点与普通节点之间的网络链路质量变好或变坏，其中，当接收信号的 功率大小逐渐变小时，表明网络链路质量变差；当接收信号功率逐渐 变大时，表明链路质量变好。

更为优选地，

在网络链路质量变差时，中心节点通过下行链路告知对方普通节点提 高至少一个等级的发送功率电平，以对抗链路质量差可能造成的分组 丢失；

在网络链路质量变好时，中心节点通过下行链路告知对方普通节点降 低至少一个等级的发送功率电平，以节省能耗。

优选地，所述功率控制由普通节点主动发起，包括如下方式：

当普通节点多次重传分组仍然失败时，主动调整当前的功率电平；

或者，普通节点在于中心节点进行业务交互过程中依据预设的功率控 制策略主动进行功率控制。

优选地，中心节点依据至少一个人体生理状况鉴别符选择是否将该人 体生理特征信息通过无线网络发送至医疗监护系统终端的方法为：

依据该人体生理状况鉴别符获取预先存储的该被监测人体的正常生理 值以及警戒生理值；

当采集到的人体生理特征信息超过正常生理值但未超过警戒生理值时 ，中心节点存储该当前采集的人体生理特征信息，和/或，中心节点通 过无线网络发送该当前采集的人体生理特征信息至医疗监护系统终端 ；当采集到的人体生理特征信息超过警戒生理值时，中心节点通过无 线网络发送携带该当前采集的人体生理特征信息的告警信息至医疗监 护系统终端。

一种基于无线体域网的人体生理特征监测系统，包括：

人体监护微网络，用于采集人体生理特征信息；以及依据获得的人体 生 理特征信息识别至少一个人体生理状况鉴别符，并依据该至少一个人 体生理状况鉴别符选择是否将该人体生理特征信息通过无线网络发送 至医疗监护系统终端；

无线网络，用于传输业务数据；

医疗监护系统终端，用于从人体监护微网络获取被监测人体的人体生 理特征信息，并据此对被监测人体进行生理状况分析。

优选地，所述人体监护微网络包括一个中心节点以及至少一个置于被 监测人体体表或体内的普通节点，其中，

所述普通节点用于采集人体生理特征信息；

所述中心节点用于依据获得的人体生理特征信息识别至少一个人体生 理状况鉴别符，并依据该至少一个人体生理状况鉴别符选择是否将该 人体生理特征信息通过无线网络发送至医疗监护系统终端。

更为优选地，普通节点在接到中心节点的指令后被激活，以采集人体 生理特征信息。

更为优选地，当普通节点没有被中心节点激活时，分别地：

若普通节点在非唤醒信标周期内处于非激活状态时，则该普通节点便 进入冬眠状态；

若普通节点处在唤醒信标周期内，并且不需接收信标时，该普通节点 便在信标传输时间内处于非激活状态；

若普通节点无需传输管理或数据类型帧时，则该普通节点在超帧的专 用访问阶段和随机存取阶段处于非激活状态。

优选地，在中心节点与普通节点交换数据类型帧或管理类型帧之前， 需要进行相互发现。

更为优选地，所述相互发现包括非连接节点的相互发现以及已连接节 点的相互发现，其中：

所述非连接节点的相互发现即：当中心节点与非连接的普通节点进行 帧传输之前，中心节点必须保证对非连接节点的唤醒，且与其在同一 个信道上，然后为非连接节点提供非连接的轮询分配间隔；

所述已连接节点的相互发现即：在中心节点与已连接的普通节点传输 帧 之前，中心节点需要向其发送唤醒帧和轮询帧，并为其提供轮询分配 。

优选地，在中心节点与普通节点进行业务交互的过程中，中心节点或 普通节点可以通过正在进行交互的帧携带功率调整信息进行功率控制 ，从而提高或降低对方节点当前使用的功率电平。

优选地，所述功率控制由中心节点主动发起，当中心节点判断网络链 路质量发生变化时，该中心节点通过正在进行交互的帧携带功率调整 信息告知对方普通节点改变功率电平以适应当前的链路状态。

更为优选地，当普通节点多次采用同一功率电平向中心节点发送数据 时，中心节点获取在该功率电平下接收到的接收信号的功率大小，并 通过对同一功率电平下的接收信号功率大小进行比较，以判断中心节 点与普通节点之间的网络链路质量变好或变坏，其中，当接收信号的 功率大小逐渐变小时，表明网络链路质量变差；当接收信号功率逐渐 变大时，表明链路质量变好。

更为优选地，在网络链路质量变差时，中心节点通过下行链路告知对 方普通节点提高至少一个等级的发送功率电平，以对抗链路质量差可 能造成的分组丢失；

在网络链路质量变好时，中心节点通过下行链路告知对方普通节点降 低至少一个等级的发送功率电平，以节省能耗。

优选地，所述功率控制由普通节点主动发起，包括如下方式：

当普通节点多次重传分组仍然失败时，主动调整当前的功率电平；

或者，普通节点在于中心节点进行业务交互过程中依据预设的功率控 制策略主动进行功率控制。

优选地，无线局域网的中心节点还用于依据该人体生理状况鉴别符获 取预先存储的该被监测人体的正常生理值以及警戒生理值；

当采集到的人体生理特征信息超过正常生理值但未超过警戒生理值时 ，中心节点还用于存储该当前采集的人体生理特征信息，和/或，中心 节点还用于通过无线网络发送该当前采集的人体生理特征信息至医疗 监护系统终端；当采集到的人体生理特征信息超过警戒生理值时，中 心节点还用于通过无线网络发送携带该当前采集的人体生理特征信息 的告警信息至医疗监护系统终端。

通过上述本发明的技术方案可以看出，本发明通过人体监护微网络实 时 检测被监测人体的人体生理特征信息，并通过一定的处理机制将这些 信息发送给远程的医疗监护系统终端（如运动娱乐体征监测终端、急 诊终端、监护终端、医疗服务器终端、远程治疗终端），从而第一时 间掌握该被监测人体的体征信息，以便为后续的治疗提供有力的依据 。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于无线体域网的人体生理特征监测系统的 结构示意图；

图2为对依照本发明实施例对突发疾病进行报警和应急处理的流程示意 图；

图3为依照本发明实施例由被监护人进行主动报警的应急处理流程示意 图。

本发明目的的实现、功能特点及优异效果，下面将结合具体实施例以 及附图做进一步的说明。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描 述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但 所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明实施例提出一种基于无线体域网的人体生理特征监测方法，其 基于无线体域网技术的人体监护微网络包括一个中心节点以及至少一 个置于被监测人体体表或体内的普通节点，其中，所述方法包括：

S10、普通节点采集人体生理特征信息；

S20、中心节点依据获得的人体生理特征信息识别至少一个人体生理状 况鉴别符，并依据该至少一个人体生理状况鉴别符选择是否将该人体 生理特征信息通过无线网络发送至医疗监护系统终端。

所述被监测的人体生理特征包括一切可为诊断人体相关疾病的生理特 征。

系统预先记录了各项人体生理特征与对应的人体生理状况鉴别符的对 应关系，其中，所述人体生理状况鉴别符用于根据实际收到的人体生 理特征数据进行人体状况的判断，例如依据本发明实施例提供的一种 人体生理状况鉴别符，其预先采集被监护人体处于正常状态下的各项 生理数据并对其进行存储，之后采集被监护人体处于不正常或病态下 的生理数据，并据此设置用以鉴别人体是否正常的正常值门限以及警 戒值门限，当采集的生理数据超过门限值时则判别出被监护人体处于 何种状态。

例如在本发明实施例中，提供一种基于无线体域网的心血管疾病监测 方法。其中，如图1所示，系统主要由基于无线体域网技术的人体监护 微网络、无线网络和医疗监护系统终端组成。人体监护微网络由普通 节点（node）和中心节点（hub）组成。该人体监护微网络有且仅有一 个中心节点，通过中心节点调节介质访问和进行电源管理。普通节点 位于被监测人体的体表或体内，包括各种传感器设备，如心电图传感 器、运动传感器等。这些传感器在接到中心节点的指令后被激活，开 始采集人体生理特征信息。

一般情况下普通节点根据中心节点的安排进行冬眠或者休眠两种不同 的状态，具体地：

当普通节点在非唤醒信标周期内处于非激活状态时，该普通节点便进 入“冬眠”；

当普通节点在唤醒信标周期内，并且不需接收信标时，该普通节点便 在信标传输时间内处于非激活状态；

当普通节点无需传输管理或数据类型帧时，普通节点在超帧的专用访 问阶段和随机存取阶段处于非激活状态，即进入休眠。

中心节点和普通节点在交换数据帧或管理帧之前，需要进行相互发现 。在本发明实施例中，其主要有两种实现方式：与非连接节点的相互 发现以及与已连接节点的相互发现。

对于所述与非连接节点的相互发现，当中心节点与非连接的普通节点 进行帧传输之前，中心节点必须保证对非连接节点的唤醒，且与其在 同一个信道上，然后为非连接节点提供非连接的轮询分配间隔。

对于所述与已连接节点的相互发现，在中心节点和连接的普通节点传 输 帧之前，中心节点同样需要发送唤醒帧和轮询帧，并为其提供轮询分 配。

为了支持无线体域网的能量管理，达到长期使用的目的，每个通信节 点必须具备两个基本功能：其一是为节点进入睡眠所做的必要准备， 如睡眠前工作状态的保存；其二是在预定的时间让节点切进入睡眠或 唤醒状态。

出于节能和人体安全的考虑，使用功率控制来优化信息传输的节点发 送功率，即：在信道条件恶化时在保证满足辐射功率在安全范围内提 高节点的发送功率，以保证数据分组被正确接收；在信道条件满足传 输可靠性时可以适当减小节点的发送功率以节省能量，延长节点的工 作寿命，进而延长网络的生存时间。在节点和中心节点进行业务交互 的过程中，不管是在竞争期还是非竞争期，当需要进行功率控制（信 道通信质量变好或者变差）时，节点或中心节点都可以通过正在进行 交互的帧携带信息进行功率控制，从而提高或降低当前使用的功率电 平。

功率电平的调整可以由中心节点发起，也可以由普通节点发起。其触 发机制主要有以下两种：

1）中心节点主动发起功率控制：中心节点主动发起功率控制主要是指 在中心节点判断网络链路质量发生变化时，中心节点通过与普通节点 交互的帧告知普通节点改变功率电平以适应当前的链路状态。具体地 ，当节点多次采用同一功率电平向中心节点发送数据时，中心节点记 录在该电平功率下收到节点信号的功率大小，通过对同一电平功率下 的接收信号功率大小的比较，中心节点即据此可以判断与该节点通信 的链路质量变好或变坏。当接收信号功率逐渐变小时，表明链路质量 变差，此时，中心节点通过下行链路告知节点提高一个等级的发送功 率电平（不超过最大的功率电平），以对抗链路质量差可能造成的分 组丢失；当接收信号功率逐渐变大时，表明链路质量变好，此时，中 心节点同样采用下行链路告知节点降低一个等级的发送功率电平（不 低于最小的功率电平），以节省能量，延长节点寿命。

2）普通节点主动发起功率控制：普通节点主动发起的功率控制主要是 指节点多次重传分组仍然失败时改变当前的功率电平，或者根据预先 设定的功率控制策略（例如周期性地）主动进行功率控制。

位于普通节点侧的传感器采集到的人体生理特征信息数据传输给中心 节 点，由中心节点整理并通过无线网络传输，这样人体监护微网络采集 到的生理数据通过无线网络上传给医疗监护系统终端。

在本实施例中，在中心节点中预先存储该被监控人正常情况下采集到 的各类生物信息并设定警戒值，它能够将实时采集到的生理数据与自 身存储的正常值和警戒值进行比较分析，在收到异常生理数据时向被 监护人报警并向医疗监护终端反应，具体地：当采集到的人体生理特 征信息超过正常生理值但未超过警戒生理值时，中心节点用于存储该 当前采集的人体生理特征信息，和/或，中心节点用于通过无线网络发 送该当前采集的人体生理特征信息至医疗监护系统终端；当采集到的 人体生理特征信息超过警戒生理值时，中心节点用于通过无线网络发 送携带该当前采集的人体生理特征信息的告警信息至医疗监护系统终 端。

医疗监护系统终端位于基层医疗站或者专科医院，包括急诊、远程诊 疗等。终端与人体监护微网络之间通过互联网连接。这些医疗监护系 统终端对采集到的信息进行处理，在被监护人潜在患病危险加大时提 醒、给出建议并在专业人士的操作下做出适当的治疗，尤其在突发疾 病的时候能够迅速作出反应，节约宝贵的治疗时间。

本实施例中，人体监护微网络有且仅有一个中心节点，通过中心节点 调节介质访问和电源管理。为了降低功耗，普通节点侧的传感器一般 情况下根据中心节点的安排进入休眠或者睡眠状态，传感器在接到中 心节点发送的指令后被激活，开始采集人体生理信号，通过无线传输 ，采集到的生理数据由普通节点传输给中心节点。

中心节点中预先存储该被监控人体正常情况下采集到的各类生理特征 信息并据此设定正常值以及警戒值，并能够将实时采集到的各项实时 生理数据与自身存储的正常值和警戒值进行比较分析。例如，在心电 图（ECG）检查中，小儿心率较快，QRS呈现右室优势。这一数据存储 在中心节点中，如果采集到了有右室优势的心电信号，中心节点作出 判断是正常的，则不会产生告警，也不会反复激活普通节点侧的心电 传感器来采集这一信号，以减少功耗，达到长期监护的目的；一旦超 过预先设置的警戒值，则产生携带该实时生理数据的告警信号至远端 的医疗监护系统终端。这对于一些植入体内的不易更换电源的传感器 来说有重要意义。

基于该方法，可以对突发病情进行报警和应急处理。相当一部分先天 性或者后天患病的心血管疾病病人并不清楚自己有潜在危险，甚至在 剧烈运动时引发猝死。如图2所示，传感器采集到的生理数据传输给中 心节点，当中心节点判别出采集到的生理参数超过一定警戒值时，中 心节点根据设置报警，提醒被监护人或医疗监护终端注意，监护终端 对突发病情作出反应，可依据具体情况安排紧急入院和相关治疗。

基于该方系统还可以使得被监护人对自身的病情进行主动报警和处理 。如图3所示，当心血管疾病病人自己主观感觉到心悸、呼吸困难、胸 闷，心悸、心慌、头昏、眼花、心前区不适或疼痛等症状时，他可以 通过自身佩戴的中心节点报警，这时医疗监测终端调高他的优先级并 且根据采集到的生理信息情况安排相关专业检查和治疗方法。如果病 人自己有应急处理，如服用心绞痛的急救用药硝酸甘油等，节点和终 端会记录这一情况的准确时间和方式用于区别其后采集到的数据，在 医生诊断病情时使用。

继续参考图1，本发明实施例还提供了一种基于无线体域网的人体生理 特征监测系统，包括：

人体监护微网络，用于采集人体生理特征信息；以及依据获得的人体 生理特征信息识别至少一个人体生理状况鉴别符，并依据该至少一个 人体生理状况鉴别符选择是否将该人体生理特征信息通过无线网络发 送至医疗监护系统终端；

无线网络，用于传输业务数据；

医疗监护系统终端，用于从人体监护微网络获取被监测人体的人体生 理特征信息，并据此对被监测人体进行生理状况分析。

本实施例中，所述人体监护微网络包括一个中心节点以及至少一个置 于被监测人体体表或体内的普通节点，其中，

所述普通节点用于采集人体生理特征信息；

所述中心节点用于依据获得的人体生理特征信息识别至少一个人体生 理状况鉴别符，并依据该至少一个人体生理状况鉴别符选择是否将该 人体生理特征信息通过无线网络发送至医疗监护系统终端。

本实施例中，普通节点在接到中心节点的指令后被激活，以采集人体 生理特征信息，优选实施方式中，当普通节点没有被中心节点激活时 ，分别地：

若普通节点在非唤醒信标周期内处于非激活状态时，则该普通节点便 进入冬眠状态；

若普通节点处在唤醒信标周期内，并且不需接收信标时，该普通节点 便在信标传输时间内处于非激活状态；

若普通节点无需传输管理或数据类型帧时，则该普通节点在超帧的专 用访问阶段和随机存取阶段处于非激活状态。

本实施例中，在中心节点与普通节点交换数据类型帧或管理类型帧之 前，需要进行相互发现，其中，所述相互发现包括非连接节点的相互 发现以及已连接节点的相互发现，具体地：

所述非连接节点的相互发现即：当中心节点与非连接的普通节点进行 帧传输之前，中心节点必须保证对非连接节点的唤醒，且与其在同一 个信道上，然后为非连接节点提供非连接的轮询分配间隔；

所述已连接节点的相互发现即：在中心节点与已连接的普通节点传输 帧之前，中心节点需要向其发送唤醒帧和轮询帧，并为其提供轮询分 配。

本实施例中，在中心节点与普通节点进行业务交互的过程中，中心节 点或普通节点可以通过正在进行交互的帧携带功率调整信息进行功率 控制，从而提高或降低对方节点当前使用的功率电平。

其中，所述功率控制由中心节点主动发起，当中心节点判断网络链路 质量发生变化时，该中心节点通过正在进行交互的帧携带功率调整信 息告知对方普通节点改变功率电平以适应当前的链路状态，具体地， 当普通节点多次采用同一功率电平向中心节点发送数据时，中心节点 获取在该功率电平下接收到的接收信号的功率大小，并通过对同一功 率电平下的接收信号功率大小进行比较，以判断中心节点与普通节点 之间的网络链路质量变好或变坏，其中，当接收信号的功率大小逐渐 变小时，表明网络链路质量变差；当接收信号功率逐渐变大时，表明 链路质量变好。

对于中心节点如何进行功率电平的调整，具体地：

在网络链路质量变差时，中心节点通过下行链路告知对方普通节点提 高至少一个等级的发送功率电平，以对抗链路质量差可能造成的分组 丢失；

在网络链路质量变好时，中心节点通过下行链路告知对方普通节点降 低至少一个等级的发送功率电平，以节省能耗。

另一实施例中，所述功率控制由普通节点主动发起，包括如下方式：

1、当普通节点多次重传分组仍然失败时，主动调整当前的功率电平；

2、或者，普通节点在于中心节点进行业务交互过程中依据预设的功率 控制策略主动进行功率控制。

本实施例中，无线局域网的中心节点还用于依据该人体生理状况鉴别 符获取预先存储的该被监测人体的正常生理值以及警戒生理值；当采 集到的人体生理特征信息超过正常生理值但未超过警戒生理值时，中 心节点还用于存储该当前采集的人体生理特征信息，和/或，中心节点 还用于通过无线网络发送该当前采集的人体生理特征信息至医疗监护 系统终端；当采集到的人体生理特征信息超过警戒生理值时，中心节 点还用于通过无线网络发送携带该当前采集的人体生理特征信息的告 警信息至医疗监护系统终端。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围 ，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换 ，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的 专利保护范围内。