无线传感网在智慧医疗护理中的应用

无线传感网在智慧医疗护理中的应用,design by wyq,（摘要）引言,1,无线传感网在智慧医疗中的应用形式,2,传感网在智慧医疗护理中的应用实例,3,结语,4,Table of Contents,内容大纲,1.（摘要）引言,【摘要】 本PPT提出了无线传感网用于医疗护理的2种基本形式，详细介绍了无线传感网在智慧医疗护理中的应用情况，指出了传感器节点等无线传感网关键技术的解决将有效提高老龄化社会家庭或者医院医疗护理的质量和效率。,当前很多国家都面临着人口老龄化的问题我国老龄化速度更居全球之首。目前，中国60岁以上老年人约有169亿，预计2050年中国60岁以上老年人将达31。“421”(即一对夫妇赡养4位老人、生育1个子女)的家庭大量出现，“空巢老人”在各大城市平均比例已达30，个别大中城市甚至已超过50。这对老年人独居及医疗保健服务提出严峻挑战。无线传感网技术可以通过连续监测提供丰富的背景资料并做预警响应，不仅有望解决这一问题还可大大提高医疗的质量和效率。,引言,无线传感网(wireless sensor network，WSN)集合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，大量传感器节点通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，具有数据的实时采集、监督控制和信息共享与存储传输等功能，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送并以自组多跳的网络方式传输给监测者。 WSN的便携和不可见性，易于部署和扩展。可实时并随时连线，可重新配置和自组织性引等特点使其在智慧医疗中有着广泛的应用前景，不仅有望解决老年人独居问题，还可以用于婴幼儿监护。认知障碍者、残疾人以及慢性病者的医疗护理。,2.无线传感网在智慧医疗中的应用形式,21 体域网 体域网(body aear network，BAN)是附着在人体的一种无线传感器网络，其传感器节点既可佩戴在身上也可植人体内，采集如温度、血糖、血压、心电图等重要生理信号，记录人体活动或运动信息，提供某种方式的自动疗法控制。体域网需要低能耗低传输能量的无线技术。现今大多数无线医疗系统采用ZigBee(IEEE 802154)、WLANs、Bluetooth (IEEE 802151)、医学植入通信服务(medical implant commu nieations service，MICS)、无线医疗遥测服务(wireless medicaltelemetry service，WMTS)等。 其中，MICS的频带为402405MHz，可进行传感器节点问短距离(10 In内)信号传输，避免其他无线电设备产生的干扰，是最适于医学传感器节点的频段之一。,WMTS常用作远距离无线通信(100 m)的中间节点，是无线遥测最常用的频段(608614 MHz，13951400 MHz14291432 MHz)。YuceM等131用MICS频段设计了一种植入式体域网系统，该系统由传感器节点、中央控制器(CCU)以及医疗中心的接收站组成，具有低能耗、连续传输数据的功能通过无线通信的方式来实现诊断和治疗。该系统传感器节点负责获得人体原始数据，通过第一种连接，使用MICS频段将数据处理结果传输到CCU。CCU的主要功能是收集来自传感器节点的数据，将数据重新打包，通过第二种连接因特网或者ISM频段(24 GHz)将数据传输到接收站。接收站通过用户图形界面(GUI)可以显示所有接收到的数据，并将这些数据储存到医院数据库系统中。CCU安放于患者腰上，以便患者自由移动。对一个不便移动的患者来说，CCU可安置在屋内10m范围内的地方。它充当从传感器节点处获得数据的储存功能。它与计算机连接，显示实时信息，并将数据记录在数据库。储存的信息能通过邮件定期发送到医院的数据库中。体域网植入性传感器节点需解决生物相容性以及避免体内环境对传感器的影响等问题。Liao等开发了一种植入性葡萄糖在线监测光纤传感器，可以插在患者体内长达几周时间。其主要部件由大小和柔韧度与头发相似的植入性光纤构成此光纤细且轻。具有良好的机械稳定性、化学稳定性和生物相容性，非常适用于医疗设备。,体域网佩戴式传感器节点需要解决移动性和便携性等问题。佩戴式传感器节点形式多种多样，有腕带式、臂袋式阎、胸带式、夹克式等。Lee等研究了一种检测皮肤电活动(EDA)和脉搏跳动情况的佩戴式传感器手套，该手套通过互联网实时传输和显医疗卫生装备EDA检测系统由导电纤维线、EDA传感器、信号采集模块、模拟电路板以及个人计算机组成。其中信号采集模块通过导电纤维线连接到传感器手套上：模拟电路板检测、过滤信号，完成模数转换并传输到个人计算机；个人计算机显示皮肤电活动信号处理结果并进行反馈。皮肤阻抗信号是皮肤表层电流的变化而引起的电阻抗改变。皮肤阻抗响应(SIR)信号是皮肤阻抗的交流分量，阻抗位准(SIL)反映皮肤阻抗的总体变化。苏醒状态下，SIR值低，阻抗响应间的距离(IRI)短；昏昏欲睡时IRI和SIL值均增大；进入睡目民状态时，SIL值非常高且无SIR信号。因此。通过SIR和SIL间的关系即可以监测被检者的睡眠情况。,22个人区域网 个人区域网(personal area network，PAN)主要监测被监测者周围环境的变化。利用传感器节点以及移动装置检测周围声音、压力、温度、光强、湿度的变化，提供丰富的情境信息，从而达到监护的目的。 当前研发的无线“个人助理”装置可支持血糖仪、胰岛素泵、持续型葡萄糖传感器。有了这种装置，通过用户界面即可控制这砦医疗器件，获得情境感知数据。模块化、可扩展性、新功能易集成性是该系统需要重点研究的内容。MAC层能源效率也是个人区域网需要重点解决的课题。 MAC协议意在通过强调预防能耗来源(如碰撞、空闲监听，电源超支)提高能源使用效率。高分辨率的传感器设备将耗费更多的能量。Chen等人提出一个变量控制系统，通过优化测量分辨率来减少能耗。,3传感网在智慧医疗护理中的应用实例,31健康情况的监测 健康情况的监测是传感网在智慧医疗护理领域研究最广泛的领域。常见的监测项目有心电图、脉搏、血氧饱和度、体温、心率、血压。目前研究的焦点是如何捕捉数据并发送到远程护理中心。MobiHealth项目整合了手机、手表等穿戴式传感器设备，不断测量、传输生理数据给健康服务提供者，当发生意外事件时，提供快速和可靠的远程协助。CodeBlue项目是哈佛大学开发的一种软硬件平台。硬件部分包括微型脉动血氧计、双引线心电图、运动分析传感器板，软件架构基于发布订阅路由框架。CodeBlue的目的在于以ad hoc方式为无线医疗装置提供协调和通信。在此基础上，开发了检测心率、氧饱和度、心电图等移动身体传感器，提供诸如温度、运动和周围环境等信息。,Zhou等人提出一种用于无线医疗监护的三层传感器网络。第一层提供如血氧饱和度、心率脉搏和血压等医学传感器。这些医学传感器通过网关节点形成一个由自组织协议或 手动配置识别的星型网络。第二层提供可靠的传输。如果患者在家里其生理数据将通过布设在居住地最近的无线节点进行传输。这些节点不仅以多跳的方式通过因特网将数据传递到个人计算机，还提供如温度，患者在紧急情况下的视频或图片等背景资料。第三层负责远程医疗中心生理数据的汇总分析并通过移动电话、PDA或Web服务器将数据反馈给患者。,SibrechtBouwstra等人设计了一种夹克式传感器。用来监测新生儿健康情况。这种智能夹克可用来实时监测新生儿的心电图。文献【12】设计了一种可以监视新生儿状况的婴儿手套。这个手套由2个整合的置于新生儿上身的传感器板组成，包含一个温度传感器和若干电极，用来监视婴儿的体温、脉搏和水化作用。该装置是由2个微粒组成，其中一个微粒连接到婴儿的衣服，收集来自传感器的关键标志物信息通过无线传输到另一个微粒：另一个微粒再与基站的计算机连接进行数据处理。一旦关键标志物的水平高于某一阔值，将会立即警示看护者。,32活动或运动情况的监测 摔倒是65岁以上老年人意外死亡的主要原因。由于隐私等问题人们逐渐从隐蔽式摄像头转向加速度计、回转器等运动传感器进行身姿和步态的监测研究，预防摔倒，并对此行为进行及时处理。 PurwarA等人研究了一种典型的运动传感系统。该系统使用单一的三轴加速度计，通过信号处理技术，识别运动行为。“微尘”基站收集加速度计的数据，并将其分程传递到服务器进行数据处理。这种移动“微尘”如果戴在胸部而不是系在腕上，将获得81的运动检测准确率。如何辨别跳跃、快速坐在椅子上等类似于跌倒的运动行为是目前研究的另一项课题。 Wang等人设计了另一种摔倒检测系统，该系统将加速度计安放在头部位置，使用特定算法来区分摔倒和13常行为。这种算法可分8种摔倒姿势和7种站、坐、躺、行走、跳跃、上下楼梯、慢跑日常行为。此算法主要寻找身体接触地面的初始时间以及身体处于静止状态的时间差别，通过这种差别来判断是否摔倒。 新生儿不正确的睡眠姿势致死率是婴儿猝死综合征(SIDS)致死率的129倍。文献f12】提出了一种SleepSafe原型用来监测新生儿睡眠情况。这种装置使用了i轴加速度计。用来判断婴儿的睡眠姿势，如仰卧、侧卧及俯卧。一旦出现后2种情况。将通过基站将警告发送给看护者。,33药物用量和饮食情况的监测 老年人、慢性病患者以及认知障碍者常常不能按时、按量服药。因此，对用药量进行监测非常必要。Moh等人把传感网和射频识别技术(RFID)相结合，用来控制老年人的用药量。该系统包括3个部分： (1)药物监测子系统。使用高频(HF)RFID标签技术进行药瓶的识别使用质量计识别患者药品用量。该系统能够识别患者的取药时间、取药种类和取药量。 (2)患者监控子系统。通过患者身上的超高频(UHF)RFID标签进行患者的识别和定位，该子系统能够提醒患者只取必需药品。 (3)基站子系统。将数据传递到基站的个人计箅机上。基站的软件包括模拟显示患者的用户图形界面(GUI)，提示吃药时间并维护患者与药品微尘节点间的相互作用。,iCabiNET方案使用智能RFID包装技术，通过切断RFID集成电路的电流来记录药丸的使用情况。iCabiNET可接入家居网络，通过家居网络使用RFID阅读器监控药物摄入量。该系统可监测用户购买的药物并通过智能家电，如电视机，提示患者药物用法和用量。作为替代方案可将iCabiNET集成到蜂窝式网络或普通电话网络以提醒患者正确服药。Pang等人开发了名为iPackage的智能包装原型该系统能够进行远程摄入药物监控和重要生理信号监测。iPackage与RFID连接不同，它通过分层材料(CDM)膜及控制电路来实现药物剂量的控制。CDM薄膜由3层箔膜构成底部为铝层，顶部和中间黏合剂层为电化学环氧树脂。当加在底层和顶层的电压高于某一临界值时，将在中间层发生电化学反应。当施加电压一定时间时，环氧树脂层将被破坏并剥落。对此，带有CDM密封膜的iPackage只能通过特殊的控制设备才能打开，从而可实现剂量控制。BodyMedia公司设计一款名为“HealthWear Armband”的运动传感器来计算能量消耗，从而进行饮食控制。这种传感器可以感知从皮肤到周围环境的温度梯度、机械活动以及皮肤阻抗，与PC相连，充当个人助手。,34日常活动的监测,Tvan Kasteren等人根据观测老年人日常活动建立了传感器即时读数分析模型的方法，并将这些方法应用到可视化监视和声音分析上。该方案使用的系列如接触开关、压垫这样的简单传感器根据多传感器的信息融合，即可判断居住者的行为从而可以对老年人健康状况如老年痴呆症等进行检测。因为系统不使用摄像机，比较容易得到患者及其家属的认可。 Hou JC团队开发一套无线个人独居助理系统。该系统具有感知、定位、监控、无线通信以及事件数据处理能力。提供日常活动提醒帮助、生理功能非植入性检测、与远程保健公司、临床医生进行实时通信以实现老年人独居生活。该团队还特别为无线个人独居助理系统配置了一个低能耗的小装置(包括RFID阅读器和蓝牙医学装置)，以进行服务质量考核；为无线个人独居助理系统装备了超声和RFID技术，以实时追踪人和物体的活动；使用手机作为