物联网系统设计_医疗物联网

医疗物联网的典型应用需求
• 资源管理：包括对药品、医护人员、患者、医疗设备的管理与监 控；
• 电子健康档案：包括个人基本健康信息档案、疾病控制档案、妇 幼保健档案、医疗服务档案、社区卫生档案的建立与管理；
• 移动临床是指利用无线网络技术与移动计算技术将电子病历从桌 面应用推向移动应用；
• 远程会诊是指通过医疗机构使用移动通信网络与互联网为患者进 行疾病诊断、治疗的过程。
BAN信息传输技术
• BAN（Body Area Networks，体域网），是一 种新型的无线通信技术，其典型通信距离为2 米左右，限制在人的身体范围之内。
• 目前已进入IEEE标准化流程，标准号为IEEE 802.15.6。
• WMAN
• WLAN
• WPAN
• WBAN
BAN的目的
• 在人的体内和体表形成 一个基于无线技术的传 感器网络。
资源管理 电子健康档案
药品、医护人员、患者、个人基本健康信息档案、疾病
医疗设备
控制档案、妇幼保健档案、医
疗服务档案、社区卫生档案
医生工作站：医嘱信息，生 命体征查询，手术安排查询 护士工作站：基本信息报告查
询，医嘱执行
移动临床
在线咨询，远程方案制 定，病例建档，定期跟踪...
远程诊疗
医疗物联网架构
休眠唤醒 无阅读器
有阅读器
信道查询态
半休眠唤醒信道冲突
• 通信态：建立与读写器的有 效连接，实现数据传输。
休眠态
通信态 成功阅读
半休眠态
有源RFID工作机制
RFID节点设计方案
半无源RFID标签 有源RFID标签
天线 天线
可配置解调电路
时钟恢复电路 数据
整流电路
VDD 检测/唤醒电路
MCU
存储器
充电电路 可配置调制电路
• BAN数据融合技术
• 基于多传感器数据融合的信号处理技术，对生命体 征类数据进行同步采样和融合。
• 定标、控制与编码
• 微型节点式体征传感器信号定标意义重大，必须按 照临床标准信号研发各节点，可采用外部标准信号 源测试方法和内部定标信号相结合的方法进行信号 定标。
面向医疗的RFID技术
• 针对不同医疗资源采用半无
• 针对移动临床和远程诊疗等医疗应用需求，基于传输 网络架构，定义感知层和传输层边界，配合传输层的 相关技术和协议要求，提供具有通信协议解析能力的 RFID读写设备和BAN用户服务器。
主要内容
• 医疗物联网背景概述 • 医疗物联网系统设计 • 医疗物联网案例分析
生命体征信息检测与定标方法设计
• 生命体征信息传输需求、模型、仿真
• 监测和控制人的各种生 命体征。
• 体温 • 血压 • 心电 • 脑电 • 脉搏 • 血氧饱和度等
BAN的应用场景
BAN典型应用设备
ECG(检测心电状态) EMG (检测肌电状态) 姿势感应( 检测活动状态)
WBAN与WPAN、WLAN、WMAN 的互联
BAN典型应用对传输的需求
现有各种无线候选技术指标
• 对生命体征信息和传感器节点分为复杂节点和瘦节点 。其中血压、心电、心音、血氧饱和度、呼吸等节点 定义为复杂接点，其余节点可以考虑定义为瘦节点。
• 可调度的信号数字化方法
• 设计信号数字化方法。采集的信息包括：心血管系统 信息、呼吸系统信息、常规生理生化体征指标信息； 环境信息；辅助采集加速度、位置等姿态信息。
物联网系统设计 医疗物联网
重庆邮电大学
主要内容
• 医疗物联网背景概述 • 医疗物联网系统设计 • 医疗物联网案例分析
医疗物联网发展的背景
• 随着我国医疗改革事业的深入推进，智慧地球 、智慧城市等物联网技术的应用不断渗透。为 了解决我国医疗资源欠缺、分布不均、资源利 用率低下的一系列问题，医疗物联网成为物联 网应用积累共性关键技术解决方案、应用解决 方案、服务运营和推广应用模式的重要手段。
• 遵循物联网感知层、网络传输层、应用层三层 通用架构
应用层
管
安
理
传输层
全
面
面
感知层
医疗物联网感知层框架
医疗物联网感知层的任务
• 针对医院资源管理应用需求，提供基于RFID技术的医 护人员、医疗设备、患者、药品等资源管理的完整解 决方案和核心技术支持；
• 针对居民健康档案的长期、及时、完整、准确等要求 ，在现有门诊和临床诊断获取病理参数手段的基础上 ，提供基于BAN（体域网）的在个人自然状态下获取 人体生理和病理参数的解决方案和核心技术支持；
• 采用动态可变采样率方法完成信号的数字化，采样速 率和采样精度随身体状态的变化而自适应改变；节点 可根据网关协调调度指令动态调整信号数字化的各项 参数。
生命体征信息检测与定标方法设计
• 信号预处理算法
• 通过敏感元件进行信号采集，并根据前端采集信号 的不同，设计不同的片上系统算法，实现不同体征 参数的特征提取。
现有技术无法完全满足医疗物联网的传输需求，因此有必要针对医疗 应用的特点开发一种新的专用无线通信技术。
BAN技术指标（草案）
• Distance • Piconet density • Devices per network • Net network throughput • Power consumption
• Startup time
• Latency (end to end) • Network setup time
2 m std, 5 m special 2 - 4 nets / m2
max. 100
源和有源RFID技术
• 休眠态：标签的所有部件均 停止工作。
无读有写读器写器
信道
查询态
强感应
弱感应
信道冲突 扩频码重置
• 信道查询态：查询信道上的
休眠态
空闲态
成功阅读
通信态
激活态
有效读写器信号。 • 空闲态：当信道冲突时，搜
半无源RFID工作机制
索读写器的控制命令，以重 置扩频码。
• 激活态：当感应能量低于门 限值时，启动电池供电。
扩频电路
电池 电池
半无源RFID标签芯片
数据 调制器
数据 解调器
电源 管理
Leabharlann Baidu
唤醒 SPI 电路
MCU
地址总线 数据总线
存储器
时钟
上电 复位
时钟发 生器
RFID防碰撞方法
• 由于院内具有不同于一般 RFID应用的、资源海量 的显著特点，要求RFID 读写器能实时读写数量巨 大的标签，提高吞吐率， 缩短操作时间，因此必须 设计适合于医院环境的 RFID标签防冲撞机制。