无线传感网在智慧医疗护理中的应用

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。
无线传感网在智慧医疗护理中 的应用
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内容大纲
Table of Contents
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（摘要）引言
无线传感网在智慧医疗中 的应用形式
传感网在智慧医疗护理中的 应用实例 结语
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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。
3传感网在智慧医疗护理中的应用实例
3．1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。
引言
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1．69亿，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。

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。
2.无线传感网在智慧医疗中的应用形式
2．1 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 802．15．4)、WLANs、Bluetooth (IEEE 802．15．1)、 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402～405MHz，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 (608—614 MHz，1395～1400 MHz．1429～1432 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(2．4 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。
3．4日常活动的监测
T．van 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；使用手机作为无线调制解调器和局部智能数 据的收集和获取工具，普及无线个人独居助理系统。





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。
3．3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。
3．2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12．9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。