AG 尊龙凯时 - 人生就是搏!：医疗传感器应用现状及设计挑战

2025-02-02 07:31:01

无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）是一项综合了传感器技术、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多种领域技术的新兴技术，该技术具备普遍的应用于场景。　　随着技术的发展，WSN（WirelessSensorNetwork）将不会在医疗实践中的许多方面产生深远影响。

本文主要阐释无线传感器网络医疗监护系统的体系结构以及监护节点设计的一般原则。　　无线传感器网络的体系结构　　在监测区域内布置大量传感器节点，节点间使用自的组织方式展开组网以及利用无线通信技术展开数据发送，每个节点都具备数据采集与数据融合发送双重功能。节点对本身收集到的信息和其它节点转发给它的信息展开可行性的数据处理和信息融合之后以邻接节点接力赛传输的方式传输到基站，然后通过基站以互联网、卫星等方式传输给最终用户。　　节点是无线传感器网络的基本功能单元，明确应用于有所不同，节点的设计也不尽相同。

传感器节点的基本构成模块有：传感单元、处理单元、通信单元以及电源部分。此外，根据明确应用于拒绝可以加到功能单元，如：定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。

　　无线传感器网络在医疗中的应用于情况　　无线传感器网络利用其自身的优点（如较低费用、简单、较慢、动态无创的收集患者的各种生理参数等等），使其在医疗研究、医院普通／ICU病房或者家庭日常监护等领域中有相当大的发展潜力，是目前研究领域的热点。　　在病人身上摆放用作检测人体参数的微型传感器节点，可对病人的心率、血压、心电、心音等生理参数展开远程动态监测，并将信息汇总传输给监护中心，展开及时处理与对系统；利用WSN长年搜集被观察者的人体生理数据，对理解人体健康状况以及研究人体疾病都很有协助。

此外，在药物管理和研制新的药品、血液管理等诸多方面，也有其独有的应用于。总之，无线传感器网络为未来的远程医疗监护系统获取了更为简单、较低费用的构建手段。　　基于无线传感器网络的医疗体系结构　　基于无线传感器网络的医疗监护系统主要由医疗传感器节点、医疗监护基站（医疗SINK节点）以及社区／医院监护中心这几个部分构成。　　医疗传感器节点与监护基站构成个人／家庭或者病房无线传感器网络，多个这样的网络可以构成社区或整个医院监护网络，甚至更大范围的远程医疗监护系统。

首先，医疗传感器节点收集人体生理参数，并对收集到参数非常简单处置后，通过无线通信的方式必要或者间接弃跳跃方式把数据传输到基站上。监护基站对数据展开更进一步处置后转发给监护中心，监护中心展开分析处置，并及时对病人展开信息反馈。监护中心还可以使用多种方式（Internet，移动通信网络等）展开远程数据传输，与其它监护中心分享信息。

　　医疗传感器节点的设计　　医疗传感器节点的基本结构还包括处置模块、传感器模块和无线发送模块以及电源供电模块。　　传感器模块用来展开外部传感器信号的感官、收集、切换。

是整个节点确实与外部信号量认识的模块。然而，医用传感器是以生命体为测量对象。特别是在是人体，可以说道是世界上最简单的系统，各生理变量间不存在着高度的相关性而且容易相似。

所以医用传感器要从众多的现象中放入预测生理量，得出结论可信而有意义的测量数据，同时又要保证被测对象的安全性。　　由于人体参数大多是黯淡信号，一般只有几mV级别，甚至更加较低，并且不存在多种噪声（测量环境噪声、仪器与人体摩擦噪声以及仪器本身噪声等）、工频阻碍（由测量环境周围不存在50Hz的电磁场引发的）以及各种杂音等不利因素。因此，在明确医疗传感器节点设计中，重新加入仿真电路处置模块，该模块一般还包括以下几个部分：缩放电路、滤波电路、陷波电路以及模数（A／D）切换电路等。

在节点设计中缩放电路一般使用多级缩放（三级或四级），末级缩放电路除了有缩放功能外一般还具备电平提高功能；滤波电路：不应符合电路简练、合理的截止频率、灵活性便利的调节强弱合截止频率等拒绝，合理的滤掉信号中的高频与低频阻碍；陷波电路：目前普遍使用对称性双T阻容有源陷波器或用构建电源电容器件以及非对称阻容网络陷波器等。总之，仿真电路处置模块主要对收集到的信号展开缩放、滤波、陷波等处置，除去信号中的噪音、阻碍，萃取出有简单信号。　　处理器模块是传感器节点的核心，负责管理整个节点的设备掌控、任务分配与调度、数据统合与传输等。

目前处理器模块中用于较多的是Atmel公司的AVR系列单片机、TI公司的MSP430超强低功耗处理器、Motorola公司和Renesas公司的处理器以及作为32位嵌入式处理器的ARM单片机。在节点设计中，必需编程构建处理器模块对传感模块收集掌控、A／D切换的构建以及掌控无线通信模块的发送。　　无线发送模块用作节点之间的数据通信。

在无线领域应用于较多的无线发送模块为Chipcon公司的CCl000、CC2420、CC2430。常用的无线通信技术有：IEEE802．1lb、IEEE802．15．4（ZigBee）、Bluetooth、UWB、RFID、IrDA（红外线）等。

监护系统大多使用IEEE802．15．4（ZigBee）、蓝牙来构建节点以及节点与基站之间的数据通信。　　电源模块为节点获取能量，是整个无线传感器节点的基础模块。然而，不受节点体积容许，传感器节点的能量十分受限。

因此，在整个节点设计中，以低功耗、高精度为主要拒绝，采行一系列有效地的措施来节省能量。另外，医疗传感器节点无法频密替换电池，影响人的长时间生活。

所以，所设计的医疗节点应当具备较长的生命周期。　　医疗无线传感器网络监护系统不存在的挑战　　尽管无线传感器网络在重新组建医疗监护系统方面有其独特优势，但应用于到实际医疗中还不存在以下挑战：　　动态组网与大规模网络中节点移动性管理：当监护系统扩展到社区、城市甚至全国时，其网络规模极大，并且监护节点与基站都具备一定的移动性。

因此，必需设计一种适合的网络拓扑管理结构以及节点移动性管理方法。　　数据完整性与数据压缩：节点有时必须长达24小时的监测人体参数，节点所收集到的数据量大，而节点的存储容量小，经常使用压缩算法来增加数据的存储与传输量。然而，传统数据的压缩算法支出太大不合适传感器节点。另外，压缩算法无法损毁原始数据，否则不会导致对病人的错误诊断。

　　数据安全性：无线传感器网络节点使用自的组织方式组网，更容易受到反击，此外，病人的信息必须保密。然而，传感器节点计算能力非常受限，传统的安全性和加密技术都不限于。因此，必需设计一种合适传感器节点的加解密算法。

　　总结与未来发展　　随着技术的发展，无线医疗传感器节点渐渐向多参数、智能化、微型化、低功耗等方向发展，无线传感器网络也将渐渐被实际应用于医疗领域。发展与重新组建具备智能化的病房与社区监护系统是当今国内外医疗发展的趋势。

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