医疗传感器系统

医疗传感器系统（精选七篇）

医疗传感器系统 篇1

关键词：安卓,医疗传感器系统,监护

安卓的医疗传感系统是将通信技术与医学相结合, 被广泛应用在科研、医疗等活动中, 能够把医疗资源充分的利用起来。通信行业的飞快发展也推动了其他行业的进步。本文通过对安装市场的前景进行分析, 利用安卓这个强大的平台, 开发和研究医疗传感系统, 提高医疗的质量, 对医疗的发展有很高的促进作用。

1 医疗传感器系统的含义

医疗传感器系统是通过传感器节点与监护基站而组成的无线传感器网络, 逐步组建成社区或者医院监护网络, 甚至是范围更广的远程医疗监护系统。医疗传感系统可以通过节点对人体的生理数据进行采集, 并处理数据, 利用通信技术把数据传输到基站, 基站把数据再处理后转发给监护中新心, 监护中心进行处理和分析, 反馈病人的信息, 采用通信技术传输数据, 实现与其他监护中心对数据的共享。

2 我国医疗传感系统的不足之处

2.1 节点移动性管理存在困难

随着医疗事业的不断发展壮大, 监护系统的范围扩大, 发展到社区和其他城市, 甚至是面向全国, 由于涵盖的面积扩大, 网络规模也必然随之扩大。然而, 监护节点与基站是不固定的, 这也给人员对网络监护的管理带来了困难。因此, 在现有的技术条件下在管理网络节点时具有一定的困难, 所以必须设计出合理的管理节点与网络的方案。

2.2 压缩方法不合理

为了实现医疗在数据上的正常传输, 需要对保证数据的完整性。因为节点所采集到的数据量非常大, 而且其储存量是比较小的, 所以必须对数据进行压缩, 保证数据传输。我国现在采用的压缩方法是压缩算法, 但是它并不适合传感器节点的传输, 一旦数据被破坏, 就容易造成对病人误诊, 因此, 必须在此方法的基础上研究出会更加合理的方法, 尽最大努力保证数据压缩与传输过程不存在问题。

2.3 数据的安全性没有保障

数据在传输过程中, 不断保证完整性, 更应该具有安全性, 但是由于传感器的网络节点的组网采用的是自组织方式, 这种方式下, 数据容易受到破坏, 而且应该保护病人的隐私, 必须采取加密技术对病人信息予以保护, 但是传统的技术水平下的传感器计算能力不足, 对信息的保密程度不够。因此, 必须设计出更加合适的传感器节点加密方案。

3 安卓系统硬件和软件的搭建

3.1 安卓的硬件

安卓系统是基于Linux核心开放的手持设备平台, 硬件的兼容性好, 代码采用全开源方式, 安卓通过标准API让每一个应用程序可以访问移动设备, 对资源进行处理, 是个真正开放和完具有相当大的发展前景。

3.2 安卓的软件

安卓的软件平台是由三部分组成的, 包括Linux内核层、中间层和应用层, Java运行环境作为虚拟机器翻译和运行的语言, 使程序代码在各系统上移植, 实现机制安全、内存和进程的管理。Java运行环境作为所有一种开放语言, 被应用层中所有应用程序所采用, JRE运行java程序的必要条件, 里面包含了虚拟机和核心类库, 其中主要的开发工具是Eclipse, java平台上, 可以利用插构建软件的开发环境, 第三方可以根据市场的需要, 自行开发出应用软件。各组件之间通过Intent来实现通信, 例如地图、通讯录、浏览器等应用软件都可以通过安卓系统实现。

4 基于安卓系统医疗传感器的应用

4.1 穿戴式生理监测技术

远程医疗是将计算机、传感器、通信等技术相融合, 不受地域的限制, 通过远程方式提供医疗信息和医疗服务的一门技术。通过安卓系统和计算机技术对医疗数据、图像、电子病历进行处理和分析, 通过远程的方式实现数据的传输和保存, 对疾病进行诊断, 从而实现对疾病的诊治和监护, 打造远程手术、远程医疗服务等全新的医疗模式。穿戴式生理监测系统是近年来兴起的低负荷多生理参数监测技术, 该技术用于穿戴式的医疗仪器, 这种仪器可以用于人类的日常穿戴, 通过与人体融为一体, 根据配置的要求对比人体的生理信号进行获取、分析、处理和传输等。人体带上穿戴式医疗仪器, 仪器可以获取人体的心率、血压、体温等生理参数, 从而对疾病进行判断, 而且仪器上还配有蓝牙模块, 通过蓝牙技术把生理信息传输到安卓系统手机上, 手机将信息存储起来, 发生到监护中心的服务器上, 方便医护人员对病人病情的判断。将安卓系统应用在医疗传感系统中, 对生理信号进行监测和处理, 对数据进行传输, 体现了安卓系统下的医疗传感系统的智能性、高效性和准确性。

4.2 移动监护平台

被监护者利用随身携带的智能手机可以构建移动监护平台, 对自己的病情进行监控。智能手机具有蓝牙传输功能, 与智能监护终端通过无线通信进行数据上的传输, 可以保证数据更加安全、可靠, 对医疗工作有很大的帮助。在安卓平台上开发出更多的医疗监护软件, 对UI系统及系统功能进行全方位的设计, 从未制定出适合医疗监护方案。移动监测平台对你数据要求准确, 可以采用安卓手机平台动态信息发送给采集系统和传输系统的方式, 保证采集率、数据格式都符合标准, 被监护者利用安卓手机就可以对自己的身体状况进行监测。

5 结论

在科技发展的影响下, 安卓系统功能越来越强大, 安卓手机方便了人类的生活, 安卓其他系统的开发更是被其他行业广泛应用。安卓系统是市场上占有一定的比例, 而且由于其兼容性好等特点, 被应用到医疗行业。医疗一直受到人们关注的重点, 安卓系统应用到医疗传感系统中, 可以减少医疗资源的浪费, 通过终端系统实现数据的处理、传输等工作, 保证医疗数据的准确性。

参考文献

[1]金文锋, 尹凤敏.基于WCDMA的个人电子健康医疗系统体系结构[J].通信管理与技术, 2011, 05 (12) :130-133.

[2]姚东林.基于安卓的文字识别系统的设计与实现[D].西安:西安电子科技大学, 2014, 01 (43) :121-123.

无线传感器系统的建设及应用要点 篇2

一、无线传感器的构成

无线传感器网络系统的基本架构包括三部分，第一部分是无线收发芯片，其职责是将数字信息转换为高频无线信号传送出去和将接收到的高频无线信号恢复成数字信息。就无线传感器收发芯片而言，为了一个无线传感器的网络节点和路由器功能的实现，可以采用多芯片的方案。

第二部分是运行于单片机或者无线单片机的内部嵌入式软件，也称软件协议栈。网络堆栈主要有两个职责，第一网络堆栈具有自组织、自恢复的能力，可以处理节点间的联捷通讯因质量和环境因素干扰无法正常进行通信的现象；第二个职能是具有很强的算法能力，可以确保信息数据准确搞笑的通过网络拓扑在节点之间传输，确保信息的实时性的要求。

第三部分为应用软件，这部分主要是各种开发用的软件代码，通过计算机语言进行编写、开发，调用软件协议栈的功能。

二、无线传感器系统的特点

无线传感器网络通常具有以下特点：①自组织性：无线传感器网络系统的节点可以进行自动组网，节点相互之间可以进行通讯工作。②路由多跳性：通信具体、节能和功率控制等因素有时候会对节点进行限制，使节点无法正常进行通信，这时就需要通过其他节点来完成信息数据的传输，所以网络数据的传输路由具有多跳性。③网络拓扑动态性：无线传感器在一些特殊的应用中是移动的，节点会因能量或故障等一些因素停止工作，这时的网络拓扑就会发生变化。④节点有限性：主要受到技术的要求和有限的能量，导致了节点资源的有限性。

三、传感器系统建设要点

（一）网络拓扑管理

对于无线传感器系统来说，网络结构是自组织的，建设的目的是在满足网络的连通度和覆盖度的情况下，选择路由路径，建立一个能够高效转发数据的拓扑结构。网络拓扑结构有层次型拓扑结构和节点功率控制这两种形式，层次型拓扑结构利用分簇机制控制，节点功率控制则是通过控制节点完成总的网络拓扑管理。

（二）网络协议

对于传感器的网络协议来说，主要功能是对信息传递的路径进行控制，目前的建设重点主要是MAC层和网络层。在设计MAC协议时，首先要考虑到MAC层的可拓展性以及能不能节省能量，通过MAC层的合理设计，达到控制节点的工作模式和通信过程的要求，从而降低系统的损耗，延长节点使用的时间。

（三）网络安全建设

传感器系统的网络安全建设，主要的控制方法有两种：维护路由器的安全和完善安全协议的建设。首先，找出节点和真实值之间的关系，然后在真实值的基础上生成路由，能够保证路由器建设的质量。其次，在设计合理的安全协议时，可以先假设基站的工作条件正常，在这种情况下满足合适的存储容量和计算速度，基站的功率能够达到加密的功率需求，在这个基础上设计出的安全协议才能满足传感器运行的需要。

（四）定位技术

定位技术指的是针对传感器上的每一个节点进行准确的定位设计，一般采用的方法是分布定位和集中定位，常用的定位技术是以距离为中心的定位和与距离无关的定位。以距离为中心的定位对于硬件的要求高，精度也比较好，与距离无关的定位受到环境的影响比较大，所以应该根据传感器的具体要求进行选择和设计。

（五）数据融合

传感器的内容和计算能力通常是有限的，在这种情况下，在收集数据的时候要进行有效的数据融合，删除无用的信息，节省容量。对于数据融合，可以在多个层次中进行，首先在应用层应该利用分布式的数据库技术，对于数据进行实时筛选，其次在网络层运用路由协议与数据融合相结合的方法，最后对于MAC层来说，可以减少头部开销。

（六）时间的同步设计

在传感器的运用过程中，例如基于TDMA的MAC协议的监测和运行，基本的要求是节点之间的问题保持同步。首先，节点通过自己记录时间，然后反馈到第三方进行校正，所以，时间精度的大小主要的影响因素是这段校正时间的长度。

四、无线传感器网络应用现状

传感器网络的应用与具体的应用环境密切相关，因此针对不同的应用领域，存在性能不同的无线传感器网络系统。

（一）在军事领域方面的应用

在军事领域方面的应用，可以利用无线传感器网络对敌我区域进行实时监控，监控敌军兵力、装备等，对战场情况有个全面的把握，监测导弹轨迹，定位目标进行攻击等。

（二）在环境监测方面的应用

无线传感器网络在环境检测方面的应用，能够做到传统的系统无法完成的任务。对动植物的活动、生长环境进行检测，使其更好地进行生长发育；对生化和农业的监测，可以掌控其进度；还可以提前对森林火灾和洪水等灾难进行检测。

（三）对建筑结构方面的监测

无线传感器网络可以实时监控建筑物的情况，一旦发现建筑物的健康出现问题，可以及时解决，弥补了传统监控线路易老化、损坏和布线复杂的弊端，而且成本还很低廉。

（四）在医疗卫生方面的应用

无线传感器在医疗方面的应用，主要是让人随身佩戴相应的传感器节点，可通过人体的提问、肌肉收缩、体内电流的相关数据，对人体的健康状况进行非常直观的监测。目前有针对老年人设计的，监测老年人的身体状况的无线传感器的网络系统，可以除了对老年人的健康状况进行检测外，还可以做到在其发病时准确报告其地理位置和身体情况的功能。

（五）在智能交通方面的应用

无线传感器在交通监测方面的应用，将节点布置在主要街道附近，对声音、视频、温度等因素进行实时的监控，还可在车上放置相应的GPS全球定位设备的节点。在整个交通检测系统中，要将重点放在数据的安全传输。整合。网络的安全上面。

结束语

无线传感器网络系统虽然现在还没有在国内实现真正的普及开来，但是很多公司一直投入相当多的精力去研究，相信随着人们生活水平的不断提高、通信技术、网络技术的快速发展和通行成本的不断降低，在不久的将来可以实现无线传感器网络系统的登门入户。

参考文献

[1]武斌.无线传感器网络覆盖控制策略研究[D].西安电子科技大学.2011.

[2]邢二庆.无线传感器网络数据融合算法的研究[D].沈阳航空工业学院.2010.

[3]胡玲.无线传感器网络网络信息融合与目标跟踪的研究[D].华东理工大学.2012.

[4]李霖.传感器应用中的常见干扰分析及对策[J]. 信息与电脑（理论版）.2011（04）

医疗传感器系统 篇3

随着世界人口向老龄化发展,如何应用新的生物医学传感技术更好地检测发现、预防和治疗疾病,目前的医疗保健系统面临着巨大的挑战。生物医学传感技术的发展在应对这个挑战中起着至关重要的作用。生物医学传感器是医疗保健系统的关键单元,其发展焦点是应用新型技术和高级功能生物相容材料设计微型、智能、可靠、多功能、成本低廉而高效的生物医学传感器,对人体的功能和状态进行连续检测或监控,以便及时发现和治疗疾病[1]。

2 生物医学传感器发展趋势

早期诊断、积极预防是系统性地防止疾病发生的重要措施。疾病预防的基础是获得身体健康状态信息。生物医学传感器是获得这些信息的来源,对于慢性病患者、重病患者和特殊的危险作业人员,用无线植入式传感器或穿戴式传感器连续监测至关重要的体征信息是极其重要的。生物医学传感器的发展取决于医学领域的要求,对患者进行筛查以及用传感器对患者进行连续监测将变得越来越重要,家庭护理需求的巨大增长必将推动一次性使用传感器、远程医疗或远程会诊业务的大力发展。这些需求对未来的医学传感器也提出了要求,它未来的发展方向是低功耗、低成本、微型化、智能化、多功能化、无损检测、远程供电、无线传输和采用高级功能生物相容材料[2]。

2.1 健康监护用智能服装

在不影响人体正常活动的前提下,对身体进行连续监测的一种设计方案是可穿戴式生物医学传感器,其方法是将带有集成传感器的检测处理电路集成到具有特定功能的衣服中,这种衣服也称为生物医学智能服装,用于健康监护。智能生物医学衣服的功能包括检测生理参数、作出诊断、监测疾病发展趋势和作出相应反应处理。通过反馈设备的配合,可以与使用者互动,就如得到医疗专家的服务一样[3,4,5]。

生物医学智能服装可具有心血管状态监测的功能,其设计涉及到血压检测以及血管与无线传感检测的适应性、心电图的无线读数等问题。智能服装可用于葡萄糖传感检测,为糖尿病患者服务,也可用于呼吸系统的传感检测,包括功能性呼吸系统的检测和呼出气体成分分析的检测[6,7]。传感器也可集成到包扎伤口的绷带上和造瘘袋上。高级穿戴式生物医学传感器与远程医疗相结合,可以大大提高医疗监护系统的效率,扩展其功能和作用,发展自动诊断和自动给药治疗功能可以保证人体的健康,提高生活质量[8]。图1(a)和图1(b)是分别用于呼吸功能监测和心电图监测的智能服装[9]。

2.2 无损检测传感器

目前检测医学相关参数的方法是很多的,特别是生化传感器大多是采用侵入的方式进行检测,给患者造成一定的痛苦。因此,用非侵入的传感器进行无损检测是最理想的检测方式,大力发展无损检测传感器是生物医学传感器的发展焦点。例如利用离子电渗疗法测量葡萄糖的手表以及利用皮肤导电性测量皮肤出汗的状态等[10,11]。

2.3 吞服式智能药丸(SmartPill)

吞服式智能药丸是一个带有摄像头的在医疗上起着内窥镜检查作用的传感器,其形状类似一个药物胶囊(其外观如图2所示)。当患者把传感器胶囊像服药一样吞下后,它将会对患者消化道自动进行成像,自动探测消化道内的压力、pH值和温度等指标信号,并把探测结果发射到体外的接收器上,医生通过接收到的信号和图像,就可对患者的胃肠性疾病进行诊断。有时智能药丸内也装有药物,可以遥控或定时释放药物,对疾病进行治疗。

2.4 植入式传感器与检测治疗一体化系统

植入式传感器安装在身体的不同部位对身体状态进行连续监测,特别是对长期的慢性病患者或心脏疾病(如图3所示)等,因为可以通过无线通讯技术实现无线检测,患者可以自由活动,不影响患者的正常活动,可以实现生理参数长期的连续监测。植入式传感器可以实时观察患者健康状态的连续变化,这有助于对患者的及时诊断和治疗,也有助于对疾病发展机理的科学研究。无线通讯、远程读数是植入式传感器的基本功能,生物相容性是植入式传感器的最基本要求。

将植入式传感器和治疗合成一体具有很大的潜力。例如血糖浓度传感检测与自动胰岛素释放治疗的结合,形成植入式检测和治疗一体化智能微型系统,具有自动检测控制电路和胰岛素药箱,可植入人体内部,自动检测体内葡萄糖水平,一旦需要自动释放胰岛素,对糖尿病进行治疗[10,12]。

2.5 微型化传感器

生物医学传感器的关键发展动力之一是传感器的微型化,大批量生产传感器芯片可以使其生产成本大大降低。微米技术应用于生物医学传感器使得检测物理、化学和生物参数的传感器可以做成微型结构。例如微全分析系统(micro-total analytical systems,μ-TAS)可以完成传统实验室里的一切操作,包括采样、稀释、加试剂、反应、分离和检测等功能,整个分析系统都集成在一个微小的芯片上,这样的芯片被称为芯片实验室(lab on a chip),这样的分析系统具有很多优点。设计和制造这样的系统具有极大的挑战性,目前实验室芯片技术的发展正在与化学合成等微流控芯片技术、细胞处理技术及医学诊断等技术相结合,建造高度集成化、多功能化的实验室芯片。利用微米技术可以在芯片实验室(lab-on-a-chip)上集成多种功能,可以测量人体标本的多个指标(如图4所示)[12]。

微米技术使得微型压力传感器可以安装在光纤端部,使连续监测成为可能,可对心血管压力、呼吸参数和泌尿系统进行连续监测,微型的三维加速度传感器可以连续监测心脏活动状态。用微型无线心电ECG传感器可以监测心脏心电活动。

医学微机电系统(microelectro mechanical systems,MEMS)与生物医学传感器结合的研究将会受到极大的关注。这些研究可应用于心血管领域的心率自适应同步控制、植入式心脏健康状态实时检测系统、口服胶囊式药物的定时或自动药物释放控制及状态参数检测、内分泌系统的侵入式葡萄糖水平检测等[13]。

2.6 纳米传感器

纳米技术在生物医学传感器的应用有很大发展潜力,因为纳米技术是在原子和分子水平上设计、操作和使用材料以使材料产生新的机械特性、功能特性、化学特性和生物特性。特别是纳米生物传感器、生物芯片和微型智能化医疗器械等,将在疾病的诊断、治疗和卫生保健方面发挥重要作用[13]。

2.7 无线传感器和人体局域网

现在医学上对重症患者的监测多使用ICU等设施,而ICU具有设备复杂昂贵、线路繁多、难以搬动等缺点,对患者活动造成限制,众多的连线也会造成患者心理上的压力和紧张情绪,可能会影响患者身体状况,使得诊断所用数据与真实情况有一定差距。为解决这一问题可以采用无线传感器,传感器与外部设备没有任何线路连接,而是通过无线通讯措施连接到无线传感器网络,这样患者在做检测时可以自由正常活动,保证检测方便准确。无线传感对于植入式传感器是非常重要的,对非植入传感器也是趋势所需[14]。

将人体周围的可穿戴、可植入或可侵入的无线生物医学传感器,如穿戴于指尖的血氧传感器、腕表型血糖传感器、血压传感器、心电传感器、呼吸传感器、可植入型身份识别组件等与特殊手机或便携式生理信息采集处理装置等组成无线通信专用系统,即形成人体局域网(body area network,BAN),可以对生理信息进行连续监测与信息处理,可具有自动诊断和报警功能。人体局域网将在生物医学传感器的发展中起着巨大的作用[15]。

无线传感器可以用小电池驱动并配以微型无线电发射器;无线传感器也可以不用内部电源驱动,此时传感器被称为被动传感器(passive sensor),即其电源供给通过电磁辐射(射频或光学)来自远程读数装置(remote reading device)或一种无线电收发机(transceiver),这种传感器的电源也可以来自身体部位的运动、化学反应或温度梯度变化[16]。

植入式传感器的远程读数是必须的。有关远程读数的技术包括光学、声学、无线射频、微波、互感耦合或电容耦合。植入式传感器的应用必将大大地改变治疗的观念[16]。

从医生获取患者信息方便的角度上,新的无线生物医学传感器和测量系统将有着巨大的潜在市场,植入式无线传感技术是对患者生理信号实现长期可靠监测的唯一方法[17]。

无线传感器已经得到了一定的发展,但是功率消耗是其主要问题。有若干解决功率消耗的技术,但是都不是很理想,特别是对于短距离信息传递的人体局域网中的无线生物医学传感器更是如此。无线生物医学传感器的关注焦点是能量消耗问题和不带电池的被动传感器[18]的研制。

3 卫生保健系统的发展趋势

随着医院医疗费用的快速增长,对于一般性卫生保健问题,居民倾向于到全科医生诊所(general practitioner medica doctor,GP)(即国内的社区医生诊所或乡村医生诊所)进行诊治,或者用家用医疗器械自查,实行家庭护理。随着电子医院或医院信息管理系统(HIS)的发展,目前大型医院已经逐步实现医院内医疗数据信息联网。未来将会逐渐实现医院间医疗数据信息联网、全科医生诊所与医院信息管理系统联网,最终实现全国卫生保健系统医疗数据信息联网。在卫生保健系统医疗数据信息联网中,最基础的就是居民身体健康状态信息的数据采集,作为信息采集的生物医学传感器将发挥越来越大的作用。

3.1 家庭护理系统

随着医院医疗费用的快速增长,家庭护理(home care)的需求将大大增加,发展简单方便、成本低廉的生物医学传感器有着广大的市场,患者使用简单方便的医学传感器在家里对主要生理参数进行检测,可及早发现疾病、监控疾病和治疗疾病,因此家庭用医学传感器的使用必将大大增加。常用家庭医疗检测设备必将得到普及,居民在家中可随时监测自己的血压、心率、脉搏、体温、呼吸状态的变化,也可以观测血氧、血糖、血脂、呼吸成分和尿液成分的变化,还可以观察心电和心血管功能状态的变化等,随时监控自己的身体状态。例如2004年占美国整个血压传感设备销售市场40%的份额来源于自我护理的消费。卫生保健产品用于个人消费的趋势还在增加。家庭护理是价格低廉的医疗传感器的最大市场,这在未来将依然如此。同时随着远程医疗技术的发展,家庭护理可以与公共的医疗保健系统联网,进行远程咨询、诊断和治疗[4,20,21]。

3.2 全科医生诊所与医院中的传感器

随着卫生保健事业的发展,全科医生诊所会受到市场的驱动而快速发展,其功能也更加完善,对患者进行筛查和预防性卫生保健将会更加重要。全科医生诊所是价廉而可靠的生物医学传感器潜在的重大市场。在全科医生诊所内可以进行细菌、病毒、过敏原和大多数生理化合物的检测。例如随着DNA检测价格的降低,对患者进行DNA筛查将与血样化验一样成为标准化,并且DNA测试指标的数目将大大增加。全科医生诊所空间较小,因此设备必须小巧简单[22,23]。

随着全国卫生保健系统医疗数据信息的联网,互用性是一个问题,从家庭护理到医生诊所内设备的信号标准化是发展趋势。

4 总结

随着老龄化人口的出现,高质量低成本卫生保健服务显得更加重要。随着社会的进步和技术的提高,监测、诊断和治疗将耦合得更加紧密,卫生保健服务将得到进一步改进,而它的发展离不开生物医学传感器系统的发展。随着医院医疗费用的快速增长,家庭护理的需求将大大增加。在家里用简单方便的生物传感器进行早期检测诊断,使得患者能够及时了解和监测自己的身体状态,这将减少去医院的时间并能保证有更好的生活质量。目前医院中的许多诊断决策是建立在实验室中对患者样品进行手工化验的基础上作出的,如果能够用生物传感器使得所有或部分的手工化验过程自动化,那么将大大降低医院成本。生物医学传感器将是高质量、低成本的卫生保健系统发展的主要驱动力。

摘要：生物医学传感器是高质量、低成本的卫生保健系统发展的主要驱动力。以智能生物医学衣服、无损检测传感器、吞服式智能药丸、植入式传感器、无线传感器等为例介绍了生物医学传感器的发展趋势,指出它的发展方向是低成本、低功耗、微型化、智能化、多功能化、无损检测、远程供电、无线传输和采用高级功能生物相容材料,并对未来卫生保健系统的发展进行了展望。

医疗传感器系统 篇4

一无线传感器网络的概念

1.无线传感器网络的基本含义

无线传感器网络, 即Wireless Sensor Network—WSN, 是由在监控区域密集分布的大量智能传感器节点共同组构而成的一种网络应用系统。无线传感器网络的传感器类型众多, 潜在的应用范围也比较广泛, 包括航空、军事、救灾、医疗、保健以及工商业等, 可以用来探测电磁、湿度、温度、地震、噪声、压力、速度以及方向等诸多现象。

2.无线传感器网络的主要特点

无线传感器网络主要包括大规模、自由组织、动态性和可靠性四大特点。

传感器网络的大规模性是指, 通常在监测区域部署成千上万的传感器节点, 以获取精确的信息。这种大规模性不仅仅指传感器节点在很大规模的地理区域内进行分布, 还包括在一个很小的空间面积内, 传感器节点被大量密集地加以部署。

传感器网络的自由组织是指, 通过网络协议和拓扑控制机制, 传感器网络能够自发形成转发监测数据。一般情况下, 传感器节点投放的位置很难预先加以精确, 节点之间的相邻关系也难以预先测定, 这就要求传感器节点具有自动管理以及配置的能力, 进行自由组织, 以便适应动态网络拓扑结构的变化。

传感器网络的动态性是指, 传感器网络的拓扑结构会随着电能耗尽、无线通信链路带宽改变、新节点加入以及感知对象和观察者的移动等因素而发生动态的变化。

传感器网络的可靠性是指, 由于受到环境因素的影响, 传感器节点的维护极其困难, 这就要求传感器网络的节点牢固可靠, 安全稳定, 具有一定的容错性。

3.无线传感网络的体系结构和传感器节点结构

无线传感器网络的体系结构主要包括传感器节点、感知现场、目标以及汇聚节点四类。此外, 它还可以通过对信网以及移动通信网等外部网络的定义, 再将数据或信令从远程任务管理单元传输到用户。具体结构如图1所示。

而传感器节点则是无线传感网络的核心, 通常由无线通信模块、处理控制模块、数据采集模块以及能量供应模块组成, 表示的是一个嵌入式的微型系统。具体结构如图2所示。其中无线通信模块由无线收发器组成, 其主要功能是与其他传感器之间进行控制信息的交换、数据的收发和采集以及无线通信等等;处理控制模块由微处理器以及存储器构成, 其主要功能是对自身采集或者其他节点发送过来的数据进行处理以及用来对整个传感器节点进行控制操作;数据采集模块由A/D转换器以及传感器组成, 其主要功能是采集感知对象的信息并进行数据转换。

二无线传感器网络在医疗设备中的应用

由于无线传感器本身的简便、快捷、费用低以及实时采集数据等优点, 因此, 它在医院的药物控制、药品管理、辅助诊断、监控病人以及医生护士等行动状态、远程实时监测老年人以及婴儿和发病隐患人群的健康状况甚至包括远程治疗等等诸多医疗方面具有广泛的应用前景。

1.无线传感器网络在医疗方面的应用所具有的优点

首先, 将微型传感器节点置于病人身上用来检测他们的身体参数, 可以实现远程实时监测病人的心率、血压、心电、心音等等生理参数, 并能迅速地向建湖中心传输所汇总的数据信息, 以便医院监护人员根据传感器网络反馈的病人信息对病人的突发病况做出及时的处理。其次, 通过无线传感器网络对被观察者的机体生理数据进行长期收集, 有助于医院能够更多地了解被观察者的健康状况, 同时对医院研究人体疾病还具有很大的帮助。再次, 无线传感器网络对于医院的血液管理、药品研制和药物管理等方面, 也起到极其重要的作用。最后, 无线传感器网络因为其费用较低、简单方便等优点, 还对未来远程医疗监护系统的实现具有很大的推动作用。

2.医疗体系基于无线传感器网络的基本结构

医疗体系基于无线传感器网络主要包括传感器节点、SINK医疗监护基站和监护中心等三大部分。其中监护中心包括社区或者医院等。个人、家庭或者病房的无线传感器网络由医疗传感器节点和监护基站构成, 而由这些众多的个人、家庭或者病房无线传感器网络共同构成整个医院或者整个社区乃至更大范围的的远程医疗监护网络。

医疗体系基于无线传感器网络的具体实现过程是:首先, 由医疗传感器节点对人体的心率、血压、心电、心音等等生理参数进行采集, 并将所采集的参数数据进行简单的处理;然后利用无线通信将简单处理过的数据通过直接或间接逐跳的方式传送到监护基站;接着, 数据再由监护基站进一步处理之后向监护中心转发;最后, 监护中心接收到数据信息并加以分析和处理, 再及时将信息反馈给病人。此外, 为了与其他监护中心完成数据信息的共享, 该监护中心还可以采取Internet或者移动通信网络等方式将数据信息进行远程传输。

3.基于无线传感器网络的医疗传感器节点的设计

基于无线传感器网络的医疗传感器节点主要是用来采集人体生理指标数据, 然后将数据通过射频通信传送到监护基站。医疗传感器节点主要由电源、处理器单元、生理信息数据采集单元以及无线数据通信单元等四大部分构成。其中处理单元又包括A/D转换、CPU、储存器、数码显示屏以及测试带五部分构成。存储器的主要功能是将传感器采集的临时数据进行存储, 并交由处理器对数据加以处理。由测试带传输的模拟信号要用ADC12和DAC12加以数据转换。

医疗传感器节点的工作原理是:第一, 由无线数据通信单元将控制单元发出开始检测某项生理参数的指令传送到生理信息以及数据采集单元, 开始对人体的血压、脉搏、体温等生理信号进行采集。第二, 采集的信息数据通过无线数据通信单元向控制单元的信息处理模块控制以及显示单元传输, 在控制单元以及显示单元处理并显示所接收到数据的同时, 还将处理之后的数据存入数据库中, 进行回放以及检索。图3为医疗传感节点的结构框图。

图3 医疗传感节点结构

在基于无线传感器网络的医疗传感器节点的设计中, 无线数据通信单元以及生理信息数据采集单元是医疗传感器节点的核心单元。

对于无线数据通信单元在设计时, 需要对其工作强度加以控制, 保证在正常情况下, 无线信号可以满足通信的需要但又不会对其他设备造成干扰。如射频通信装置的核心射频通信模块使用CC2420芯片, 其工作的免费ISM频段在2.4GHz, 射频收发符合标准, 满足射频通信的要求。

而对于生理信息数据采集单元在设计时, 为了实现传感器扩展, 其无线节点留出了丰富的接口, 在采集心电、血压以及血氧等多种类型生理指标数据时, 只要在预留接口上接入相对应的传感器, 便可使新的无线医疗传感器节点形成。

4.基于无线传感器网络的医疗监护基站设备的设计

医疗监护基站主要由存储器、处理器、通信模块接口和人机交互模块等几大部分构成。其主处理器可以采用超低功耗、处理速度高以及接口丰富的MSP430系列。人机交互接口由显示数据和操作过程的LCD显示屏以及用户输入指令的键盘两大部分组成。监护基站的通信模块接口一般有GSM短消息接口模块、射频接口模块、modem接口模块等等。

此外, 监护基站设备通常都采用电池供电, 系统停止工作时, 设备的功耗会大大降低, 因此具有节能的效果。

三医疗无线传感器网络的监护系统的应用价值

无线传感网络在医疗远程监护中具有极其重要的现实意义。在传输被监护人生理信息数据时, 通过采取无限多通道数据传输的方式, 大大缩短了监护设备与医疗传感器之间的连线距离, 一方面可以获得精准的测量数据, 另一方面还能避免病人来回奔波。同时, 通过建立无线传感器网络, 可以在病床上完成对病人的多项身体指标测试, 使得病人的就诊变得更加方便, 并在很大一定程度上提高了医院的信息化管理水平和就诊效率。

此外, 通过建立医疗无线传感器网络, 能够让那些距离医院等医护机构较远的病人可以实时地得到自身的生理指标监测, 在必要时, 还能及时地得到远程医生的监护和指导。

这种全新的基于无线传感器网络的医疗监护体系是一个以医院作为核心, 全面分布到社区、家庭以及个人的有机整体。该系统在医院的辅助诊断、监控病人、远程实时监测老年人以及婴儿和发病隐患人群的健康状况、远程治疗等方面均起着很大的作用, 同时还可以确保医院内外的病人能够及时得到专业的诊断、指导以及治疗, 从而使得医疗水平大幅度提升。

四结束语

伴随无线传感器网络逐渐向着微型化、集成化和智能化方向发展, 无线传感器网络的优越性越来越明显, 甚至在未来的诸多领域通过部署无线传感器网络技术均可以完成人们眼中异常困难的任务。因此, 将无线传感器网络技术应用于人力难以完成的医疗设备领域, 实现远程医疗监护系统, 已经逐渐成为当今国内外医疗部门所关注的焦点。

参考文献

[1]刘鹏.无线传感器网络的应用与影响因素分析[J].计算机光盘软件与应用.2012, (03) :22-23.

[2]刘辉辉, 陈晓冰, 李小玲.无线传感器网络在医疗中的应用[J].电子设计工程, 2011-03-30, (11) :23-25.

[3]刘恒, 何光耀.无线传感器网络应用于医疗领域的展望[J].信息与电脑 (理论版) , 2011, (07) :13-15.

[4]唐克, 谢保军, 卢金星.基于蒙特卡罗的无线传感器网络战场目标定位模型[J].兵工自动化.2011, (04) :17-18。

[5]何永健, 黄天录, 冯寿鹏.无线传感器网络技术在军事中的应用[J].物联网技术, 2011, (01) :27-29.

[6]周琦.无线传感器网络在工业控制领域的发展和应用[J].石油化工自动化, 2010, (03) :33-35.

[7]韩军峰.无线传感器网络家居应用研究[J].信息与电脑 (理论版) , 2010, (01) :55-57.

医疗传感器系统 篇5

随着人类社会的老龄化,现在许多家庭都购买了电子诊断仪器,如电子血压仪、电子血糖仪等。不过,即使病人在家自己能测得血压、血糖数据,医生仍无法及时获得第一手资料。为了拉近医生与患者的空间距离,可将无线传感器网络与IPv6网络互联来解决此类问题。

1 概述

伴随通信技术、微机电系统、嵌入式计算机技术、网络技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器在世界范围内出现,且引起人们极大关注。无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是由大量微小传感器节点布设在特定区域、能根据环境情况完成指定任务的测控和通信的网络系统。无线传感器网络在医疗健康、军事、环境监测、农业、城市管理等许多重要领域都具有一定的实用价值,它被认为是21世纪能产生巨大影响力的技术之一。

就无线传感器网络而言,只有当它和外网连接后才能产生更好的实用价值。从目前网络的使用状况来看,无线传感器网络与Internet互联网相连接是必然结果。而IPv6做为下一代Internet网络的核心协议,它具有很多优势:它的128位地址长度形成了巨大的地址空间,能为网络设备提供一个全球唯一的地址;它对移动数据业务具有较强的支持能力;IPv6协议内置安全机制,并已经标准化,可支持对企业网的无缝远程访问;它支持无状态和有状态两种地址的自动配置方式;IPv6报头中新增加了“业务级别”和“流标记”字段,具有服务意识。IPv6协议可以满足WSN网络对地址空间、自动编址、服务质量、网络安全等方面的需求,因此研究无线传感器网络与IPv6网络互联是当前的一个热点。

2 常见的互联接入方式

要将无线传感器网络与IPv6网络进行无缝连接,必然要考虑两者的连接方式,常见的接入方式有三种:Peer to Peer网关方式,重叠方式和全IP方式。无线传感器网络若采用前两种互联方式接入TCP/IP(v6)网络,都必须经过特定节点进行内外网间的协议转换或协议承载。为了使两网的连接更方便,随后出现了全IP的互联方式,该方式要求每个普通的传感器节点都支持IPv6协议,内外网通过统一的网络层协议(IPv6)实现彼此间的互联。从两者互联时是否使用中间件的角度,可以将接入方式分为:代理接入方式和直接接入方式。

2.1 代理接入方式

无线传感器网络设备成本低、功耗低、设计简单、布撒的数量众多以及接入网络基础设施的多样化,决定了每个传感器网络节点都接入现有网络不实际。通常传感器节点的程序存储区和数据存储区都非常有限,无法实现完备的网络协议和路由协议,因此,采用资源相对丰富的中间件(它能与传感器节点进行通信,同时能通过其他通信方式接入外部网络,实现信息交换的设备或系统)接入用户所在网络。

中间件以网关为例,传感器节点将采集到的检测数据通过路由协议汇聚到网关,网关对数据进行转发处理,接入各种承载网络将信息发送给服务器。服务器对检测信息进行处理和分析,并存入数据库。用户终端通过现有的网络协议访问服务器,实现对无线传感器设备的访问、控制及管理。

网关接入方式减少了无线传感器设备的复杂性,无需为每一个设备部署承载网络的接入设备,降低了应用成本;网关仅负责数据的转发,不做网路层和应用层协议的处理,增加了转换效率;网关还可以扩展不同的协议转换模块,接入各种承载网络(WiFi,以太网,GSM等),具有更强的灵活性。

网关接入方式中服务器一般采用功能强大的PC,然而PC体积较大,不利用布置,在恶劣的环境中无法正常工作。因此代理接入方式存在一定的局限性。

2.2 直接接入方式

直接接入方式指:移动终端与无线传感器网络节点直接通信的方式进行互联,简化了网络接入的模型。在这种方式下,无线传感器网络设备和终端设备都需要嵌入IPv6协议,前者可以不需要任何中间件进行转发,就能直接接入现有网络,形成网络终端,实现与现有网络的无缝融合;当移动网络终端与无线传感器节点进行通信时,可根据IPv6协议进行网络地址的自动配置,两者使用链路本地地址根据网络协议进行直接便捷通信。

直接接入方式中移动终端通过发送数据请求建立通信,大大降低了网络系统的复杂程度,减少了在数据获取过程中造成的能量损耗,延长了节点的使用寿命。缺点也很显然,需要通信双方都安装IPv6协议栈。以上两种接入方式各有利弊,根据实际情况选择应用。

3 无线传感器网络接入IPv6的体系结构

无线传感器网络在接入IPv6时,不能直接使用无线传感器网路的体系结构或者IPv6的体系结构,原因主要体现在:(1)传统的无线传感器网络体系结构不支持IPv6协议,无法实现与下一代互联网的互联。(2)IPv6虽考虑了网络中的各种问题,已经成为一套功能和性能都很强大的协议体系,但由于代码体积较大(几兆到几百兆),所以它无法运行在存储资源和处理资源受限的传感器网络中。因此,在充分考虑IPv6网络的特点和特殊性的前提下,需重新构建基于IPv6的无线传感器网络体系结构。

文献[1]的体系结构主要是对网关进行软硬件平台的设计,使它作为整个WSN数据的出口,具备有数据吞吐量大、计算能力强和存储能力大的特点。

如图1所示,网关节点是一个低成本的嵌入式网路连接设备,采用IEEE802.15.4和WLAN无线通信技术,实现IPv6,ICM Pv6和DHCP协议,并配置协议转换模块。两者结合完成了网络连接、数据转换与转发等功能。

文献[2]采用嵌入式的IPv6微型协议栈MSRLab6,如图2所示,该协议栈遵循6LOWPAN规范,同样严格支持IEEE802.15.4标准。该协议去掉了不必要的组件及扩展功能,使得IPv6,ICM Pv6、ND、TCP和UDP等协议得到较大精简;直接面向硬件,设计独立操作系统的调度机制;为提高运行效率,采用最大容量的内存分配方案;设计了基于事件和数据类型驱动的应用程序接口。该协议层自下向上由通信域、计算域和应用域组成。

4 结束语

将IPv6传感器植入医疗器械中,无论病人在家还是在病房,都可免去测量各种数据及来回奔波的麻烦,使医生在办公室就能随时监控病人的各项生命指标,如:血压、脉搏等。

如何实现WSN与IPv6网络的互联是当前的热点研究问题。本文介绍分析了WSN与网络互联的方式,及嵌入IPv6的WSN协议栈。为设计合理、高效的嵌入式IPv6协议栈奠定基础。

参考文献

[1]闻志平,李迅,李洪峻.无线传感器网络IPV6接入系统的设计与实现[J].计算机工程,2010.

[2]张宏科,梁露露,高德云.IPV6无线传感器网络的研究及其应用[J].中兴通讯技术,2009.

[3]郝中波,景博.无线传感器网络接入IPV6网络方式的研究[J].计算机工程,2009.

[4]王晓喃,钱焕延,唐振民.实现无线传感器网络与IPV6网络互联的一种方案[J].计算机应用中,2009.

医疗传感器系统 篇6

过去5年多以来, 最初推出的Paracube氧气传感器一直为Engström呼吸工作站的现场应用提供可靠保证。如今, 通用医疗再次选择蜂鸟 (Hummingbird) 传感技术公司的尖端产品——最新款的Paracube Micro——提供通气控制。这也再一次证实蜂鸟传感技术值得广大用户的高度信赖。

Engström是一个可扩展的完整呼吸中心, 满足不同病人的需求。凭借在功能、药物输送、网络集成以及中心监控界面的业内领先技术, Engström成功实现治疗效率的最大化, 并树立起呼吸治疗领域的全新标准。Engström的核心功能在于对病人呼吸氧气量进行有效监测和管理。而正是在非损耗设计、顺磁测量稳定性优异的蜂鸟氧气传感技术的支持下, 通用医疗才得以实现Engström这一核心功能。Paracube Micro是Engstrom实现杰出通气性能的核心组件, 能够精确监测供应氧气的浓度, 并降低用户成本。

与许多采用传统电化学传感器测量氧气浓度的通气系统不同, Paracube Micro采用顺磁氧气传感器专利技术, 可实现稳定、准确且无损耗测量, 因而仅需少量校准且无需更换部件。由于优异的测量稳定性和非损耗设计, Paracube Micro免除了日常校准需求, 且无需运行成本——这就是通用医疗降低Engström用户总成本的关键所在。

通用医疗呼吸护理和睡眠医疗系统部的全球产品经理Paul Hunsicker说道:“Engström Carestation呼吸工作站的高标准设计要求通用只选用高品质组件, 从而实现世界顶级产品的设计理念。”

“因此, 蜂鸟 (Hummingbird) Paracube Micro凭借其灵活性和前瞻性的设计理念成为我们实现杰出通气控制的最佳拍档。”

“蜂鸟 (Hummingbird) 公司高度重视与通用的合作, 并极其重视Micro与Engström Carestation呼吸工作站的集成。”Hummingbird传感技术公司总经理Martin Cox如是说。

医疗传感器系统 篇7

新媒体对社会生活的各个方面都产生了深远的影响, 在学校中表现为教学方式也发生了翻天覆地的变化, 从早几年的多媒体教学, 到近年推广的翻转课堂、慕课、微课等教学方法层出不穷。而学生中太多孩子沉浸在网游、网聊中, 给学校的学生管理带来了许多新的难题, 所以更有必要引导学生正确使用新媒体, 以促进学生学习。

一、新媒体的概念及对学生的影响

新媒体是报刊、广播、电视等传统媒体以后发展起来的新的媒体形态。而今几乎每个学生都能熟练使用电脑, 智能手机更是人手一部, 互联网、微博、微信、QQ成了学生获取信息、互相交流的常用渠道。目前, 新媒体深刻影响着学生的思想观念, 影响着学生的交流方式, 影响着学生的学习方式。如何利用新媒体引导学生自主学习, 以弥补课堂教学的不足, 一直是教学一线教师积极学习探索的课题。

二、新媒体环境下的教学方式的改变

传统教学模式中, 主要以教师为主, 与学生面对面交流, 学生在有限的时间内, 学习教师传授的知识。目前在职校中, 教师积极学习与探索的教学方法主要有以下几种。

(一) 翻转课堂

即学生课外完成知识的学习, 而课堂是教师与学生之间互动的场所, 比如答疑, 运用所学知识解决问题等。

(二) 微课

是针对某个知识点或教学环节的教学活动全过程的视频, 是经过精心的信息化教学设计, 以流媒体形式展示的围绕某个知识点或教学环节开展的简短、完整的教学活动。

(三) 多媒体教学

多媒体教学可以根据教学需要将文字、声音、图形、动画、影像等资料有机组合起来, 可以非常形象直观地讲述清楚过去很难描述的课程内容, 而使学生可以更形象地理解和掌握相应教学内容。

三、新媒体在《医用传感器》课程中的应用探索

(一) 利用微信、QQ完成学生课后习题答疑及讨论

医疗设备应用技术专业学生入学后, 开设了物理、电工电子等课程, 所以对于物理传感器的学习有一定的基础。但课时有限, 学生仅能了解各类传感器的工作原理及应用等基础知识, 对于知识拓展、作业习题讲解不够。为激发学生学习兴趣, 课前可布置关于某传感器的最新应用、发展水平等问题, 学生有目的地上网查资料, 或去图书馆收集资料, 然后利用QQ或微信上建立学习群上交资料。对于课程中的重难点或作业, 教师可将板书配合语音制作成微课, 上传至学习群, 供学生课后复习。

(二) 开发教学平台, 以翻转课堂的教学方式, 完成生物、化学传感器等章节的教学

医疗设备应用技术专业学生入校后没有开设化学、生物等相关课程, 而初中学的知识量少, 大部分学生已经遗忘, 在有限的课堂上从基础知识讲起, 很难完成教学任务, 效果也极差。为了解决这个难题, 尝试使用“翻转课堂”的教学方式。教师根据课程需要, 将所需知识以PPT、视频、动画等形式发送到学校的教学平台上或者学习群中, 安排学生课前学习。

(三) 利用网络, 引导学生完成实训项目的资料收集、设计等学习任务

职业教育对学生动手能力的培养要求较高, 以往的传感器课程实验, 通常是原理验证性质的, 不能满足医疗设备应用技术专业人才培养的需要, 所以在教学中往往会安排些实训环节。比如, LED条图显示压力计电路的设计。学生拿到任务后需要制订方案, 查阅资料, 最后完成制作, 这中间许多环节可通过网络的途径获得帮助, 比如, 查阅资料、方案讨论、成果展示等。

另外, 通过新媒体辅助教学, 要想收到好的效果, 必须严格执行与学生约定的考核奖励制度。否则学生的学习热情会很快消失, 以上教学方法只会流于形式。

总之, 新媒体的发展, 为教学提供了广阔的教学前景。新媒体在学习中的应用, 有利于引导学生正确使用网络, 健康成长;有利于学生自主学习和合作学习环境的形成, 能有效地调动学生的主观能动性。作为教师, 不能仅注重自己的专业知识和教学技能的学习, 还必须及时补充新知识, 应用学生喜闻乐见的新媒体形式, 建立与学生之间教与学的新模式, 以取得更好的教学效果。

摘要：根据《医用传感器》课程特点以及教学过程中遇到的问题, 将被广大学生普遍接受的新媒体技术引入教学中, 对该课程的教学方法改变进行了一系列的尝试, 收到了较好的效果。

关键词：医用传感器,新媒体,教学方法

参考文献

[1]王琳.新媒体在教学中的应用研究:以大学数学教学为例[J].哈尔滨金融学院学报, 2015 (6) .