无线传感器网络在医疗中的应用.pdf

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首先简介无线传感器网络的体系结构以及无线传感器网络在医疗中的应用情况,接着对无线传感器网络医疗监护系统的体系结构以及监护
OFweek 中国高科技行业门户 医疗传感器节点与监护基站组成个人/家庭或者病房无线传感器网终, 多个这样的网络可以组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,医疗传感器节点采集人体生理参数,并对采集到参数简 单处理后,通过无线通信的方式直接或者间接逐跳方式把数据传输到基站上。 监扩基站对数据进行进一步处理后转发给监扩中心,监扩中心进行分析处理, 并及时对病人进行信息反馈。监护中心还可以采用多种方式( Internet,移 动通信网络等)进行远程数据传输,与其它监护屮心共享信息 4医疗传感器节点的设计 医疗传感器节点的基本结构如图2所示,包括处理模块、传感器模块和 无线收发模块以及电源供电模块。传感器模块用来进行外部传感器信号的感 知、采集、转换。是整个节点真正与外部信号量接触的模块。 然而,医用传感器是以生命体为测量对象。尤其是人体,可以说是世界 上最复杂的系统,各生理变量间存在着高度的相关性而且不易接近。所以医 用传感器要从众多的现象中取岀预测生理量,得出可靠而冇意义的测量数据, 同时又要确保被测对象的安全。 由于人体参数人多是微弱信号,一般只有几mV级别,甚至更低,并且 存在多种噪声(测量环境噪声、仪器与人休摩擦噪声以及仪器夲身噪声等)、 工频干扰(由测量环境周围存在50Hz的电磁场引起的)以及各种杂音等不利 因素。因此,在具体医疗传感器节点设计屮,加入模拟电路处理模块,该模 块一般包括以下几个部分:放大电路、滤波电路、陷波电路以及模数 (A/D)转换电路等。在节点设计中放人电路一般采用多级放大(三级或四级) ,木级放大电路除了有放大功能外一般还具有电平提升功能;滤波电路: 满足电简洁、合理的截止频夲、灵峾方使的调节高低通截止频率等要求, 合理的滤掉信号屮的高频与低频干扰;陷波电路:目前广泛采用对称性双 T阻容有源陷波器或用集成开关电谷器件以及非对称阻谷网络陷波器等。总 之,模拟电路处理模块主要对采集到的信号进行放大、滤波、陷波等处理, 去除信号中的噪音、下扰,提取出有用信号。 处理器模块是传感器节点的核心,负责整个节点的设备控制、任务分配 与调度、数据整合与传输等。日前处理器模块中使用较多的是 Atmel公司的 AⅤR系列单片机、T公司的MSP430超低功耗处理器、 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,必须编程实现处理器模块对传感模玦采集控制、A/D转换的实现以及 控制无线通信模块的收发 无线收发模块用于节点之间的数据通信。在无线领域应用较多的无线收 发模块为 Chipcon公司的C1000、CC2420、CC2430。常用的无线通信技术有 IEEE802.11b、IEEE802.15.4( ZigBee)、 Blue looth、UWB、RFID、IrDA(红 OFweek 中国高科技行业门户 外线)等。监护系统大多采川IEEE 802.15.4( ZigBee)、蓝牙来实现节点以及节点与基站之间的数据通信。 电源模块为节点提供能量,是整个无线传感器节点的基础模块。然而, 受节点体积限制,传感器节点的能量非常有限。因此,在整个节点设计中, 以低功耗、高精度为主要要求,采取一系列有效的措施来节省能量。另外, 医疗传感器节点不能频繁更换电池,影响人的常生活。所以,所设计的医 疗节点应该具有较长的生命周期。 5医疗无线传感器网络监护系统存在的挑战 尽管无线传感器网络在组建医疗监护系统方面有其独有优势,但应用到 实际医疗中还存在以下挑战: (1)动态组网与人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,其网络规模巨大,并且监护节点与基站都具有一定的移动 性。因此,必须设计一种合适的网络拓扑管理结构以及节点移动性管理方法, (2)数据完整性与数据压缩:节点有时需要长达24小时的监测人体参数, 节点所采集到的数据量大,而节点的存储容量小,常采用压缩算法来减少数 据的存储与传输量。然而,传统数据的压缩算法开销太大不适合传感器节点。 另外,压缩算法不能损坏原始数据,否则会造成对病人的锖误诊断。 (3)数据安全性:无线传感器网终节点采川自组织方式组网,容易受到 攻击,此外,病人的信息需要保密。然而,传感器节点计算能力相当有限, 传统的安全和加密技术都不适用。因此,必须没计一种适合传感器节点的加 解密算法。 6总结与展望 随着技术的发展,无线医疗传感器节点逐渐向多参数、智能化、徵型化 低功耗等方向发展,无线传感器网络也将逐渐被实际应用于医疗领域。发展 与组建具有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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2019-09-05
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