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文档简介

序言系统介绍系统组成拓扑结构设计智能医疗系统面临挑战智能医疗系统展望智能医疗系统智能医疗系统专家讲座第1页无线传感器网络(WSN)无线传感器网络(WSN)是由布署在监测区域内大量廉价微型传感器节点组成,经过无线通信方式形成一个多跳自组织网络系统,其目标是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象信息,并发送给观察者。无线传感器网络(WSN)是一项综合了传感器技术、嵌入式计算技术、当代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等各种领域技术新兴技术,该技术含有广泛应用场景。返回智能医疗系统专家讲座第2页无线传感网与医疗

伴随科学技术发展,无线传感器网络相关技术逐步进入医疗领域,它作为传感器技术、电子技术、网络技术以及无线通信技术相结合新兴产物,能够实现对病人各种生理参数远程、实时检测,帮助医院医护人员及时高效地对病人进行远程监护与诊疗。我们主要研究无线传感器网络医疗监护系统体系结构以及监护节点设计方面。返回智能医疗系统专家讲座第3页智能医疗概念智能医疗结合无线网技术、射频识别技术(RadioFrequencyIdentification)即RFID技术、物联网技术、移动计算技术、数据融合技术等,实现监护等许多方面工作无线化、智能化,全方面改变和处理当代化数字医疗模式、智能医疗及健康管理、医院信息系统等问题和困难.智能医疗经过打造健康档案区域医疗信息平台,利用最先进物联网技术,实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间互动,逐步到达信息化。返回智能医疗系统专家讲座第4页智能医疗发展现实状况当前无线医疗主要采取是无线局域网技术,即经过无线局域网+RFID模式实现各种医疗应用,终端方面则是采取了具备医疗定制服务功效PDA等。同时当前智能医疗并没有实现真正智能化,只是经过设备提升了就诊便利性,智能医疗还待深入研究和提升。返回智能医疗系统专家讲座第5页

依据实际需要,我们把智能医疗系统医疗分成三部分,分别为智能医院系统、区域卫生系统以及家庭健康系统。智能医疗系统智能医院系统区域卫生系统家庭健康系统(智能医疗系统体系结构组成)返回智能医疗系统专家讲座第6页智能医院系统

智能医院系统是一个基于无线传感网技术、经过各样传感器和路由器实现智能化管理系统。包含以下部分:智能病房智能手术室智能导航对有特殊需要患者建立远程监测关系,及时了解患者病情,并随时提供医疗帮助指示返回智能医疗系统专家讲座第7页智能医院系统返回智能医疗系统专家讲座第8页

在病房布署完全覆盖传感器网络,用来监测呼吸、血压、心率等主要生理指标,在实时监测同时还确保了患者适当活动空间,了医院人力资源成本;医院依据患者病情需要配置对应智能诊疗设备,实时监测重症患者心率、血压、脉搏等情况;病房内使用智能药瓶,智能提醒输液患者输液进程和提醒患者用药同时提供用药常识。智能病房返回智能医疗系统专家讲座第9页智能病房返回智能医疗系统专家讲座第10页智能病房返回智能医疗系统专家讲座第11页智能诊疗设备智能诊疗设备其实还在为了实时监测患者健康情况,只是可穿戴设备更方便、更有效地实现了监测实时性。

在智能诊疗设备设计上,是将传感器设计在可穿戴设备中,经过传感器发送患者体征至医院。详细信息传递见智能导航实现部分。返回智能医疗系统专家讲座第12页智能诊疗设备返回智能医疗系统专家讲座第13页智能手术室

智能手术室结合了机器人系统、人类工程学设计以及先进通讯技术。

机器人系统可依据医生声音进行对应操作并只执行其指令,机器人内窥定位系统能够提供非常清楚和全方面手术视野,使医生能够准确进行手术。手术室还配置有4台电视监控器,能够随时与外界保持直接交流。外科医生能够在荧光屏上看到病理切片结果,病理学家也能够在手术室外逼真观察到病人器官组织情况。这种手术室系统最终将可使远距离或超国界操作手术成为现实。

返回智能医疗系统专家讲座第14页智能手术室返回智能医疗系统专家讲座第15页智能导航智能导航建立在动态监测基础上,包含终端、基站、触发器、服务器和多媒体设备。

终端实时上传并接收定位对象数据,基站接收终端上传定位对象数据并传送,触发器将采集到对象数据进行发送,服务器接收、存放和处理定位对象数据及触发器采集对象数据以实现定位,多媒体设备则用来将导航信息反馈到定位对象。返回智能医疗系统专家讲座第16页智能导航返回智能医疗系统专家讲座第17页区域卫生系统区域卫生系统是一个搜集、处理、传输人员活动密集区域主要信息卫生平台,主要由布置在公共区域传感器节点和每个区域分站点组成。传感器节点负责信息采集,分站点负责信息初步处理、发送、预警等功效。主要应对一些人员密集公共场所突发情况发生。返回智能医疗系统专家讲座第18页区域卫生系统返回智能医疗系统专家讲座第19页家庭健康系统智能远程健康监测系统;智能提醒指导系统;智能呼救定位系统。返回智能医疗系统专家讲座第20页智能远程监测系统主要是经过在患者家中布署传感器网络来覆盖患者活动区域。患者依据病情情况和身体健康情况等佩戴能够提供必要生理指标(如心率、呼吸、血压等)监测无线传感器节点,经过这些节点能够对患者主要生理指标进行实时监测。随即在当地简单地处理传感器节点所获取数据,其后把整理出数据经过移动通信网络或互联网传送到为患者提供远程健康监测服务医院。返回智能医疗系统专家讲座第21页智能远程健康监测系统返回智能医疗系统专家讲座第22页智能提醒指导系统

与医院方面建立了智能远程监测关系患者,医院方面将依据收到被监测患者生理指标进行相关分析,来诊疗患者健康情况,并依据诊疗结果指导是否需要送至医院救治,假如只是常见疾病,就提供用药常识和用药提议。返回智能医疗系统专家讲座第23页智能提醒指导系统返回智能医疗系统专家讲座第24页智能呼救定位系统智能呼救定位系统是建立在远程监测基础上,经过患者随身携带无线传感设备,使用GPS定位技术。医院方面使用GPS信号机接收监测目标卫星信号,经信号处理而取得用户位置,最终实现利用GPS进行导航和定位目标。返回智能医疗系统专家讲座第25页GPS定位实例返回智能医疗系统专家讲座第26页拓扑结构设计拓扑结构设计是系统设计中最主要一部分,没有系统拓扑设计,更谈不上别了。对于我们智能医疗系统来讲,因为是由三个子系统组成,所以也由三部分拓扑设计组成:区域卫生系统拓扑设计;家庭健康系统拓扑设计。返回智能医疗系统专家讲座第27页区域卫生系统

对于区域卫生系统来说,因为管理距离相对较远,而且考虑到可拓展方面,我们选定用树型拓扑结构进行区域传感器网络结构。拓扑树结构含有成本低、扩充方便灵活、寻找链路路径方便、易于网络维护等优点,尤其适合大型区域传感网络布置。以下图:返回智能医疗系统专家讲座第28页区域卫生系统返回智能医疗系统专家讲座第29页家庭健康系统

对于家庭健康系统来说,依据范围不一样分为内部拓扑结构和外部拓扑结构两个方面进行设计。对于外部拓扑结构来讲,因为家庭数量比较多,并考虑到基本上每家每户都有路由器,所以决定采取蜂窝型拓扑结构;对于内部拓扑结构来讲,采取星型拓扑结构。以下列图:返回智能医疗系统专家讲座第30页家庭健康系统返回外部拓扑结构智能医疗系统专家讲座第31页家庭健康系统返回内部拓扑结构智能医疗系统专家讲座第32页物理层物理层是无线传感器网络主要组成部分。物理层采取DSSS(直接序列扩频)技术,可提供27个信道用于数据收发。使用ZigBee通信协议,ZigBee含有低功耗、低成本、短时延、高容量、高安全等特点,而且有基于2.4GHz频段“短距离”和868/915MHz频段“长距离”两个频段,适合整个系统使用。

智能医疗系统专家讲座第33页数据链路层因为数据传输是在广播无线信道上,所以WSN介质访问(MAC)协议设计至关主要。本系统选取是基于竞争MAC协议中CC-MAC协议。该协议适合用于高密度网络,这也是本系统所需要。智能医疗系统专家讲座第34页网络层网络层是WSN协议栈中研究最多部分。在这部分,主要是处理路由选择问题。使用链路状态路由协议中最短路径优先(OSPF)协议作为路由协议。智能医疗系统专家讲座第35页传输层因为不能使用TCP和UDP协议,所以本系统采取了IFRC协议和BCR协议。IFRC能着重确保信道带宽能更公平地被相邻多个节点所分享,用在传感器通信上;BGR能在地理路由中增加方向偏离范围,以此来扩大转发路径可选范围,用在路由器之间通信上。智能医疗系统专家讲座第36页应用层在应用层,主要是数据压缩和传输技术。本系统利用了S-LZW(以节点为中心压缩机制)协议实现数据压缩,包含了S-LZW-MC-BWT(用于图像、声音、文本预处理压缩)协议和S-LZW-MC-ST(基于监测数据内部数据结构)协议。使用COUGAR协议进行数据融合。经过MANNA方案进行分布式网络管理。智能医疗系统专家讲座第37页跨层处理方案因为无线传感器网络资源十分有限,而且采取分层体系结构,各层设计相互独立且含有一定不足,因而各层优化设计并不能确保整个网络设计最优。跨层设计目标就是实现逻辑上并不相邻协议层次间设计互动与性能平衡,支持网络能量管理优化,提升网络实用性和可行性。在传感器网络中,采取自适应跨层优化协议,能够在能量受限情况下,有效节约能量,延长网络生存期,满足应用高吞吐量、低延迟等要求。智能医疗系统专家讲座第38页定位相比较很多系统而言,定位技术是不可防止一项。因为不可能给每个传感器节点都安装一个GPS,所以无法使用GPS定位系统,所以定位技术主要性可想而知。本系统使用是APIT(近似三角形内点)协议进行定位。该方法复杂度较低,与其它定位方法相比,系统开销小,很适合大规模无线传感网系统使用。智能医疗系统专家讲座第39页智能医疗系统面临挑战优先通信服务挑战:传感器网络属于自组织形式,且节点能源和计算能力是有限。在实际利用中,为了为有效地降低耗能,节点必须要保障连接健壮性且尽可能降低传输耗能,并最大程度地防止网络干扰。另外,网络必须能够优先关键数据传输。不过当前无线网络在提供了良好服务质量同时却并没有明确提供优先通信服务,而优先通信这一点却恰恰是此技术应用在医疗领域中关键。动态组网与大规模网络中节点移动性管理:当监返回智能医疗系统专家讲座第40页智能医疗系统面临挑战伴随系统扩展范围越来越大,网络规模变得非常巨大,而且许多监护节点与基站都含有运动性。拓扑管理方面面临着很大挑战性。数据安全性:无线传感器网络节点采取自组织方式组网,轻易受到攻击,另外,病人信息需要保密。然而,传感器节点计算能力相当有限,传统安全和加密技术都不适用。所以,安全问题也是一大重点。返回智能医疗系统专家讲座第41页智能医疗系统面临挑战数据完整性与数据压缩:许多节点需要24小时无间断监测人体参数,节点所采集到数据量大,而节点存放容量小,传统数据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,不然会造成对病人错误诊疗。这是在数据压缩方面挑战。返回智能医疗系统专家讲座第42页智能医疗系统展望从当前医疗信息化发展来看,伴随医疗卫生小区化、保健化发展趋势日益显著,经过射频仪器等相关终端设备在家庭中进行体征信息实时跟踪与监控,经过有效传感网,能够实现医院对患者或者是亚健康病人实时诊疗与健康提醒,从而有效地降低和控制病患发生与发展。另外,传感网技术在药品管理和用药步骤应用过程也将发挥巨大作用。伴随移动

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