可穿戴無線傳感器網絡對醫療健康的影響

文/張林叢 張策 敖然

1 引言

隨著科技的飛速發展，越來越多的可穿戴設備出現在人們的日常生活中，像是智能手表，智能眼鏡，智能手環等，讓人們的生活日趨便捷。但是目前來看，可穿戴設備的功能過于單一，這些設備大部分是對人體的身體信息和運動狀況數據收集檢測，告知人們當前的健康狀況，對危險數據進行預警等?，F如今的智能家電已經大量出現，可以通過人體上的可穿戴設備對其進行遠程操控，使其滿足人們對定時操作的要求，同時人與人之間也可以通過可穿戴設備進行交流聯系，例如發郵件，上網沖浪等?？纱┐鳠o線傳感器網絡技術應運而生，目前出現的谷歌眼鏡，涉及的技術領域更為廣泛，可以實現很多更為高級的功能。它（谷歌眼鏡）除了可以對人體信息進行檢測外，還可以通過使用者對麥克風語音操控的方式對面前景色進行拍照，省去了人們從口袋里掏出手機拍照的麻煩。同時可以進行發送郵件、上傳文件等網絡操作。但是谷歌眼鏡的功能雖然強大但考慮到人們的消費水平，很難普及到人們的日常應用當中。采用更加先進的技術，使可穿戴設備能夠更加好地融入人們日常生活中，變得更加普及，這對可穿戴無線傳感器網絡的發展提出了新的要求。

可穿戴無線傳感器網絡，一般由穿戴在人體上的可穿戴設備或醫療器械，以及普通傳感器節點、匯聚節點和遠程控制節點組成?？纱┐髟O備與醫療器械等分布式的構成自組織網絡，普通的傳感器節點通過對人體的各項重要指標進行數據收集工作，并將處理后的信息發送給匯聚節點，作為可穿戴無線傳感器網絡的核心，匯聚節點一般具有較強的處理能力，存儲能力和通信能力，因此對能量的需求也很大。匯聚節點將來自各傳感器節點的信息進行處理后發送給遠程控制節點，遠程控制節點對整個可穿戴無線傳感器網絡進行控制和管理操作，同時會對傳感器節點下達監測任務和數據收集等指令。各個節點互相通信，協調工作，才能保證可穿戴無線傳感器網絡整體能夠穩定工作，滿足人們的應用需求。

目前可穿戴無線傳感器設備被應用的領域日趨廣泛，在人們運動健身過程中，通過佩戴手環等可穿戴設備，可以實時了解自身的身體狀況（心率、血壓、血糖等），防止因運動過度產生的一些不良影響。同時可以將自身的體能信息發送給親人或是醫院，在受到意外傷害時可以得到及時的救助。在軍事方面，為每一名士兵佩戴可穿戴設備，檢測士兵身體狀況的同時，可以準確定位到士兵在戰場中的位置，這在戰爭中是至關重要的。不光如此，士兵也可以將自己所勘察的敵情通過可穿戴無線傳感器設備發送給指揮中心，指揮中心通過每個士兵發送回來的信息可以更好的對戰場數據進行評估，制定相應的作戰策略。在工業上，給工人們佩戴的可穿戴無線傳感器設備可以對工作環境進行檢測，一旦發現異常，立刻由監工組織疏散人群和撤離工作。當發生緊急情況時，可以通過工人們身上佩戴的可穿戴設備準確快速找到受困人員，盡最大努力保護工人們的生命安全財產?？纱┐鳠o線傳感器網絡更多還是應用在醫學方面，無論是日常運動，軍事作戰還是工業制造等，佩戴可穿戴設備都可以大大減少人們受到傷害的概率，對人們的生命起到保護作用。將可穿戴無線傳感器網絡與醫療健康聯系在一起有著不可估量的實際應用價值，目前越來越多的國家開始著手研究可穿戴無線傳感器網絡在醫護方面的應用，已然成為了高端科學技術的熱點研究方向。

2 可穿戴無線傳感器網絡在醫療監護中的應用

目前將可穿戴無線傳感器網絡應用在醫療領域中，更多的是應用在監護問題上，通過讓患者佩戴可穿戴設備，隨時檢測患者的身體狀況，患者生命安全發生危險時可及時的通知救護人員進行救治。

將可穿戴設備應用在醫療監護領域網絡分層示意圖，最下層為患者層，同一個病房患者之間構成一個簇，每個簇成員可以互相通信，佩戴在簇成員身上的可穿戴設備定時對患者身體狀況進行檢測并將收集的信息發送到簇頭（值班醫生），每個病房的值班醫生充當本病房形成的簇的簇頭，管理所有簇成員（考慮到傳輸速度和實際病房大小等問題，簇成員和簇頭間采用單跳傳輸）。對于簇成員發來的身體狀況信息進行記錄分析處理，一旦發現問題，立即上報控制總臺（醫院），將該患者的身體信息發送給控制總臺，并請求組織相關醫生進行救治。醫院收到來自該病房的請求信號后，快速做出反應，派遣相關醫護人員準確到達該病房對危險病人進行急救等措施，保證患者的生命安全。通過可穿戴無線傳感器網絡技術可以有效滿足提前預防，快速反應，后期觀測等要求，為患者的生命多提供一層保障。

隨著可穿戴無線傳感器網絡技術的飛速發展，在醫療領域的應用越加廣泛，針對行動障礙和運動康復問題，研究人員將無線體域網與康復機器聯系在一起，構建了一套基于無線傳感網的可穿戴式智能康復監測系統，該系統可實現對患者的心電、肌電、皮膚電阻與體溫的實時監測，對于患者的康復情況進行分析評價，并有著不錯的可靠性與實用性。ZigBee技術因其功耗低，結構簡單等優點在無線體域網中一直有著較高的應用價值。文獻[2]通過研究人體心電信號產生機理、特征和干擾性提出了一種基于ZigBee技術的無線傳感器網絡心電監護系統。該系統很好的解決了對病人心電信號的采集傳輸問題，并且在實時性上有著較強的優勢，具有很高的臨床應用價值。社會科技的進步也為老年人健康狀況提供了一層新保障，學者們針對老年人行動不便，易受傷的特點。研究了一種了基于人體動作識別的可穿戴老年人健康監測系統。該系統除了具備標準監測系統對于身體指標（血壓、心率等）的實時監測功能，還具備運動監測功能，可對佩戴人員當前的運動行為進行監測，發生緊急情況時，可以向周圍救援機構發出求救信號，有效保護老年人的生命財產。針對我國人口老齡化，慢性病多發等問題，文獻[4]提出了一種基于無線體域網的遠程健康監護系統，重點監測心電、體溫等指標，可以遠距離對患者身體狀況進行監測，使患者即使不在醫院也能實時的將健康狀態發送給醫護檢測人員，方便了患者的出行，增加了患者的生活舒適度。以上幾種針對病人和老年人設計的可穿戴系統都屬于可穿戴無線傳感器網絡的范疇。

3 提出可穿戴無線傳感器網絡在醫療監護中面臨的挑戰

現如今大多數關于可穿戴無線傳感器網絡在醫療監護的應用都是在近距離完成的，一旦進行遠距離監測，考慮到中間節點的建立問題，以及城市中各種干擾源對所監測信息的不同程度干擾，影響整個網絡系統的即時性，而即時性是將可穿戴無線傳感器網絡應用在醫療監護領域的首要指標，每一次救護都是與死神爭分奪秒。因此進行遠程監控必須首先要保證所有信息收發的即時性和準確性，而現有的研究針對這一方面還比較匱乏，需要投入更多的人力物力完善該方向的研究。當考慮遠距離傳輸時，節點能耗較大，對于可穿戴設備在保證便攜的情況下，供能問題也是需要考慮的，設計出合理的算法保證可穿戴設備的正常待機時間，避免多次充電，反復穿戴等麻煩。同時由于人體結構的復雜性，對于可檢測的指標有限，不能覆蓋所有病情，只能針對部分身體信息進行監測。許多病情不能通過簡單的體溫等指標監測出異常，并不能很好的適用可穿戴無線傳感器網絡技術。鑒于目前的研究，可穿戴無線傳感器網路技術在醫療領域的應用還面臨著許許多多的困難與挑戰，還需要投入更多的精力來完善這項造福人民的研究。

4 總結

隨著社會進步和科學發展，將可穿戴無線傳感器設備應用在醫療救護領域，強化了醫患之間的聯系，使得患者的信息能夠更好更快的呈現在醫護人員面前，同時醫護人員也可以更加高效的采取救護措施，從而可以更好的保護患者生命安全。目前，可穿戴無線傳感器網絡技術依然在飛速發展，加快鉆研可穿戴無線傳感器網絡技術的步伐，逐步解決當前的困難與挑戰，未來將更加全面高效的可穿戴無線傳感器網絡技術應用到醫療救護領域，有著無可比擬的實際應用價值。