可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對醫(yī)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(fā)展，越來越多的可穿戴設(shè)備出現(xiàn)在人們的日常生活中，像是智能手表，智能眼鏡，智能手環(huán)等，讓人們的生活日趨便捷。但是目前來看，可穿戴設(shè)備的功能過于單一，這些設(shè)備大部分是對人體的身體信息和運動狀況數(shù)據(jù)收集檢測，告知人們當前的健康狀況，對危險數(shù)據(jù)進行預(yù)警等?，F(xiàn)如今的智能家電已經(jīng)大量出現(xiàn)，可以通過人體上的可穿戴設(shè)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(shè)備進行交流聯(lián)系，例如發(fā)郵件，上網(wǎng)沖浪等?？纱┐鳠o線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運而生，目前出現(xiàn)的谷歌眼鏡，涉及的技術(shù)領(lǐng)域更為廣泛，可以實現(xiàn)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(fā)送郵件、上傳文件等網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用當中。采用更加先進的技術(shù)，使可穿戴設(shè)備能夠更加好地融入人們?nèi)粘Ｉ钪?，變得更加普及，這對可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提出了新的要求。

可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般由穿戴在人體上的可穿戴設(shè)備或醫(yī)療器械，以及普通傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和遠程控制節(jié)點組成?？纱┐髟O(shè)備與醫(yī)療器械等分布式的構(gòu)成自組織網(wǎng)絡(luò)，普通的傳感器節(jié)點通過對人體的各項重要指標進行數(shù)據(jù)收集工作，并將處理后的信息發(fā)送給匯聚節(jié)點，作為可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心，匯聚節(jié)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(jié)點將來自各傳感器節(jié)點的信息進行處理后發(fā)送給遠程控制節(jié)點，遠程控制節(jié)點對整個可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行控制和管理操作，同時會對傳感器節(jié)點下達監(jiān)測任務(wù)和數(shù)據(jù)收集等指令。各個節(jié)點互相通信，協(xié)調(diào)工作，才能保證可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)整體能夠穩(wěn)定工作，滿足人們的應(yīng)用需求。

目前可穿戴無線傳感器設(shè)備被應(yīng)用的領(lǐng)域日趨廣泛，在人們運動健身過程中，通過佩戴手環(huán)等可穿戴設(shè)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(chǎn)生的一些不良影響。同時可以將自身的體能信息發(fā)送給親人或是醫(yī)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(shè)備，檢測士兵身體狀況的同時，可以準確定位到士兵在戰(zhàn)場中的位置，這在戰(zhàn)爭中是至關(guān)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(shè)備發(fā)送給指揮中心，指揮中心通過每個士兵發(fā)送回來的信息可以更好的對戰(zhàn)場數(shù)據(jù)進行評估，制定相應(yīng)的作戰(zhàn)策略。在工業(yè)上，給工人們佩戴的可穿戴無線傳感器設(shè)備可以對工作環(huán)境進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立刻由監(jiān)工組織疏散人群和撤離工作。當發(fā)生緊急情況時，可以通過工人們身上佩戴的可穿戴設(shè)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(chǎn)?？纱┐鳠o線傳感器網(wǎng)絡(luò)更多還是應(yīng)用在醫(yī)學方面，無論是日常運動，軍事作戰(zhàn)還是工業(yè)制造等，佩戴可穿戴設(shè)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(wǎng)絡(luò)與醫(yī)療健康聯(lián)系在一起有著不可估量的實際應(yīng)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(wǎng)絡(luò)在醫(yī)護方面的應(yīng)用，已然成為了高端科學技術(shù)的熱點研究方向。

2 可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療監(jiān)護中的應(yīng)用

目前將可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域中，更多的是應(yīng)用在監(jiān)護問題上，通過讓患者佩戴可穿戴設(shè)備，隨時檢測患者的身體狀況，患者生命安全發(fā)生危險時可及時的通知救護人員進行救治。

將可穿戴設(shè)備應(yīng)用在醫(yī)療監(jiān)護領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)分層示意圖，最下層為患者層，同一個病房患者之間構(gòu)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(shè)備定時對患者身體狀況進行檢測并將收集的信息發(fā)送到簇頭（值班醫(yī)生），每個病房的值班醫(yī)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(fā)來的身體狀況信息進行記錄分析處理，一旦發(fā)現(xiàn)問題，立即上報控制總臺（醫(yī)院），將該患者的身體信息發(fā)送給控制總臺，并請求組織相關(guān)醫(yī)生進行救治。醫(yī)院收到來自該病房的請求信號后，快速做出反應(yīng)，派遣相關(guān)醫(yī)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以有效滿足提前預(yù)防，快速反應(yīng)，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(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用越加廣泛，針對行動障礙和運動康復(fù)問題，研究人員將無線體域網(wǎng)與康復(fù)機器聯(lián)系在一起，構(gòu)建了一套基于無線傳感網(wǎng)的可穿戴式智能康復(fù)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對患者的心電、肌電、皮膚電阻與體溫的實時監(jiān)測，對于患者的康復(fù)情況進行分析評價，并有著不錯的可靠性與實用性。ZigBee技術(shù)因其功耗低，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點在無線體域網(wǎng)中一直有著較高的應(yīng)用價值。文獻[2]通過研究人體心電信號產(chǎn)生機理、特征和干擾性提出了一種基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)心電監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(yōu)勢，具有很高的臨床應(yīng)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(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了具備標準監(jiān)測系統(tǒng)對于身體指標（血壓、心率等）的實時監(jiān)測功能，還具備運動監(jiān)測功能，可對佩戴人員當前的運動行為進行監(jiān)測，發(fā)生緊急情況時，可以向周圍救援機構(gòu)發(fā)出求救信號，有效保護老年人的生命財產(chǎn)。針對我國人口老齡化，慢性病多發(fā)等問題，文獻[4]提出了一種基于無線體域網(wǎng)的遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)，重點監(jiān)測心電、體溫等指標，可以遠距離對患者身體狀況進行監(jiān)測，使患者即使不在醫(yī)院也能實時的將健康狀態(tài)發(fā)送給醫(yī)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(shè)計的可穿戴系統(tǒng)都屬于可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的范疇。

3 提出可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療監(jiān)護中面臨的挑戰(zhàn)

現(xiàn)如今大多數(shù)關(guān)于可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療監(jiān)護的應(yīng)用都是在近距離完成的，一旦進行遠距離監(jiān)測，考慮到中間節(jié)點的建立問題，以及城市中各種干擾源對所監(jiān)測信息的不同程度干擾，影響整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的即時性，而即時性是將可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在醫(yī)療監(jiān)護領(lǐng)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(jiān)控必須首先要保證所有信息收發(fā)的即時性和準確性，而現(xiàn)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(jié)點能耗較大，對于可穿戴設(shè)備在保證便攜的情況下，供能問題也是需要考慮的，設(shè)計出合理的算法保證可穿戴設(shè)備的正常待機時間，避免多次充電，反復(fù)穿戴等麻煩。同時由于人體結(jié)構(gòu)的復(fù)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(jiān)測。許多病情不能通過簡單的體溫等指標監(jiān)測出異常，并不能很好的適用可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。鑒于目前的研究，可穿戴無線傳感器網(wǎng)路技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用還面臨著許許多多的困難與挑戰(zhàn)，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(jié)

隨著社會進步和科學發(fā)展，將可穿戴無線傳感器設(shè)備應(yīng)用在醫(yī)療救護領(lǐng)域，強化了醫(yī)患之間的聯(lián)系，使得患者的信息能夠更好更快的呈現(xiàn)在醫(yī)護人員面前，同時醫(yī)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)依然在飛速發(fā)展，加快鉆研可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的步伐，逐步解決當前的困難與挑戰(zhàn)，未來將更加全面高效的可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療救護領(lǐng)域，有著無可比擬的實際應(yīng)用價值。