可穿戴无线传感器网络对医疗健康的影响

文/张林丛 张策 敖然

1 引言

随着科技的飞速发展，越来越多的可穿戴设备出现在人们的日常生活中，像是智能手表，智能眼镜，智能手环等，让人们的生活日趋便捷。但是目前来看，可穿戴设备的功能过于单一，这些设备大部分是对人体的身体信息和运动状况数据收集检测，告知人们当前的健康状况，对危险数据进行预警等。现如今的智能家电已经大量出现，可以通过人体上的可穿戴设备对其进行远程操控，使其满足人们对定时操作的要求，同时人与人之间也可以通过可穿戴设备进行交流联系，例如发邮件，上网冲浪等。可穿戴无线传感器网络技术应运而生，目前出现的谷歌眼镜，涉及的技术领域更为广泛，可以实现很多更为高级的功能。它（谷歌眼镜）除了可以对人体信息进行检测外，还可以通过使用者对麦克风语音操控的方式对面前景色进行拍照，省去了人们从口袋里掏出手机拍照的麻烦。同时可以进行发送邮件、上传文件等网络操作。但是谷歌眼镜的功能虽然强大但考虑到人们的消费水平，很难普及到人们的日常应用当中。采用更加先进的技术，使可穿戴设备能够更加好地融入人们日常生活中，变得更加普及，这对可穿戴无线传感器网络的发展提出了新的要求。

可穿戴无线传感器网络，一般由穿戴在人体上的可穿戴设备或医疗器械，以及普通传感器节点、汇聚节点和远程控制节点组成。可穿戴设备与医疗器械等分布式的构成自组织网络，普通的传感器节点通过对人体的各项重要指标进行数据收集工作，并将处理后的信息发送给汇聚节点，作为可穿戴无线传感器网络的核心，汇聚节点一般具有较强的处理能力，存储能力和通信能力，因此对能量的需求也很大。汇聚节点将来自各传感器节点的信息进行处理后发送给远程控制节点，远程控制节点对整个可穿戴无线传感器网络进行控制和管理操作，同时会对传感器节点下达监测任务和数据收集等指令。各个节点互相通信，协调工作，才能保证可穿戴无线传感器网络整体能够稳定工作，满足人们的应用需求。

目前可穿戴无线传感器设备被应用的领域日趋广泛，在人们运动健身过程中，通过佩戴手环等可穿戴设备，可以实时了解自身的身体状况（心率、血压、血糖等），防止因运动过度产生的一些不良影响。同时可以将自身的体能信息发送给亲人或是医院，在受到意外伤害时可以得到及时的救助。在军事方面，为每一名士兵佩戴可穿戴设备，检测士兵身体状况的同时，可以准确定位到士兵在战场中的位置，这在战争中是至关重要的。不光如此，士兵也可以将自己所勘察的敌情通过可穿戴无线传感器设备发送给指挥中心，指挥中心通过每个士兵发送回来的信息可以更好的对战场数据进行评估，制定相应的作战策略。在工业上，给工人们佩戴的可穿戴无线传感器设备可以对工作环境进行检测，一旦发现异常，立刻由监工组织疏散人群和撤离工作。当发生紧急情况时，可以通过工人们身上佩戴的可穿戴设备准确快速找到受困人员，尽最大努力保护工人们的生命安全财产。可穿戴无线传感器网络更多还是应用在医学方面，无论是日常运动，军事作战还是工业制造等，佩戴可穿戴设备都可以大大减少人们受到伤害的概率，对人们的生命起到保护作用。将可穿戴无线传感器网络与医疗健康联系在一起有着不可估量的实际应用价值，目前越来越多的国家开始着手研究可穿戴无线传感器网络在医护方面的应用，已然成为了高端科学技术的热点研究方向。

2 可穿戴无线传感器网络在医疗监护中的应用

目前将可穿戴无线传感器网络应用在医疗领域中，更多的是应用在监护问题上，通过让患者佩戴可穿戴设备，随时检测患者的身体状况，患者生命安全发生危险时可及时的通知救护人员进行救治。

将可穿戴设备应用在医疗监护领域网络分层示意图，最下层为患者层，同一个病房患者之间构成一个簇，每个簇成员可以互相通信，佩戴在簇成员身上的可穿戴设备定时对患者身体状况进行检测并将收集的信息发送到簇头（值班医生），每个病房的值班医生充当本病房形成的簇的簇头，管理所有簇成员（考虑到传输速度和实际病房大小等问题，簇成员和簇头间采用单跳传输）。对于簇成员发来的身体状况信息进行记录分析处理，一旦发现问题，立即上报控制总台（医院），将该患者的身体信息发送给控制总台，并请求组织相关医生进行救治。医院收到来自该病房的请求信号后，快速做出反应，派遣相关医护人员准确到达该病房对危险病人进行急救等措施，保证患者的生命安全。通过可穿戴无线传感器网络技术可以有效满足提前预防，快速反应，后期观测等要求，为患者的生命多提供一层保障。

随着可穿戴无线传感器网络技术的飞速发展，在医疗领域的应用越加广泛，针对行动障碍和运动康复问题，研究人员将无线体域网与康复机器联系在一起，构建了一套基于无线传感网的可穿戴式智能康复监测系统，该系统可实现对患者的心电、肌电、皮肤电阻与体温的实时监测，对于患者的康复情况进行分析评价，并有着不错的可靠性与实用性。ZigBee技术因其功耗低，结构简单等优点在无线体域网中一直有着较高的应用价值。文献[2]通过研究人体心电信号产生机理、特征和干扰性提出了一种基于ZigBee技术的无线传感器网络心电监护系统。该系统很好的解决了对病人心电信号的采集传输问题，并且在实时性上有着较强的优势，具有很高的临床应用价值。社会科技的进步也为老年人健康状况提供了一层新保障，学者们针对老年人行动不便，易受伤的特点。研究了一种了基于人体动作识别的可穿戴老年人健康监测系统。该系统除了具备标准监测系统对于身体指标（血压、心率等）的实时监测功能，还具备运动监测功能，可对佩戴人员当前的运动行为进行监测，发生紧急情况时，可以向周围救援机构发出求救信号，有效保护老年人的生命财产。针对我国人口老龄化，慢性病多发等问题，文献[4]提出了一种基于无线体域网的远程健康监护系统，重点监测心电、体温等指标，可以远距离对患者身体状况进行监测，使患者即使不在医院也能实时的将健康状态发送给医护检测人员，方便了患者的出行，增加了患者的生活舒适度。以上几种针对病人和老年人设计的可穿戴系统都属于可穿戴无线传感器网络的范畴。

3 提出可穿戴无线传感器网络在医疗监护中面临的挑战

现如今大多数关于可穿戴无线传感器网络在医疗监护的应用都是在近距离完成的，一旦进行远距离监测，考虑到中间节点的建立问题，以及城市中各种干扰源对所监测信息的不同程度干扰，影响整个网络系统的即时性，而即时性是将可穿戴无线传感器网络应用在医疗监护领域的首要指标，每一次救护都是与死神争分夺秒。因此进行远程监控必须首先要保证所有信息收发的即时性和准确性，而现有的研究针对这一方面还比较匮乏，需要投入更多的人力物力完善该方向的研究。当考虑远距离传输时，节点能耗较大，对于可穿戴设备在保证便携的情况下，供能问题也是需要考虑的，设计出合理的算法保证可穿戴设备的正常待机时间，避免多次充电，反复穿戴等麻烦。同时由于人体结构的复杂性，对于可检测的指标有限，不能覆盖所有病情，只能针对部分身体信息进行监测。许多病情不能通过简单的体温等指标监测出异常，并不能很好的适用可穿戴无线传感器网络技术。鉴于目前的研究，可穿戴无线传感器网路技术在医疗领域的应用还面临着许许多多的困难与挑战，还需要投入更多的精力来完善这项造福人民的研究。

4 总结

随着社会进步和科学发展，将可穿戴无线传感器设备应用在医疗救护领域，强化了医患之间的联系，使得患者的信息能够更好更快的呈现在医护人员面前，同时医护人员也可以更加高效的采取救护措施，从而可以更好的保护患者生命安全。目前，可穿戴无线传感器网络技术依然在飞速发展，加快钻研可穿戴无线传感器网络技术的步伐，逐步解决当前的困难与挑战，未来将更加全面高效的可穿戴无线传感器网络技术应用到医疗救护领域，有着无可比拟的实际应用价值。