基本信息
- 項目名稱：
- 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的普適醫(yī)療健康關(guān)懷系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量具有感知、處理和無線通信能力的微型傳感器節(jié)點組成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其使用目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息并發(fā)送給觀察者。傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測、健康護理、智能家居、城市交通等領(lǐng)域。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為未來的遠程醫(yī)療提供更加方便、快捷的技術(shù)實現(xiàn)手段。研究小組在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于普適計算的醫(yī)療健康關(guān)懷系統(tǒng)，本系統(tǒng)自主研發(fā)UbiCell醫(yī)療傳感器節(jié)點和終端軟件，通過網(wǎng)關(guān)(網(wǎng)關(guān)連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、有線網(wǎng)絡(luò)等)與已有移動設(shè)備(PDA、筆記本電腦等)相結(jié)合，提供智能的隨時隨地接入的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療健康護理,實時遠程監(jiān)護病人，提高監(jiān)護效率和病人健康狀況。 可穿戴微型無線醫(yī)療傳感器節(jié)點與醫(yī)療應(yīng)用有機結(jié)合，構(gòu)建先進的醫(yī)療理論與技術(shù)體系，具有重要的理論意義與應(yīng)用價值。作品涉及電子信息，醫(yī)療等多個領(lǐng)域，有效拓展了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究領(lǐng)域和應(yīng)用范圍。以全新的理論方法和技術(shù)手段解決醫(yī)療中的技術(shù)性問題。所研究的理論還可以用于老年人護理，新生兒護理等，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
- 詳細介紹：
- 近年來，隨著微電子、計算機、機電和無線通信等技術(shù)的不斷進步，推動了低功耗多功能傳感器的快速發(fā)展，使其在微小體積內(nèi)能夠集成信息采集，數(shù)據(jù)處理和無線通信等功能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量具有感知、處理和無線通信能力的微型傳感器節(jié)點組成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其使用目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構(gòu)成了傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個要素。人們可以通過傳感器網(wǎng)絡(luò)直接感知客觀世界，從而極大地擴展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和人類認識世界的能力。傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景非常廣闊，能夠廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測和預報、健康護理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、復雜機械監(jiān)控、城市交通、空間探索、大型車間和倉庫管理以及機場、大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測等領(lǐng)域。隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)的深入研究和廣泛應(yīng)用，傳感器網(wǎng)絡(luò)將逐漸深入到人類生活的各個領(lǐng)域。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為未來的遠程健康醫(yī)療關(guān)懷提供了更加方便、快捷的技術(shù)實現(xiàn)手段。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療應(yīng)用包括：患者的綜合監(jiān)測、診斷，醫(yī)院的藥品管理，對人類生理數(shù)據(jù)的無線監(jiān)測，在醫(yī)院中對醫(yī)護人員和患者進行追蹤和監(jiān)控。 研究小組在此基礎(chǔ)上設(shè)計了醫(yī)療健康關(guān)懷系統(tǒng)，實現(xiàn)以下目標：無線替代有線；方便病人在監(jiān)控狀態(tài)下行動，提高監(jiān)護效率；醫(yī)護人員可以在醫(yī)院范圍內(nèi)監(jiān)控病人病理信息，有效解放人力；病人信息，藥品信息，醫(yī)護人員信息等統(tǒng)一管理，有效輔助健康護理。 本系統(tǒng)整合UbiCell(UbiCell為研究小組給無線傳感器節(jié)點起的名字)醫(yī)療傳感器節(jié)點、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)和移動終端設(shè)備(PDA、筆記本電腦等)。通過網(wǎng)絡(luò)(無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、有線網(wǎng)等)把醫(yī)療中使用的大范圍無線通信設(shè)備整合在一起，提供智能的隨時隨地接入的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療健康關(guān)懷,實時遠程監(jiān)護病人，提高監(jiān)護病人健康狀況的效率。 將可穿戴微型無線醫(yī)療傳感器與醫(yī)療關(guān)懷應(yīng)用有機結(jié)合，構(gòu)建先進的醫(yī)療理論與技術(shù)體系，具有重要的理論意義與應(yīng)用價值。項目涉及電子信息，無線通信、計算機技術(shù)、醫(yī)療健康等多個領(lǐng)域，有效拓展了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究領(lǐng)域和應(yīng)用范圍。作品的研究將直接用于醫(yī)療關(guān)懷應(yīng)用上，以全新的理論方法和技術(shù)手段解決醫(yī)療中的技術(shù)性難題。所研究理論還可以用于健康護理，老年人護理，新生兒護理等，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點: (A) 自主研發(fā)支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的硬件基礎(chǔ)UbiCell傳感器節(jié)點，相對于國外昂貴的傳感器節(jié)點(例如Mica2節(jié)點系列)，它不僅具有Mica2節(jié)點的所有功能，而且具有醫(yī)療可穿戴性，在電路設(shè)計和節(jié)能方面進行了一定優(yōu)化，開發(fā)成本降低。 (B) 設(shè)計醫(yī)療傳感器面板，采用體溫、血氧、脈搏傳感器，將它們統(tǒng)一成迷你USB接口，連接至傳感器面板，通過標準通用接口與UbiCell節(jié)點進行通信連接，傳輸傳感數(shù)據(jù)，提高了傳感器的集成性和擴展性。 (C) 引入了嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，基于這個內(nèi)核，可以很好的實現(xiàn)對于傳感器節(jié)點處理器與內(nèi)存的控制與管理，同時對于能量的管理也得到了很大的改善。擺脫對處理器與內(nèi)存的繁瑣控制，利用操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用，進行驅(qū)動程序的開發(fā)，這主要包括對于不同傳感器的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送的驅(qū)動等等。 (D) 自主研發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點，用于連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通過無線局域網(wǎng)傳輸?shù)浇K端(如個人電腦，PDA等)。目前國內(nèi)外還沒有實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)對接的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，該設(shè)備填補了傳感器領(lǐng)域中這一空缺。該網(wǎng)關(guān)接入的是無線局域網(wǎng)，相比較于其他無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)(如以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、CDMA網(wǎng)關(guān)、GPRS網(wǎng)關(guān)等)，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋、數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和設(shè)備性價比上都具有優(yōu)勢。 (E) 自主開發(fā)個人電腦和PDA等終端程序，分別采用.Net Framework與.Net Compact Framework，利用Client/Server體系結(jié)構(gòu)，能夠有效管理病人病理信息，并進行可視化演示及信息分析。 (F) 將網(wǎng)絡(luò)平臺軟件、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與醫(yī)療傳感節(jié)點相結(jié)合，形成完整的醫(yī)療關(guān)懷傳感器網(wǎng)絡(luò)模型，連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)兩大網(wǎng)絡(luò)，有效實現(xiàn)病房醫(yī)療健康關(guān)懷的應(yīng)用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 在被監(jiān)護人身上安裝可佩戴的傳感器節(jié)點，通過無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和收集病理信息，能夠及時發(fā)現(xiàn)異常，提高監(jiān)護效率和病人的健康質(zhì)量。關(guān)鍵技術(shù)主要包括：可穿戴微型無線醫(yī)療電子傳感器械硬件節(jié)點的研制；網(wǎng)關(guān)設(shè)備研制；研究開發(fā)無線醫(yī)療傳感器網(wǎng)絡(luò)的平臺軟件；創(chuàng)新點在于：(1) 實現(xiàn)兩大基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。即通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與普通的無線局域網(wǎng)互通。傳感器接收到的數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳到基站節(jié)點，通過802.11的無線局域網(wǎng)協(xié)議的形式與其它PC終端機或者具有局域網(wǎng)無線通信功能的移動設(shè)備，進行實時通信。(2) 可穿戴醫(yī)療健康護理節(jié)點的設(shè)計與實現(xiàn)。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)獲得病理信息的主要有以下三個指標，即血氧、脈搏與體溫，傳統(tǒng)醫(yī)療系統(tǒng)通過三個不同的硬件接口將這三個指標通過三個不同的傳感器節(jié)點傳至基站節(jié)點，而我們通過對于硬件電路的設(shè)計，將這三個指標統(tǒng)一成接口迷你USB，使得三個不同的傳感器可以集成于一個傳感器節(jié)點上，這樣可以有效的利用通信帶寬。(3) 基于傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開發(fā)。我們對于傳感器節(jié)點的編程引入了嵌入式操作系統(tǒng)。利用操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用，進行驅(qū)動程序的開發(fā)，這主要包括對于不同傳感器的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送的驅(qū)動等等。在PC終端設(shè)備以及移動設(shè)備PDA上，采用C/S的體系結(jié)構(gòu)，將采集所得到的數(shù)據(jù)進行有效的數(shù)據(jù)處理，使得用戶能夠?qū)τ诓杉降臄?shù)據(jù)進行可視化的監(jiān)測。
科學性、先進性
- 可穿戴微型化無線醫(yī)療電子器械產(chǎn)品對現(xiàn)有的板極固化形式的節(jié)點功能部件進行更加靈活的設(shè)計，開展模塊級的綜合集成化開發(fā)；向高頻無線通信協(xié)議的多頻點，可擴頻的無線醫(yī)療傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；無線醫(yī)療傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺軟件作為一個信息平面，將醫(yī)療應(yīng)用中使用的大范圍無線設(shè)備集成在一起，為用戶提供普適、自然的人機交互接口。 現(xiàn)有的醫(yī)院醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備大多是以有線的形式，將許多繁雜的設(shè)備接入到病人體上，這樣的就導致監(jiān)護人員必須時刻守護在病人的旁邊，進行實時的觀察。而我們通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的形式，可以使得監(jiān)護人員在醫(yī)院范圍內(nèi)對病人信息進行監(jiān)控，如果遇到情況，可以及時的進行處理，有效合理分配時間。并且我們這個系統(tǒng)又不同于傳統(tǒng)意義上的無線網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)對于病人有一定的輻射作用，不利于用于醫(yī)療系統(tǒng)的實現(xiàn)，我們在傳感器節(jié)點發(fā)射頻率上，利用的ISM頻段，即用于工業(yè)，科學，醫(yī)療三個主要機構(gòu)使用的頻段，這個頻段對于病人基本上是沒有無線輻射作用，可以非常安全可靠的運用與醫(yī)療健康關(guān)懷系統(tǒng)當中。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 獲得軟件著作權(quán)： 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療健康護理應(yīng)用軟件（軟件著作權(quán)號：2008SR18862）
作品所處階段
- 改進與完善階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 作品將通過實物系統(tǒng)的方式進行展示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 在病人腕部裝配好可穿戴微型化無線醫(yī)療電子器械產(chǎn)品，在適當位置放置基站傳感器節(jié)點，并通過無線局域網(wǎng)連接裝有醫(yī)療護理基站軟件系統(tǒng)的PC機，通過醫(yī)療護理基站軟件系統(tǒng)可以控制管理可穿戴型節(jié)點及采集的病理信息，醫(yī)護人員通過裝有醫(yī)療護理移動終端軟件系統(tǒng)的手持PDA無線連接PC服務(wù)器，控制和獲取相應(yīng)的病理信息，達到實時的監(jiān)控。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在或必將作為一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，尤其在醫(yī)療健康護理領(lǐng)域，它有著傳統(tǒng)技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。隨著技術(shù)的成熟和在各個領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展以及無線醫(yī)療傳感器節(jié)點平均價格的降低，隨著普適計算和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，本項目所研究與開發(fā)的可穿戴微型無線醫(yī)療電子傳感器械及其平臺軟件、系統(tǒng)集成產(chǎn)品的預計產(chǎn)出與投入比也將隨之增長，就產(chǎn)業(yè)化前景而言，本項目所開發(fā)以可穿戴微型無線醫(yī)療電子傳感器械為核心、面向醫(yī)療健康護理應(yīng)用的無線醫(yī)療傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠達到工業(yè)化的水平，在無線傳感器的整個產(chǎn)業(yè)鏈上，占據(jù)重要的地位。
同類課題研究水平概述
- 醫(yī)療傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域也有一些成功實例。羅徹斯特大學的科學家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間，使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。英特爾公司也推出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護理技術(shù)。該技術(shù)是作為探討應(yīng)對老齡化社會的技術(shù)項目Center for Aging Services Technologies（CAST）的一個環(huán)節(jié)開發(fā)的。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設(shè)備中嵌入半導體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。 以上是一些國外對于傳感器醫(yī)療系統(tǒng)的研究發(fā)展現(xiàn)狀，我們的醫(yī)療健康護理系統(tǒng)不僅可以解決以上的問題，并且通過利用我們自己開發(fā)的節(jié)點UbiCell節(jié)點，將多個人體測量指標集成于一個節(jié)點之上，并且具有非常強的可擴展性，便于其它傳感器的擴展。并且目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)當中很少將兩種不同的網(wǎng)絡(luò)模型進行互聯(lián)，我們利用網(wǎng)關(guān)設(shè)備，可以有效的將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與802.11的無線局域網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)共享，以便大多數(shù)人可以共享到我們的數(shù)據(jù)，這樣可以有效的利用已有的網(wǎng)絡(luò)資源節(jié)約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量與帶寬。 對于軟件方面的應(yīng)用，利用嵌入式操作系統(tǒng)，進行節(jié)點自身的處理器、內(nèi)存與能量的有效的管理，這樣可以使得程序員不用像以前基于單片機開發(fā)一樣，進行繁瑣的基于硬件操作指令的開發(fā)應(yīng)用，而是基于操作系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)調(diào)用接口進行開發(fā)，這樣可以節(jié)省大量的開發(fā)時間，并且具有很強的可擴展性，采用純C的編程語言，利于代碼的閱讀。利用操作系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)接口，通過自己編寫的傳感器驅(qū)動，從傳感器處獲得原始數(shù)據(jù)，并且在操作系統(tǒng)上層寫好對于數(shù)據(jù)的封裝處理的第一層應(yīng)用程序，將數(shù)據(jù)通過無線局域網(wǎng)傳遞給基站節(jié)點。當PC終端機接收到數(shù)據(jù)之后，利用Visual Studio開發(fā)平臺，開發(fā)了一套基于.NET平臺的可視化應(yīng)用程序，以給用戶最好的用戶體驗，使得用戶可以方便的獲得傳感器采集的數(shù)據(jù)，最終利用PC終端機強大的處理能力，提供給用戶基于傳感數(shù)據(jù)更多的服務(wù)與應(yīng)用。
