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云环境下医疗中的无线传感技术应用

2015年12月29日 解决方案 ⁄ 阅读 2,825 次
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在健康监测环境下医疗监测是一个由各个等级的医疗专业人士实施的严格的过程,但这些专业人士实施的过程中,仍然不能避免意外的人为错误。在健康监测环境中,人为错误应该减少到零,但是这通常是达不到的。因此在过去的十年,针对减少医疗过程中的人为错误开展了很多研究工作。研究者已经从信息通信技术(ICT)入手来减少医疗过程中的人为错误。需要说明的是ICT所带来的创新不仅仅是提高患者自动监测过程的可实施性,更重要的是极大的提高了该过程可靠性。

无线传感器网络技术是信息通信技术方面比较好的技术,最初是用于军事方面战场上的的监测,无线传感器技术还有很多别的应用,例如环境学习、动物保护、生产线、楼宇安全,这样便使无线传感器网络可以应用于医疗环境来提高病患监视的可信度。

基本上,无线传感器设备的尺寸非常小,这样可以更好的应用于监测病人的身体健康状况,从而解决医生或者护士难以全天随时随地守护病人的问题。同时肯定可以实现一个全球一体化的可能性,通过因特网发送该重要病人的身体健康信息到别的专家医生的手持设备,因为现在任何一个医生都有手持设备。

所以考虑到这些方面,就得更多的提到无线拓扑网络,它是LAN的扩展,同时在有限的布线数量的情况下有比较远范围的通信距离,这样使重要的信息能通过处于无线传感器拓扑网络(WSMN)中的传感器来传送,无线传感器拓扑网络(WSMN)是无线传感器和拓扑网络的组合。当网络部署好后,它同时提供了不同的机能来提高环境的监测能力。

另外一个ICT的革新是无线射频识别(RFID),它不仅仅用于病患的监测,还用于医疗设备医疗手术设备的管理、药品的管理以及危险医用物品的管理,物品清单控制,还包括病人的识别和定位。即使当病人在户外,例如病人在私人的居住地或者常规的活动区域时,使用RFID对其进行定位也是可能的。从这些考虑来看,我们可以看出使用RFID对病人进行监视主要用于病人识别、定位监视和病人医疗信息的发送。

这样,这些设备的功能和初始化应用可以通过引入一些带RFID的传感机理来加强。因为无线传感体域网(WBSN)可以基于网络提供可靠的基础设施来支柱,所以我们现在提出集合了RFID传感器和无线拓扑网络(WMN)而创造的一个新奇的网络结构,我们称之为RFID-WBSMN。

这个框架提供了一个可靠的网络架构来用于病人监视和识别应用,然后自由地使用智能体技术来做出决定是否通知医生。使用中提到的智能体技术,通过在网络中计算从而减少通过网络发送数据的必要,从而减少网络出现负载和延迟的情况。智能体被放在网络中固定的位置,被当做类似于早期的报警系统来使用。从而监测和报告异常给特定的医疗工作者。

一般情况下,这些传感器不能完成这些功能,因为这些设备的内存和能量有限。另外,最新的ICT革新的主要是提高信息技术(IT)系统,即能通过云技术来支持信息分散。这个技术作为单独付费使用的技术提供用户所有信息技术的资源。从前面可以看到有三个服务可以通过云计算实现,分别是架构即服务(Iaas)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。

所以观察基于云技术提供的设备,医疗服务需要一个好的网络连接和一个必备的基础设施、平台和处理软件,通过云来管理从而提供好的医疗服务。同时云服务可以被任何小的医疗服务诊所和多专业的医院使用,在有的国家可以想购买因特网服务一样来购买每个医疗服务。现在研究者已经开始采取基于云的电子医疗管理系统,使用了一个应用程序接口连接紧急部门工作者和来自波士顿EMS救护中心之前储存的医院数据。

当前研究活动的调查

我们将在这个部分中讨论,无线传感器网络、RFID、智能体、云计算在医疗服务方面的应用,在详细介绍我们所做的研究工作之前,本文将会介绍当前在这些领域中的相关研究工作。

A 无线传感器在医疗服务方面

无线传感器网络通常是一个大型的空间上分布的网络,有上百个节点随机或者带有一定地理位置的分布,目的是在环境中检测或者感知一些特定的参数。无线传感器网络最初的应用是在一个空旷的环境下检测一些参数。最开始是由军队用于在战场上进行监测和一些科学家、环境研究者用于检测气候变化和森林环境以及地下水。然而当无线传感器网络变成热门领域后,它的应用范围也开始扩展。在医疗服务领域我们可以看到,无线传感器网络扩展为无线体域网(WBAN)或者是无线人体传感器网络(WBSN)。随着体积更小功能更强大的传感器的发展,诞生了取代或者重新起草管理这些设备的标准,例如,IEEE802.11和IEEE802.15标准组织,无线传感器网络这些变化都是可以实现的。另外就是对无线拓扑网络WMN进行一个介绍,由一些公司或者是服务提供商来拓展对有线网络的一个接入范围,这个领域将会挑战常规有线网络架构。这种无线拓扑网络集合了无线人体传感器网络,创造了无线人体传感器拓扑网络。这个网络提到的应用于医疗服务监视。在监测中病人只要佩戴可穿戴的传感器节点,就可以测得其的身体情况,例如血压,体温,脉搏。这样这些信息通过上传至路由或者是网关最后传到中心服务器形成病人的病历数据库。无线传感器网络还可以用于远程病人的情况检测,在这种情况下,在家里你只要安装上了无线传感器节点,同时这些节点可以连入因特网或者是其他的通信网络,同样可以将数据传送到医疗服务设备。这为不断扩大的老龄群体提供了非常方便的医疗服务,同时这也增加了医疗设备进入家庭和养老医疗设备的业务。在需求增多的情况下,无线传感器网络的应用大多数出现在远程病人监控例子中,在病人病情超过一定阈值后通知报警系统。当病人的信息在医疗服务设备中有所记录时,无线传感器网络还可以通过紧急情况报警设备来通知和发送重要病人的信息,这样的话可以让医疗工作者为紧急情况做好充分的准备。这些传感器网络具有在服务区内提高医疗服务质量的潜在优势。

B.RFID技术在医疗服务方面的应用

RFID方法并不是一个新的技术,它诞生于1960年代,像是舞台上的一个新的表演者。应用领域主要是在军事方面和产品应用链的管理。然而,RFID技术受到的关注和欢迎应用领域也开始扩展。

RFID技术发现了他进军医疗服务行业的发展方向,通过他最擅长的即提高有效性的保障。对象有需要严格看护的设备、药品、雇佣者、还有病人。 在医疗服务环境中,生和死的区别可能就在仅仅于这些设备的位置。例如,电震发生器。或者别的什么东西,例如外科手术设备,在完成外科处理过程之后放在病人左边的设备。

另外一个很重要的应用就是对病人的跟踪和识别。这个应用相当重要因为在当病人不能被有效地识别的时候,会造成很多的过度医疗现象出现。RFID技术给病人提供一个可以被读写的卡片,上面包含了病人的各种医疗信息包括病人现在在哪家医院就诊等信息。

C. RFID无线传感器网络在医疗服务方面的应用

在RFID技术和无线传感器网络技术融合的技术中,RFID标签被修改从而能支持被标记的传感器和他所支持的感知能力。这些标签被称为RFID传感器标签,可以处于积极状态、消极状态和半积极状态。这些具有增强功能的标签现在可以识别被标定的物体以及检测这些物体的参数。当询问机读取这些传感器标签的时候,这些参数可以被发送。如果这些询问机的功能没有被增强,那么RFID网络只能被当做单跳的网络。如果RFID询问机随着无线传感器而被修改为可以和多个异构设备进行通信,那么RFID网络可以被应用于多跳网络。

在医疗服务领域,RFID和无线传感器网络的结合,在设备应用方面,具有潜在的巨大的提高空间。在之前提到这些技术的缺点就是不能和网络相结合。研究的主要方向是这些设备基于IEEE802.15.4标准。IEEE802.15.4标准管理着低功耗的Zigbee设备。

D.智能体技术在医疗服务方面的应用

智能体技术已经被提出并应用于多种医疗服务系统。在上面那些文章中,有很多的思想都是将智能机应用于医疗服务产业。在这些文章中都明确强调了一个研究重要性,就是将单个智能体或者多个智能体应用于医疗服务行业来解决这个行业中所存在的问题。研究工作将会从基于智能体的移动设备入手,用于医院的选择和预约计划。这里还提到了一个基于智能体的研究应用,通过无线人体传感器网络将病人的体温信息发送到医生的手持设备上。

E. 云技术在医疗服务方面的应用

在信息通信方面最新的革新应该是云和云计算,支持消费者在信息技术的需求中,云计算提供了可视化硬件框架的无限可扩展性,通过业务使这些信息技术框架被利用。美国国家标准技术研究院(NIST)定义了云计算是一个模型,这个模型可以方便地按需访问一个可配置的计算资源(例如,网络、服务器、存储设备、应用程序以及服务)的公共集。这些资源可以被迅速提供并发布,同时最小化管理成本或服务提供商的干涉。云服务基于服务水平协议(SLAs)可以采用单向收费。云服务提供商为用户提供了常用的IT设备和依赖这些设备的不同业务。这些业务包括框架、平台、软件。这些业务模型主要关注的是服务提供商如何授权用户能使用这些所提供的IT设备。

由于在过去几年云计算领域具有很高人气,所以在更多不同的领域得以应用。每个应用领域都会考虑采用能满足其需求的云计算模型类型,NIST定义了四种不同的云计算部署模型,它们分别是私有云、社区云、公有云、混合云模型。私有云的云基础设施由一个组织来管理控制,它可能被安置在室内或者一个比较偏远的地方。社区云的的云基础设施由多个组织来管理控制,通常带有一定的共同目的。公有云的云基础架构被由云服务提供商控制并向用户出售云服务。混合云的云基础架构是由两个或者两个以上的云组成,这些云保持着唯一的实体,但是通过标准或者特有的技术结合在一起,这些技术使得数据或者应用程序具有可移植性。

医疗服务领域得益于研究者们提出各种各样的云计算使用方案,从而为医疗服务业务和医疗服务设备以及远程医疗提供了无所不在的平台。研究者采取基于云的医院电子管理系统[11],这个系统采用应用接口可以连接带有波士顿EMS救护车上的预留医院数据的急诊部门的工作者。BIDMC的医生可以在医院的急症室的仪器表上查看救护车上的重要信息,同时还可以输入病人的电子病例信息。在这个计划执行前,急诊室离得医生们不得不每天手动地将病人的病例传真给BIDMC来储存他们的数据和病例。

从这篇文献的调查中可以看出并没有太多的工作是关于通过Zigbee将RFID和传感技术融合后应用于医疗服务方面。如果这些技术采用点对点模式进行,当在这种模式下由于网络的不可靠性,那么是不能保证能成功传送数据的。所以采用无线拓扑网络来代替这种模式,我们可以集成拓扑网络和Zigbee的RFID传感技术来实现可靠地、实时地传送病人的相关健康数据。

另外这些技术并没有采用智能体在医疗服务方面的技术,也没有采用医疗服务方面的云计算技术。将云技术与智能体技术融合对于不同医疗服务者和医疗服务设备是很有利的,甚至是对信息技术不太了解的用户也可以通过云服务提供的服务者、电脑、别的IT基础设备、软件、平台来使用信息技术。下面将介绍所提出的研究将会来带两种技术——带Zigbee RFID感应技术的拓扑网络和基于云的智能体技术。(OFweek)

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