智能医疗系统最终版

无线传感网技术智能医疗系统学院：物联网工程学院班级：计科1101班目录目录 (2)1、智能医疗系统的概念 (3)2、智能医疗系统的内容 (3)3、无线传感网在智能医疗系统中的应用 (3)3.1、智能医院系统 (3)智能病房 (4)智能诊疗设备 (6)智能手术室 (6)智能导航 (7)拓扑结构 (7)部署 (8)功率控制 (8)活动调度 (9)分簇 (9)3.2、区域卫生系统 (9)拓扑结构 (9)3.3、家庭健康系统 (10)智能远程监测系统 (10)智能提示指导系统 (11)智能呼救定位系统 (12)拓扑结构 (13)部署 (14)功率控制 (14)活动调度 (15)分簇 (15)3.4相关技术 (16)物理层 (16)MAC层 (16)网络层 (16)传输层 (16)应用层 (16)定位解决方案 (17)跨层解决方案 (17)3.1.4无线传感器与执行器网络 (17)4、面临的挑战 (17)5、未来的前景 (18)参考文献 (18)1、智能医疗系统的概念智能医疗是通过打造健康档案区域医疗信息平台，利用最先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动，逐步达到信息化。

在不久的将来医疗行业将融入更多人工智慧、传感技术等高科技，使医疗服务走向真正意义的智能化，使智能医疗真正走进寻常百姓的生活。

智能医疗结合无线网技术、条码RFID、物联网技术、移动计算技术、数据融合技术等，实现监护工作无线化，全面改变和解决现代化数字医疗模式、智能医疗及健康管理、医院信息系统等的问题和困难，并大幅度提体现医疗资源高度共享，降低公众医疗成本。

2、智能医疗系统的内容智能医疗可以分成三部分：智能医院、区域卫生系统和家庭健康系统。

如图：智能医疗系统智能医院系统区域卫生系统家庭健康系统3、无线传感网在智能医疗系统中的应用无线传感以及相关物联网技术为“无边界”医疗卫生服务的实现提供了坚实的基础。

利用无线传感技术，我们构造出以下三个智能医疗系统的子系统：3.1、智能医院系统智能医院系统是一个基于无线传感网技术、通过各样的传感器和路由器进行实现的对医院进行智能化管理的系统。

我们设计的智能医院包括以下部分：①对就诊病人进行实名存档，并根据就诊信息存入不同档案库，比如心脑血管疾病库、癌症病患库、普通常见病症库等等。

对特殊患者及时建立动态远程监测关系；②智能导航，通过语音、图像等多媒体技术提示路线，使服务更人性化；③智能手术，并实时监测手术设备情况及手术进程；④对住院患者实时监测，随时智能通知主治医师；⑤使用智能药瓶，智能提醒输液患者输液进程和及时提醒患者用药同时提供用药常识；⑥使用可穿戴智能诊疗设备，实时监测重症患者心率、血压、脉搏等情况；⑦对有特殊需要的患者建立远程监测关系，及时了解患者病情，并随时提供医疗帮助指示。

智能病房在病房部署完全覆盖的传感器网络，用来监测呼吸、血压、心率等重要生理指标，在实时监测的同时还保证了患者适当的活动空间，了医院的人力资源成本。

医院根据患者病情需要配置相应的智能诊疗设备，实时监测重症患者心率、血压、脉搏等情况。

病房内使用智能药瓶，智能提醒输液患者输液进程和提醒患者用药同时提供用药常识。

智能诊疗设备智能诊疗设备其实还在为了实时监测患者健康状况，只是可穿戴设备更方便、更有效地实现了监测的实时性。

在智能诊疗设备的设计上，是将传感器设计在可穿戴设备中，通过传感器发送患者的体征至医院。

具体信息传递见智能导航实现部分。

智能手术室智能手术室结合了机器人系统、人类工程学设计以及先进的通讯技术。

机器人系统可根据医生的声音进行相应的操作并只执行其指令，机器人内窥定位系统可以提供非常清晰和全面的手术视野,使医生可以精确进行手术。

手术室还配备有4台电视监控器,可以随时与外界保持直接的交流。

外科医生可以在荧光屏上看到病理切片的结果,病理学家也可以在手术室外逼真的观察到病人的器官组织情况。

这种手术室系统最终将可使远距离或超国界操作手术成为现实。

智能导航智能导航建立在动态监测的基础上，包括终端、基站、触发器、服务器和多媒体设备。

终端实时上传并接收定位对象数据，基站接收终端上传的定位对象数据并传送，触发器将采集到的对象数据进行发送，服务器接收、存储和处理定位对象数据及触发器采集的对象数据以实现定位，多媒体设备则用来将导航信息反馈到定位对象。

拓扑结构对于智能医院系统来说，我们采取网状与星型结合的拓扑结构进行拓扑设计。

如下图：网状星型结合的拓扑结构是指路由器的布置按照网状拓扑结构进行布置，每个路由器下属的子网则按照以路由器为中央节点的星型拓扑结构进行布置。

部署在各个区域范围内，则采用WSN进行布置，按照ZigBee协议进行通信的实现。

至于具体的布置方案应根据区域地形的不同选取不同的方案，在这里就不进行一一叙述。

功率控制在各个区域内，使用ZigBee协议通信，并且采用CONREAP算法进行功率控制。

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。

根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率、低成本，正好符合各个区域内子系统的性能需求。

CONREAP算法是基于机会的拓扑控制，它使创建的拓扑结构的能量开销降到最低，并且将网络可达性控制在阈值之上，是一个很好的控制方法。

活动调度利用基于双重分簇的无线传感器网络分布式拓扑控制方法对传感器进行活动调度。

分簇根据该树型拓扑结构的特点，可以采用覆盖保持分簇协议（CPCP）进行分簇。

由于所布置的传感器节点基本上是不会进行移动的，这便更适合CPCP分簇方案了。

通过CPCP协议，可以使覆盖范围更高。

3.2、区域卫生系统区域卫生系统是一个收集、处理、传输人员活动密集的区域的重要信息的卫生平台，主要由布置在公共区域的传感器节点和每个区域的分站点组成。

传感器节点负责信息的采集，分站点负责信息的初步处理、发送、预警等功能。

主要应对一些人员密集的公共场所的突发状况的发生。

拓扑结构对于区域卫生系统来说，由于管理的距离相对较远，并且考虑到可拓展方面，我们选定用树型拓扑结构进行区域传感器网络的结构。

如下图：由图可知，我们应用的是三级拓扑树结构，具有成本低、扩充方便灵活、寻找链路路径方便、易于网络维护等优点，同时由于层数不大，故系统的响应时间也不会特别大，特别适合片状传感网络的布置。

树型拓扑结构也有缺点：如果根发生故障，则全网不能正常工作；任何分站点站的故障都会影响该站点下局部网络系统的正常运行，这也是改进的目标之一，目前，我们还没有一个更合理的方案来进行替换。

拓扑的部署、控制、活动调度、分簇等参照智能医院系统。

3.3、家庭健康系统家庭健康系统是通过采集布置在房间以及人身上的传感器节点收集各项信息，然后通过中央节点路由器将数据发送到医院进行处理，并反馈处理结果的系统。

包括以下部分： 智能远程健康监测系统智能提示指导系统智能呼救定位系统智能远程监测系统主要是通过在患者家中部署传感器网络来覆盖患者的活动区域。

患者根据病情状况和身体健康状况等佩戴可以提供必要生理指标（如心率、呼吸、血压等）监测的无线传感器节点，通过这些节点可以对患者的重要生理指标进行实时监测。

随后在本地简单地处理传感器节点所获取的数据，其后把整理出的数据通过移动通信网络或互联网传送到为患者提供远程健康监测服务的医院。

智能提示指导系统与医院方面建立了智能远程监测关系的患者，医院方面将根据收到的被监测患者的生理指标进行相关分析，来诊断患者的健康状况，并根据诊断结果指导是否需要送至医院救治，如果只是常见疾病，就提供用药常识和用药建议。

智能呼救定位系统智能呼救定位系统是建立在远程监测的基础上的，通过患者随身携带的无线传感设备，使用GPS定位技术。

医院方面使用GPS信号机接受监测目标的卫星信号，经信号处理而获得用户位置，最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。

拓扑结构对于家庭健康系统来说，根据范围的不同分为内部拓扑结构和外部拓扑结构两个方面进行设计。

对于外部拓扑结构来讲，由于家庭数量比较多，并考虑到基本上每家每户都有路由器，所以决定采用蜂窝型拓扑结构；对于内部拓扑结构来讲，采用星型拓扑结构。

如下图：外部拓扑结构——蜂窝型拓扑结构内部拓扑结构——星型拓扑结构部署对于家庭健康系统的外部蜂窝型拓扑结构来说，完全不需要担心节点的布置，因为现今十之八九的家庭都装有无线路由器，这是现成的可利用资源，我们需要做的只是把这些路由器利用起来。

今天的无线局域蜂窝网络采用基于IEEE 802.11a/b/g标准，但是它们可以扩展到任何射频技术，如UltraWideband或802.15.4Zigbee。

因为网络智能保留在每一个接入点，所以不需要集中式交换机——只需要智能接入点和网络处理器、交换能力和系统软件。

对于内部的星型拓扑结构来讲，是家庭内部的路由器作为中央节点，其他的传感装置作为普通节点连接到中央节点上的。

如下图：功率控制蜂窝型拓扑结构采用的是动态路由协议中的开放式最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF）协议进行路由器的路径选择。

·OSPF能够在自己的链路状态数据库内表示整个网络，这极大地减少了收敛时间；·OSPF支持大型异构网络的互联，提供了一个异构网络间通过同一种协议交换网络信息的途径，并且不容易出现错误的路由信息。

·OSPF使用路由标签区分不同的外部路由。

·OSPF支持路由验证，只有互相通过路由验证的路由器之间才能交换路由信息，并且可以对不同的区域定义不同的验证方式，从而提高了网络的安全性。

·OSPF支持VLSM和非族类路由查表，有利于网络地址的有效管理。

·OSPF使用AREA对网络进行分层，减少了协议对CPU处理时间和内存的需求。

内部的星型拓扑结构活动调度家庭健康系统中的各个节点的监测需要的是24小时的无间断工作，并且采用ZigBee协议通信使得功耗不高，所以在这里不对活动调度进行太多的叙述。

分簇采用覆盖保持分簇协议（CPCP）进行分簇。

由于所布置的传感器节点基本上是不会进行移动的，这便更适合CPCP分簇方案了。

通过CPCP协议，可以使覆盖范围更高。

3.4相关技术物理层物理层是无线传感器网络的重要组成部分。

物理层采用DSSS(直接序列扩频)技术,可提供27个信道用于数据收发。

使用ZigBee通信协议，ZigBee具有低功耗、低成本、短时延、高容量、高安全等特点，并且有基于2.4 GHz频段的“短距离”和868/915 MHz频段的“长距离”两个频段，适合整个系统的使用MAC层由于数据的传输是在广播无线信道上，所以WSN的介质访问（MAC）协议设计至关重要。