无线传感器网络应用于医疗领域的展望

摘　要：随着无线传感器技术的发展和在医疗领域里的应用，目前医疗领域已经广泛建立了基于无线传感器网络的药品管理和监控、远程健康监测、住院患者管理和医患人员跟踪定位系统，并在实际应用中发挥了重要作用。目前，无线传感器网络在医疗领域里仍具有很大的应用空间。

关键词：无线传感器网络；数字化医院；医疗实践
　　传感器网络技术研究起步于20世纪末，在初始研究阶段，即由于其巨大的发展潜力和应用空间受到了世界范围内学术界、工业界和军界的广泛关注。进入新世纪以来，随着无线通信技术、智能传感器技术、嵌入式计算机技术以及网络技术的迅猛发展，关于无线传感器网络的研究也取得了重要的进展，研究成果也开始广泛应用在智能建筑、军事、医疗等领域。
　　无线传感器网络由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络被列为21世纪最重要21项技术之一以及影响未来、改变世界的十大技术之一。也正由于无线传感器网络重要的应用价值和发展空间，许多国家越来越注重无线传感器网络的研究和应用。以美国为例，美国自然科学基金委员早在2003年就制定了传感器网络研究计划，投资大量资金用于传感器网络。美国军方以及美国工业巨头因特尔等公司更是对于此项技术高度重视，制定和启动了相关的研究项目。此外，英国、巴西、日本等国家也纷纷开展了无线传感器网络的研究工作。
　　目前，无线传感器网络已经广泛应用于军事、智能建筑、环境监测、医疗等领域中去，并发挥着巨大的作用。笔者在此结合我国目前的数字化医院建设，就无线传感器网络在医疗领域中的实际应用以及长远应用前景进行介绍，以期为强化和拓展无线传感器网络在医疗领域中的应用空间提供可行建议。
1. 无线传感器网络在医疗行业应用的相关研究
　　传感器网络在医疗卫生领域里的研究和产品研发早在传感器网络研究之初便开始进行了。国内外众多医疗研究机构，包括国际著名的医疗行业巨头对传感器网络应用于医疗领域的研究已经有了很大的进展，并迅速应用到医疗领域中去。
　　比如，因特尔公司的前瞻性医疗小组研究出了基于无线传感器网络系统的远程健康监测系统。即在患者家中部署传感器网络，收集并实时监测被监护对象的生理数据，以帮助患者在家中就可以得到全方位的远程监测与护理。目前，这种系统已经开始广泛应用于医院、保健中心等相关医疗机构中，并发挥了重要作用。
　　目前我国关于无线传感器网络在医疗行业的应用研究也开始起步。深圳微智系统有限公司、中兴软件公司以及中科院计算机研究所WSN实验室等都正在开展无线传感器网络在医疗行业应用的项目研究并取得了一系列的成果。笔者在此就无线传感器网络在医疗领域里的典型应用进行具体介绍。
2. 无线传感器网络在医疗领域里的典型应用
　　有关技术的发展、成熟和无线传感器产品的研发和应用为无线传感器网络在医疗行业的应用和发展提供了更多的可能性。目前无线传感器网络已经成为数字化医院建设的重要技术支撑，笔者在此主要介绍无线传感器网络在医疗领域中的具有代表性的四种典型应用，即：基于无线传感器网络的药品管理和监控、远程健康监测、住院患者管理和医患人员跟踪定位。
2.1基于无线传感器网络的药品管理和监控系统
　　药品管理是医院运营和管理的一个重要环节，尤其是对那些贵重和危险药品来说，做好其管理工作十分重要。目前，有些医院已建立医院药品管理的无线传感器网络系统，这一系统在药品管理中具有很高的应用价值。它通过在药局和药库部署传感器网络，在危险药品或贵重药品中附带射频标签，来实现对药品的实时库存统计、实时药品的出入库管理及定位与跟踪。此外，在实际运营中该系统还可以实现对危险药品或贵重药品的追踪。
2.2基于无线传感器网络系统的远程健康监测系统
　　基于无线传感器网络系统的远程健康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，其后运用医院的远程监测系统对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，并根据诊断结果采取治疗措施。
　　除了远程监测和诊断功能之外，该系统还可以提供患者的定位跟踪、患者的病情信息管理等其他辅助功能。此系统具有操作简单方便，可以为患者提供最大程度的便利、信息收集、及时准确等优点，在实际应用中对慢性病和老年患者群体尤为重要。
2.3 基于无线传感器网络的住院患者管理系统
　　住院患者管理是无线传感器网络应用于医疗行业的另一个典型的场景。其具体实现方式为：在病房部署覆盖整个病房的传感器网络，患者根据自身病情需要携带具有检测能力的无线传感器节点来监测呼吸、血压、心率等重要生理指标。这样可以在通过传感器网络对患者进行实时监测的同时还能保证患者的自由活动空间。这对于患者的诊疗、患者的心理状况和身体健康的恢复具有重要作用。此外，无线传感器网络在病房的全面覆盖也可以降低医院的人力成本等运营成本。
2.4 基于无线传感器网络的医患人员跟踪定位系统
　　医院在构建了覆盖面广泛的无线传感器网络系统之后，只需在患者和医疗工作人员身体的相关部位安装上轻巧灵便的传感器，就可以对其进行跟踪和定位，能随时掌握其所处的地理位置。当遇到紧急事件急需联系相关人员时就可以利用传感器发送回中心服务器的位置坐标，及时找到相关人员。
3．无线传感器网络在医疗领域里的应用潜力和挑战
　　无线传感器网络是在整合计算机技术、无线通讯技术、智能传感器技术等高科技技术基础上形成的新兴高新技术，它在临床医疗实践上产生了深远影响，发挥了重要作用。但目前关于无线传感器技术还有很大的发展潜力，因此，其在医疗领域中仍具有很大的应用潜力，同时也面临着巨大的挑战。
3.1．应用潜力
　　当今市场上，无线医疗探测器类的 产品越来越丰富，功能越来越健全。这些微小的非侵入式传感器可以获取氧饱和度、心率、呼吸、血糖等重要数据。随着生物医疗传感器制造工艺和技术不断革新，未来的市场上将会出现更多功能强大的医疗传感器。
3.2．挑战
　　虽然当前无线传感器技术已经取得了重要的进展，相关的研究也正在紧密进行。但是由于相关技术的限制，无线传感器技术在医疗领域的研究和应用还面临着以下挑战。
3.2.1 优先的通信服务的挑战
　　传感器网络属于自组织形式，且节点的能源和计算能力是有限的。在实际运用中，为了为有效地降低耗能，节点必须要保障连接的健壮性且尽量减少传输耗能，并最大限度地避免网络干扰。此外，网络必须能够优先关键数据的传输。但是目前的无线网络在提供了良好的服务质量的同时却并没有明确提供优先的通信服务，而优先的通信这一点却恰恰是此技术应用在医疗领域中的关键。因此，目前解决无线传感器网络技术在医疗应用领域中的优先的通信服务问题是当务之急。
3.2.2 计算能力的挑战
　　传感器节点计算能力是非常有限的，传统的安全及加密技术都不适用，这就对患者信息和医疗机构的重要信息的保密工作提出了挑战。目前有些机构正在研究一种基于整数的有效的椭圆曲线加密算法，该算法允许网内传感器节点间快速重构密钥，此种技术在开发成功之后，若应用于医疗领域将会有效地弥补目前无线传感器网络技术在安全性上的缺陷。
3.2.3 软件设计的挑战
　　无线传感器网络由不同种类的传感器、处理业务的计算机和固定的终端等组成，这些设备相互通信需要有一个健壮的通信构架。但现在广泛应用于医疗机构的基于传感器节点的软件只能提供低层次的服务，并不能提供节点发现、命名、安全、数据传输等高层次的服务。因此，如何设计和研发能满足医疗实践中的高层次需要的相关软件也成为无线传感器技术的研究重点和核心问题。
4. 小结
　　随着技术的发展，无线传感器网络在医疗领域中的应用越来越广泛，而且其应用前景也越来越明朗。本文中介绍的四种典型应用场景目前已成为无线传感器网络在医疗行业应用的首选，具有代表性。目前，我们在把已经研发出来的、实用价值很高的无线传感器网络大力应用于医疗领域中的同时，还要进一步发展此种技术并大力发挥其潜在的应用价值，为全人类的健康事业发展做出更大的贡献。
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