醫(yī)療儀器研究現(xiàn)狀

意義在醫(yī)院中，為使病人得到更好的照顧以及對病人的生理狀況進行及時監(jiān)測，醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)是必可少的。由于成本較高，傳統(tǒng)的醫(yī)療監(jiān)護儀主要用于監(jiān)護危重病人。近年來，隨著科學技術(shù)的進步和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，醫(yī)療監(jiān)護儀在普通病房中逐漸普及，甚至一些基層醫(yī)療單位和社區(qū)醫(yī)療單位也提出了應用需求。現(xiàn)有的醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)一般采用有線方式傳輸數(shù)據(jù)（圖1），但各種導線限制了病人的運動，而且還使病房顯得雜亂無章。當監(jiān)測時間較長時，會增加病人的心理壓力，產(chǎn)生焦慮緊張等負面情緒，影響檢測結(jié)果。此外，受監(jiān)測設(shè)備數(shù)量的限制，許多病人不能及時進入監(jiān)控，生命安全受到威脅。因此，一種便攜、可靠、舒適的醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)將會受到社會的歡迎。于是，無線醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)（圖2）應運而生。無線醫(yī)療監(jiān)護是利用無線通信技術(shù)輔助醫(yī)療監(jiān)護，通過通信網(wǎng)絡(luò)將生理和醫(yī)學信號傳送到監(jiān)護中心進行分析，并給出診斷意見的一種技術(shù)手段。隨著生物醫(yī)學傳感器的小型化、信息處理和無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的快速發(fā)展和普及，無線醫(yī)療監(jiān)護逐漸成為熱點。無線醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)采用無線方式傳送病人的生理信號，可以減少病房內(nèi)導線數(shù)量，使病人感覺自然舒適。此外，病人的生理信號通過傳感器節(jié)點傳送到醫(yī)院監(jiān)控臺，即便醫(yī)生不親自去病房仍可以方便地掌握病人的信息。圖1傳統(tǒng)的有線醫(yī)療監(jiān)護圖圖1傳統(tǒng)的有線醫(yī)療監(jiān)護圖2無線醫(yī)療監(jiān)護國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)在醫(yī)院里應用廣泛,便于醫(yī)護人員對患者的生理參數(shù)進行集中管理。此類系統(tǒng)目前主要是依托有線網(wǎng)絡(luò)，如早期的RS232或RS485總線，現(xiàn)在多為基于TCMP或IPX協(xié)議的局域網(wǎng)。有線網(wǎng)絡(luò)連接成本低，傳輸速度快，工作穩(wěn)定，有諸多優(yōu)點。但是有線網(wǎng)絡(luò)必須通過固定的線纜連接,無法自由移動和擴充,特別是一些緊急情況下,線纜可能影響及時救治。另外,在野外或是災害現(xiàn)場等特殊環(huán)境下,有線網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)難度較大,無法滿足需求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是計算機科學領(lǐng)域的一個研究分支，它被認為是將對21世紀產(chǎn)生巨大影響的技術(shù)之一。它是一種無基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，其綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，可以使人們在任何時間、任何地點和任何環(huán)境下獲取大量詳實而可靠的信息。因此，這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以被廣泛地應用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)、反恐抗災等領(lǐng)域。最早應用于監(jiān)護系統(tǒng)的無線通信技術(shù)是通過獨立的射頻電路實現(xiàn)的，這種方案最早應用于美國和前蘇聯(lián)的載人航天工程中。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在單個芯片上集成整個射頻電路，其體積和功耗都大大減小，從而便于無線通信技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)護領(lǐng)域的應用。NASA阿莫斯實驗室和斯坦福大學合作開發(fā)了LifeGuard系統(tǒng)（圖3）,主要用于監(jiān)測處于運動中的宇航員的生理參數(shù)，由生理傳感器（ECG、呼吸、血氧、血壓等）、穿戴式生命體征監(jiān)測器（crewphysiologicobservationdevice，COPD）和基站組成。穿戴在身上的COPD能連續(xù)記錄心電、呼吸率、心率、血氧飽和度、體溫等生理參數(shù)。這些參數(shù)可以通過內(nèi)置的藍牙模塊被傳輸?shù)交净虼鎯υ?2MB的內(nèi)存里通過RS-232串口送入電腦。同時，LifeGuard系統(tǒng)還可用于臨床監(jiān)護和家庭監(jiān)護。圖3Lifeguard監(jiān)護系統(tǒng)美國所有著名院校幾乎都有研究小組在從事WSN相關(guān)技術(shù)的研究，主要有加州大學洛杉磯分校、加州大學伯克利分校、麻省理工大學、康奈爾大學、哈佛大學、卡耐基梅隆大學。加利福尼亞大學提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的人體健康監(jiān)測平臺CustMed，采用可佩戴的傳感器節(jié)點,傳感器類型包括壓力、皮膚反應、伸縮、壓電薄膜傳感器、溫度傳感器等，通過放在口袋里的PC機可以方便直觀地查看人體當前的情況。JafariR,EncarnacaoA,ZahooryA,etal.Wirelesssensornetworksforhealthmonitoring.MobiQuitous2005:479-481紐約州立大學石溪分校針對當前社會老齡化的問題提出了監(jiān)測老年人生理狀況的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（HealthTracker2000），除了監(jiān)測用戶的生理信息外，還可以在生命發(fā)生危險的情況下及時通報其身體情況和位置信息。梁玉芬，高德云，牛延超，霍宏偉.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應用系統(tǒng)綜述.2007,9:9-14.哈佛大學與波士頓醫(yī)療中心正在研究WSN技術(shù)在醫(yī)療中的應用，包括入院前和入院后的緊急治療、災禍發(fā)生時的響應以及中風病人的康復等。他們開發(fā)了一種基于Mica2、MicaZ和Telos傳感器節(jié)點平臺的小型可佩戴的無線脈搏血壓計等。這些設(shè)備可以把收集到的病人的心率、血壓等通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給PDA或筆記本等進行進一步處理。麻省理工大學Auto-ID中心提出了一種“物聯(lián)網(wǎng)”，這是一種能允許不同的物理實體通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的系統(tǒng)。在保健領(lǐng)域的很多方面顯示了它的潛能，包括對患者的持續(xù)護理、不間斷監(jiān)測、醫(yī)療記錄的安全共享、醫(yī)學設(shè)備的追蹤、進行正確有效的醫(yī)學配藥以及不斷的改善數(shù)據(jù)顯示和通信。此外，美國的Crossbow、Dust、Network、Ember、Chips、Intel、Freescale等公司也紛紛開展了WSN在醫(yī)療領(lǐng)域的研究工作。東芝公司研發(fā)的Lifeminder系統(tǒng)（圖2）由腕表型的穿戴傳感器模塊和PDA組成。穿戴傳感器模塊集合了加速計、脈搏計、溫度計和皮膚電反應電極以及用于和PDA通信的藍牙模塊。Lifeminder系統(tǒng)可用于監(jiān)測用戶的身體健康情況、運動情況以及行為活動，并可通過PDA將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)護中心或遠端醫(yī)院。tSAE血沏ma：witSAE血沏ma：wi：-.4rshk-wimrnii：Kluii：-SkiElno^圖3Lifeminder系統(tǒng)Intel公司的前瞻性醫(yī)療小組研究了在家中部署傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對被監(jiān)護對象的生理數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，以幫助患者一個人在家中就可以得到遠程的監(jiān)測與護理。該技術(shù)是作為探討應對老齡化社會的技術(shù)項目CAST(CenterforAgingServicesTechnologies)的一個環(huán)節(jié)開發(fā)的，系統(tǒng)在鞋、家具以及家用電器等嵌入傳感器，幫助老年人及患者、殘障人士獨立地進行家庭生活，并在必要時由醫(yī)務人員、社會工作者進行幫助。美國學者EmilJovanov等人實現(xiàn)一種用于監(jiān)護的無線體域網(wǎng)(WirelessBodyAreaNetworks,WBAN)，該系統(tǒng)是基于Zigbee技術(shù)的多通道遙測系統(tǒng)，集成多種傳感器，可以實時采集、分析各種生理數(shù)據(jù)，并且通過Intemet將數(shù)據(jù)以電子病歷的形式存于數(shù)據(jù)庫中，可以用于術(shù)后監(jiān)護或急救。EmiJ,AleksanderM,ChrisO,etal.Awirelessbodyareanetworkofintelligentmotionsensorsforcomputerassistedphysicalrehabilitation[J].Journal0fNeuroEngineeringandRehabilitation,2005,2(6):1-10.在歐洲，2004年啟動的“HealthyAims”項目計劃開發(fā)一系列人體植入醫(yī)療器件，以幫助老年人和殘疾人。該項目的核心是將植入體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備利用無線體域網(wǎng)與基站通訊，最遠距離可達3m，使得醫(yī)療保健專業(yè)人員能夠收集器件的性能數(shù)據(jù)和患者數(shù)據(jù)。AndreasL,DaniloDeR.WearableeHealthsystemsforpersonalisedhealthmanagement:Stateoftheartandfuturechallenges[J]．StudiesinHealth,TechnologyandInformatics，2004,108:214-218.國內(nèi)在面向醫(yī)療行業(yè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究也已起步，中科院計算機研究所WSN實驗室、深圳微智系統(tǒng)有限公司以及中興軟件公司等都在開展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療行業(yè)應用的項目研究。比如上海大學生物醫(yī)學工程研究所研制的無線醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)，其多通道生理參數(shù)采集與收發(fā)模塊(Per.sonal)和數(shù)字醫(yī)療助理模塊(MDA)t31之間通過藍牙技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，MDA與監(jiān)護工作站之間的連接可通過基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)，也可以通過專用無線網(wǎng)絡(luò)。Alan等將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應用到環(huán)境監(jiān)測中，完成了傳感器節(jié)點設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，以及遠程數(shù)據(jù)的存取和管理，并從體系結(jié)構(gòu)入手介紹了環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應用模型以及系統(tǒng)部署實例。MainwaringA,PolastreJ,SzewczykR,CullerD,AndersonJ.WirelessSensorNetworksforHabitatMonitoring[C].Proceedingsofthe1stACMInternationalWorkshoponWirelessSensorNetworksandApplications.The1stACMInternationalWorkshoponWirelessSensorNetworksandApplications,Atlanta,Georgia,USA,2002.NewYork:ACMPress,2002:88-97.Tia等設(shè)計了實時的病人監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了生理指標傳感器和定位傳感器，運用了電子病歷和Web瀏覽技術(shù)，用來對病人狀況進行遠程監(jiān)護。TiaGao,DanGreenspan,MattWelsh,RadfordR.Juang,AlexAlm.VitalSignsMonitoringandPatientTrackingOveraWirelessNetwork[C].Proceedingsofthe27thIEEEEMBSAnnualInternationalConference.The27thIEEEEMBSAnnualInternationalConference,Shanghai,China,2005.李鴻強等設(shè)計了一種心電醫(yī)療監(jiān)護無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，深入闡述了節(jié)點硬件和通信協(xié)議兩方面。[20]LiHong-qiang,MiaoChang-yun,WuZhi-gang,ShiBo-ya.ResearchofWirelessSensorNetworkforMedicalCare[J].ChineseJournalOfElectronDevices.2007,30(4):1490-1495.崔莉等將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應用到醫(yī)療監(jiān)護領(lǐng)域，提出了可擴展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并介紹了傳感器節(jié)點和基站設(shè)備的相關(guān)設(shè)計。ZhaoZe,CuiLi.ARemoteHealthCareSystemBasedonWirelessSensorNetworks[J].InformationandControl,2006,35(2):265-269.張元亭等提出了移動醫(yī)療系統(tǒng)軀域傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和生物醫(yī)學傳感器的監(jiān)測技術(shù)，詳細地闡述了穿戴式醫(yī)療儀器的發(fā)展趨勢。TengXiaofei,ZhangYuanting.M-Healt:TrendsinWearableMedicalDevices[J].ChineseJournalofMedicalInstrumentation,2006,30(5):330-340.研究目標：重癥檢測治療室(IntensiveCareUnit，ICU)是集中各有關(guān)專業(yè)的知識和技術(shù)，先進的監(jiān)測和治療設(shè)備，對重癥病例的生理功能進行嚴密監(jiān)測和及時有效治療的專門單位。危重病的監(jiān)護與治療是近年來興起的一門臨床學科，是社會現(xiàn)代化和醫(yī)學科學發(fā)展的必然趨勢。ICU的監(jiān)護水平如何，設(shè)備是否先進，已成為衡量一個醫(yī)院水平的重要標志。我國的ICU起步較晚，開始于80年代初期，目前國內(nèi)ICU主要集中在少數(shù)權(quán)威醫(yī)院，其所能接納的病人數(shù)量極度受限，而那些準危重病人同樣需要監(jiān)控。因此如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)拓展ICU的病人監(jiān)控范圍，對全院有潛在危險的準危重病