無線感測網路國內外研究發展狀況

    國內外研究發展狀況

      監護系統的發展，可追溯至1962年，北美建立第一批冠心病監護病房（CCU），以後，監護系統得到了迅速發展，隨著計算機和訊號處理技術的不斷髮展，以及臨床對危重患者和潛在危險患者的監護要求的不斷提高，對CCU/ICU監護系統功能要求也不斷提高；1988—1997年的10年間，一大批有價值的專案相繼啟動，它代表了第二代遠端療，其聲勢和影響遠遠超過了第一代技術。在遠端醫學系統的實施過程中，美國和西歐國家發展速度最快，聯絡方式多是通過衛星和綜合業務資料網（ISDN),在遠端諮詢、遠端會診、醫學影象的遠距離傳輸、遠端會議和軍事醫學方面取得了較大進展。目前，監護系統除具有以前的多引數生命體徵監護的智慧報警外，還要求在監護質量以及醫院監護網路方面有進一步的提高，以更好地滿足臨床監護、藥物評價和現代化醫院管理的需要。

        中國金衛醫療網路即衛生部衛生衛星專網於1997年7月正式開通。它可以為各地疑難急重症患者進行遠端、異地、實時、動態電視直播會診，它已成功地進行大型國際會議全程轉播、組織國內外專題講座、學術交流和手術觀摩數十次，標誌著我國醫療衛生資訊化事業跨入了世界先進水平。1997年9月，中國醫學基金會成立了國際醫學中國網際網路委員會（IMNC）。該組織經過十年三個階段即：電話線階段；DDN、光纜、ISDN通訊聯網階段；衛星通訊階段，逐步在我國開展醫學資訊及遠端醫療工作，目前開展了可視電話系統的遠端醫療。

       最早，心電監護的使用是對危重病人搶救開始的，心電監護的發展歷程。

      1. 1933年：Hooker首次進行實驗動物心臟復甦，通過密切觀察心臟跳動狀況，來總結和判斷病人的危重搶救效果。
       2. 1943年：Claude Beek首次在手術室內實施電除顫，開始ECG的監測和臨床應用。
       3. 1952年：Zoll首次推出心臟起搏術，通過對心臟功能未完全恢復的病人進行起搏、監護，使病人得以康復；
       4. 1956年：體外除顫儀問世，提高了危重病人搶救的存活率；

      5. 1960年：Kauwenhoven報導胸外心臟按摩有效，心臟復甦技術日漸成熟；
       6. 1970s：持續床邊ECG監測，能夠適時不斷地監護病人的ECG狀況，使得心臟病人及危重病人得以密切和連續的觀察，同時幫助醫務人員能對病人的心電情況做出連續的分析和判斷；

      7. 1980s：Swan-Ganz肺動脈漂浮導管的出現及臨床應用，將血流動力學監測（有創壓、心排量等）引入臨床，監測功能更加多，醫務人員獲取的客觀監測資訊更加豐富，從而大大促進醫療水平和科研；
       8. 1990s：臨床開始應用持續無創血壓監測技術；

       針對目前心電監護系統的研究現狀，人們研製了具有快速、靈敏、操作方便等特點的無線監護系統，使病人不用再被繁冗的連線所束縛，可以在醫院範圍內隨意走動，從而獲得了較為真實準確的資料資料。當前國內外無線心電監護系統大多采用固定電話網（PSTN）、移動通訊網（GSM）、GPRS和藍芽技術來實現，例如美國的HeartFAX系統、瑞典的Caliber Trigger Monitor系統、北京世紀今科的藍芽PDA型心電監護系統等。

 

    無線感測器網路國內外研究現狀與發展

       無線感測器網路作為資訊領域的一個全新的方向，同時也是新興學科與傳統學科進行領域間學術交叉的結果，已經引起了學術界和工業界的廣泛關注。國外的許多大學和研究機構紛紛投入了大量的研發力量從事無線感測器網路軟硬體系統的研究工作，最具代表性的是UC/Berkeley大學和Intel聯合成立的被稱為智慧塵埃(Smart Dust)實驗室。UCLA的WINS(Wireless Integrated Network Sensors)實驗室對如何為嵌入式系統提供分散式網路和互聯訪問能力進行了大量研究，提供了在同一個系統中綜合微型感測器技術、低功耗訊號處理、低功耗計算、低功耗低成本無線網路等技術的解決方案。RICE大學研製的Gnomes感測器網路由低成本的定製節點組成。每個節點包含一個德州儀器（TI）的微控制器、感測器、和一個藍芽通訊模組。Gnomes節點既可以通過普通電池供電，又可以通過太陽能電池供電，並且可以配備GPS接收器來進行定位。

        無線感測器網路存在著巨大的商業前景，也開始成為商家爭相投資的物件，並且湧現出了很多專門從事無線感測器網路及相關產業的公司。在這些公司中應該首推Crossbow公司和DUST公司，它們都是由UC/Berkeley技術發展而來，前者主要針對航空電子、交通運輸、無人探測、環境監控、測控測量等具體應用定製相應無線感測器網路節點和應用方案，後者主要提供了可靠的、可管理的和易於安裝的SmartMeshTM感測器互聯方案，該網路方案被Red Herring 組織評為2004 年度TOP100發明獎。Ember公司提供了與IEEE802.15.4/ZigBee相容的射頻晶片及相應的軟體和開發工具的服務。LunaiMonitoring公司主要提供關於壓力、液位、電量等無線智慧監測技術及相應的硬體裝置。MicroStrain公司基於無線感測器網路技術提供了在航空航天、國防軍事、汽車電子、城市工程、生物製造等方面的應用。其它類似的公司還有Millennial Net、Sensoria Corp.、Xsilogy等。另外，IBM、Intel等公司也十分看好無線感測器網路這一新興領域，也開始進行了與之相關的理論研究和產品開發^[1-5]。

       國內在無線感測器網路領域的研究也很快跟進，已經在很多研究所和高校廣泛的展開。中科院上海微系統與資訊科技研究所已經通過系統整合的方式完成了一些終端節點和基站的研發；中科院電子技術研究所和瀋陽自動化所也分別從感測器技術和控制技術兩種角度入手，它們專注於感測或控制執行部分；浙江大學現代控制工程研究所成立了“無線感測器網路控制實驗室”，聯合相關單位專門從事面向感測器網路的分佈自治系統關鍵技術及協調控制理論方面的研究；山東省科學院也看到了無線感測器網路這一極具前景的領域，並且於2004年10月正式啟動了關於無線感測器網路節點作業系統的研究；另外，中科院軟體所、中科院自動化所、國防科技大學、清華大學，中國科學技術大學、哈爾濱工業大學、北京郵電大學、山東大學、東南大學等單位在無線感測器網路方面也都有一定的工作。但整體而言，從研究的深度和投入的力量來說，國內的水平相對國外落後，從問題的點上研究較多，缺少對整個系統的創新性研究，具有自主智慧財產權較少，這和我國無線感測器網路飛速發展的市場需求不相稱的^[6-7]。

本文擬將無線感測器網路技術應用到醫院心電監護數字化中，目前國內外關於這方面的研究概況及與本文的差異分析如下：

美國GMP無線醫療公司開發了LIFESYNC無線心電圖監護系統(如圖2-1所示)，它由電極、導連線、病人用收發器和監視器用收發器構成，實現了無線監護，但它並不是基於無線感測器網路，採用的是2.4GHz藍芽技術，另外心電波形顯示必須藉助於VGA或LCD顯示器^[8]。

       國內調研結果是已見的有關醫療監護無線感測器網路方面的文獻報導中，有些雖與本文研究內容相似^[10-13]，但^[10]在無線通訊方面採用的是藍芽技術，而且也不是基於無線感測器網路；^[11]僅僅是設計了個人醫療行動式裝置，用於患者平時生理引數的採集，不具備無線傳輸功能，類似於Hotler；^[12-13]採用了無線感測器網路技術進行生理引數的採集和監護，但它們都採用了北京邁創通元電子儀器有限公司提供的現成血氧測量模組、心電採集模組，通過模組提供的TTL電平的非同步串列埠與上位機通訊採集資料，這些採集模組電路板尺寸一般在10cmx10cm，所以裝置體積大，技術含量低，而且無線通訊技術採用的是非IEEE 802.15.4(Zigbee)標準，而本文將採用IEEE 802.15.4(Zigbee)標準，它更適用於無線感測器網路。