Область тела сеть ( БСД ), также называемая как беспроводная зона тела сеть (WBAN) или датчик тела сеть (BSN) или области сетей медицинского тела (MBAN), представляет собой беспроводная сеть носимых вычислительных устройств. [1] [2] [3] [4] [5] Устройства BAN могут быть встроены в тело в виде имплантатов, могут быть закреплены на поверхности тела в фиксированном положении или могут быть сопутствующими устройствами, которые люди могут носить с собой в различных положение, например, в карманах одежды, вручную или в различных сумках. [6]В то время как существует тенденция к миниатюризации устройств, в частности, вычислительные сети тела состоят из нескольких миниатюрных блоков датчиков тела (BSUs) вместе с одного тела центрального блока (BCU), [7] больше дециметрового (вкладка и клише) размер смарт устройства по- прежнему играют важную роль в качестве концентратора данных или шлюза данных и предоставления пользовательского интерфейса для просмотра и управления приложениями BAN на месте. Развитие технологии WBAN началось примерно в 1995 году с идеи использования технологий беспроводной персональной сети (WPAN) для осуществления связи на человеческом теле, рядом с ним и вокруг него. Примерно шесть лет спустя термин «БАН» стал обозначать системы, в которых общение осуществляется полностью внутри, на и в непосредственной близости от человеческого тела.[8] [9] Система WBAN может использовать беспроводные технологии WPAN в качестве шлюзов для увеличения дальности действия. Через шлюзовые устройства можно подключить носимые устройства на теле человека к Интернету. Таким образом, медицинские работники могут получить доступ к данным пациента в режиме онлайн через Интернет независимо от местонахождения пациента. [10]
Концепция
Быстрый рост физиологических датчиков, маломощных интегральных схем и беспроводной связи позволил создать новое поколение беспроводных сенсорных сетей , которые теперь используются для таких целей, как мониторинг трафика, сельскохозяйственных культур, инфраструктуры и здоровья. Область телесной сети - это междисциплинарная область, которая может обеспечить недорогой и непрерывный мониторинг здоровья с обновлением медицинских записей в реальном времени через Интернет. Ряд интеллектуальных физиологических датчиков можно интегрировать в носимую беспроводную сеть на теле, которая может использоваться для компьютерной реабилитации или раннего выявления заболеваний. Эта область зависит от возможности имплантации в человеческое тело очень маленьких биосенсоров, которые удобны и не нарушают нормальную деятельность. Имплантированные в человеческое тело датчики будут собирать различные физиологические изменения, чтобы отслеживать состояние здоровья пациента независимо от их местонахождения. Информация будет передаваться по беспроводной сети на внешний процессор. Это устройство будет мгновенно передавать всю информацию в режиме реального времени врачам по всему миру. При обнаружении чрезвычайной ситуации врачи немедленно сообщают пациенту через компьютерную систему, отправляя соответствующие сообщения или сигналы тревоги. В настоящее время уровень предоставляемой информации и энергетических ресурсов, обеспечивающих питание датчиков, ограничен. Хотя технология все еще находится на своей примитивной стадии, она широко исследуется и, как ожидается, после внедрения станет прорывным изобретением в здравоохранении , которое приведет к реализации таких концепций, как телемедицина и мобильное здравоохранение .
Приложения
Ожидается, что первые приложения BAN появятся в первую очередь в сфере здравоохранения, особенно для непрерывного мониторинга и регистрации жизненно важных параметров пациентов, страдающих хроническими заболеваниями, такими как диабет , астма и сердечные приступы .
- Запрет на пациента может предупредить больницу даже до сердечного приступа, измеряя изменения в его жизненно важных функциях .
- ЗАПРЕТ на диабетическом пациенте может автоматически вводить инсулин через помпу, как только у них снижается уровень инсулина.
- Запрет может быть использован, чтобы узнать , лежащие в основе состояния здоровья переходов и динамику о наличии болезни [5]
Другие применения этой технологии включают спорт, военное дело или безопасность. Распространение технологии на новые области может также способствовать общению посредством беспрепятственного обмена информацией между людьми или между людьми и машинами.
Стандарты
Последним международным стандартом для BAN является стандарт IEEE 802.15.6 . [11]
Составные части
Типичный BAN или BSN требует наличия датчиков контроля жизненно важных функций , детекторов движения (через акселерометры ) для определения местонахождения наблюдаемого человека и некоторой формы связи для передачи показателей жизнедеятельности и движения практикующим врачам или лицам, обеспечивающим уход. Типичный сетевой комплект для тела состоит из датчиков, процессора , трансивера и аккумулятора . Были разработаны физиологические датчики, такие как датчики ЭКГ и SpO2 . Другие датчики, такие как датчик артериального давления, датчик ЭЭГ и КПК для интерфейса BSN, находятся в стадии разработки. [12]
Беспроводная связь в США
FCC одобрила выделение 40 МГц полосы частот для медицинских BAN маломощных широкозонных радиолиний в диапазоне 2360–2400 МГц. Это позволит перенести MBAN-связь из уже насыщенного стандартного спектра Wi-Fi на стандартный диапазон. [13]
Диапазон частот 2360–2390 МГц доступен на вторичной основе. FCC расширит существующую службу радиосвязи медицинских устройств (MedRadio) в Части 95 своих правил. Устройства MBAN, использующие эту полосу, будут работать по принципу «лицензия за правилом», что устраняет необходимость подавать заявки на получение индивидуальных лицензий на передатчик. Использование частот 2360–2390 МГц ограничено работой внутри помещений в медицинских учреждениях и подлежит регистрации и утверждению на месте координаторами для защиты основного использования авиационной телеметрии. Работа в диапазоне 2390–2400 МГц не подлежит регистрации или координации и может использоваться во всех областях, включая жилую. [14]
Вызовы
Проблемы с использованием этой технологии могут включать:
- Качество данных : данные, созданные и собранные через BAN, могут сыграть ключевую роль в процессе оказания помощи пациентам. Важно, чтобы качество этих данных соответствовало высоким стандартам, чтобы принимаемые решения основывались на самой лучшей возможной информации.
- Управление данными : поскольку BAN генерируют большие объемы данных, необходимость управления этими наборами данных и их обслуживания имеет первостепенное значение. [15]
- Проверка сенсора : широко распространенные сенсорные устройства подвержены внутренним ограничениям связи и оборудования, включая ненадежные проводные / беспроводные сетевые соединения, помехи и ограниченные резервы мощности. Это может привести к передаче конечному пользователю ошибочных наборов данных. Крайне важно, особенно в сфере здравоохранения, чтобы все показания датчиков подтверждались. Это помогает снизить количество ложных тревог и выявить возможные слабые места в конструкции оборудования и программного обеспечения.
- Согласованность данных : данные, хранящиеся на нескольких мобильных устройствах, и записи пациентов по беспроводной связи необходимо собирать и анализировать без проблем. Внутри телесных сетей жизненно важные наборы данных о пациентах могут быть фрагментированы по ряду узлов и по ряду подключенных к сети ПК или ноутбуков. Если мобильное устройство практикующего врача не содержит всей известной информации, качество ухода за пациентом может ухудшиться.
- Безопасность : потребуются значительные усилия, чтобы сделать передачу WBAN безопасной и точной. Необходимо убедиться, что «безопасные» данные пациента получаются только из выделенной системы WBAN каждого пациента и не смешиваются с данными других пациентов. Кроме того, данные, сгенерированные из WBAN, должны иметь безопасный и ограниченный доступ. Хотя безопасность является высокоприоритетной задачей в большинстве сетей, для сетей WBAN в этой области было проведено мало исследований. Поскольку WBAN ограничены в ресурсах с точки зрения мощности, памяти, скорости передачи данных и вычислительных возможностей, решения безопасности, предлагаемые для других сетей, могут быть неприменимы к WBAN. Конфиденциальность, аутентификация, целостность и свежесть данных вместе с доступностью и безопасным управлением являются требованиями безопасности в WBAN. Стандарт IEEE 802.15.6, который является последним стандартом для WBAN, пытался обеспечить безопасность в WBAN. Однако у него есть несколько проблем с безопасностью. [16]
- Функциональная совместимость : системы WBAN должны будут обеспечивать бесперебойную передачу данных по таким стандартам, как Bluetooth , ZigBee и т. Д., Чтобы способствовать обмену информацией, взаимодействию устройств Plug and Play . Кроме того, системы должны быть масштабируемыми , обеспечивать эффективную миграцию между сетями и обеспечивать бесперебойную связь.
- Системные устройства : датчики, используемые в WBAN, должны быть несложными, небольшими по форм-фактору, легкими по весу, энергоэффективными, простыми в использовании и перенастраиваемыми. Кроме того, запоминающие устройства должны облегчить удаленное хранение и просмотр данных пациента, а также доступ к внешним инструментам обработки и анализа через Интернет .
- Энергия и точность : политика активации датчиков должна быть определена таким образом, чтобы оптимизировать соотношение между потребляемой мощностью BAN и вероятностью неправильной классификации состояния здоровья пациента. Высокое энергопотребление часто приводит к более точным наблюдениям за состоянием здоровья пациента и наоборот. [17]
- Вторжение в частную жизнь : люди могут рассматривать технологию WBAN как потенциальную угрозу свободе, если приложения выходят за рамки «безопасного» использования в медицинских целях. Общественное признание будет ключом к тому, чтобы эта технология нашла более широкое применение.
- Помехи . Беспроводная связь, используемая для датчиков тела, должна уменьшать помехи и увеличивать сосуществование узловых сенсорных устройств с другими сетевыми устройствами, доступными в среде. Это особенно важно при широкомасштабном внедрении систем WBAN. [8] [18]
- Стоимость : современные потребители ожидают недорогих решений для мониторинга состояния здоровья, обеспечивающих высокую функциональность. Внедрение WBAN должно быть оптимизировано по стоимости, чтобы стать привлекательной альтернативой для потребителей, заботящихся о своем здоровье.
- Постоянный мониторинг : пользователям могут потребоваться различные уровни мониторинга, например, тем, кто подвержен риску сердечной ишемии, могут потребоваться, чтобы их WBAN функционировали постоянно, в то время как другим, подверженным риску падений, могут потребоваться только WBAN для мониторинга их во время ходьбы или движения. Уровень мониторинга влияет на количество необходимой энергии и жизненный цикл BAN до того, как источник энергии будет исчерпан. [5] [17]
- Ограниченное развертывание : сеть WBAN должна быть удобной, легкой и ненавязчивой. Он не должен изменять или затруднять повседневную деятельность пользователя. В конечном итоге технология должна быть прозрачной для пользователя, т. Е. Она должна выполнять свои задачи мониторинга, а пользователь этого не осознает.
- Постоянная производительность : производительность WBAN должна быть стабильной. Измерения датчика должны быть точными и откалиброванными, даже если WBAN выключен и снова включен. [19] Беспроводные каналы должны быть надежными и работать в различных пользовательских средах.
Смотрите также
- IEEE 802.15.6
- Сбор энергии
- EnOcean
- Безопасность на основе физиологических сигналов
Рекомендации
- ^ «IEEE 802.15 WPAN Task Group 6 Body Area Networks» .
- ^ Уллах, С .; Higgins, H .; Braem, B .; Latre, B .; Blondia, C .; Moerman, I .; Saleem, S .; Rahman, Z .; Квак, KS (2012). «Комплексное исследование беспроводных телесетей: решения на уровне PHY, MAC и сетевых уровнях». Журнал медицинских систем . 36 (3): 1065–1094. DOI : 10.1007 / s10916-010-9571-3 . hdl : 1854 / LU-3234782 . PMID 20721685 . S2CID 7988320 .
- ^ Чен, Мин; Гонсалес, Серхио; Василак, Афанасий; Цао, Хуасун; Люн, Виктор (2010). «Сети тела: обзор» (PDF) . Мобильные сети и приложения (MONET) . 16 (2): 1-23. CiteSeerX 10.1.1.329.7097 . DOI : 10.1007 / s11036-010-0260-8 . ISSN 1383-469X . S2CID 16514036 .
- ^ Мовассаги, Самане; Аболхасан, Мехран; Липман, Джастин; Смит, Дэвид; Джамалипур, Аббас (2014). «Беспроводные телесные сети: обзор» . Обзоры и учебные пособия по коммуникациям IEEE . 16 (3): 1658–1686. DOI : 10,1109 / SURV.2013.121313.00064 . S2CID 3835757 .
- ^ а б в Геллер, Т., Дэвид, Ю.Б., Хмельницкий, Э., Бен-Гал, И., Уорд, А., Миллер, Д., и Бамбос, Н. (2019, май). «Изучение вероятностей перехода состояния здоровья через беспроводные сети тела» (PDF) . В ICC 2019-2019 Международная конференция IEEE по коммуникациям (ICC), стр. 1-6. IEEE. 2019.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Послад, Стефан (2009). Интеллектуальные устройства для повсеместных вычислений, интеллектуальные среды и интеллектуальное взаимодействие . Вайли. ISBN 978-0-470-03560-3. Архивировано из оригинала на 2012-02-15 . Проверено 23 июня 2014 .
- ^ Шмидт Р., Норгалл Т., Мёрсдорф Дж., Бернхард Дж., Фон дер Грюн Т. (2002). «Body Area Network BAN - ключевой элемент инфраструктуры для медицинских приложений, ориентированных на пациента». Biomed Tech . 47 (1): 365–8. DOI : 10.1515 / bmte.2002.47.s1a.365 . PMID 12451866 . S2CID 37439434 .
- ^ а б MR Yuce (2010). «Внедрение беспроводных телесных сетей для систем здравоохранения». Датчики и исполнительные механизмы A: Физические . 162 (1): 116–129. CiteSeerX 10.1.1.476.3929 . DOI : 10.1016 / j.sna.2010.06.004 .
- ^ Фирхаут, П. а. М .; Константас, Д .; Bults, Ричард GA; Джонс, Валери М. (18 сентября 2001 г.). «Сети тела для здравоохранения» (PDF) . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ MR Yuce & JY Khan (2011). «Беспроводные телесные сети: технология, реализация и приложения» . Пэн Стэнфорд Паблишинг . Проверено 28 апреля 2017 года .
- ^ «Стандарт IEEE P802.15.6-2012 для беспроводных телесетей» .
- ^ http://vip.doc.ic.ac.uk/bsn/m621.html . Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) - ^ " ' Body Area Networks' должны освободить полосу пропускания больницы, отвязанный пациентов - Computerworld" . 2012-06-04 . Проверено 6 июня 2012 .
- ^ «Федеральная комиссия связи США выделяет спектр, обеспечивающий создание сетей медицинского назначения | FCC.gov» . Проверено 6 июня 2012 .
- ^ Проблемы практического внедрения сенсорных сетей в здравоохранении . CRC Press. 19 апреля 2016 г. ISBN 9781000755701.
- ^ Турани, Мохсен (2015). «Об уязвимостях ассоциации безопасности в стандарте IEEE 802.15.6». Финансовая криптография и безопасность данных . Конспект лекций по информатике. 8976 . С. 245–260. arXiv : 1501.02601 . DOI : 10.1007 / 978-3-662-48051-9_18 . ISBN 978-3-662-48050-2.
- ^ а б Миллер, Дэниел; Чжоу, Чжэнъюань; Бамбос, Николай; Бен-Гал, Ирад (2018). «Контроль мощности с ограничениями по ощущениям в цифровом здравоохранении». Ежегодная американская конференция по контролю 2018 г. (ACC) . С. 4213–4220. DOI : 10,23919 / ACC.2018.8431675 . ISBN 978-1-5386-5428-6. S2CID 52020398 .
- ^ Гарсия, П. (декабрь 2011 г.). «Методология развертывания сенсорных сетей». IEEE Transactions по разработке знаний и данных . 11 (4).
- ^ О'Донован, Тони; О'Донохью, Джон; Сринан, Кормак; Саммон, Дэвид; О'Рейли, Филип; О'Коннор, Киран А. (2009). "Контекстно-зависимая беспроводная телесная сеть (BAN)" (PDF) . Материалы 3-й Международной конференции ИККТ по всеобъемлющим вычислительным технологиям в здравоохранении . DOI : 10.4108 / ICST.PERVASIVEHEALTH2009.5987 . S2CID 14131365 .
дальнейшее чтение
- Уллах, Сана; Хиггинс, Генри; Брем, Барт; Латре, Бенуа; Блондиа, Крис; Моэрман, Ингрид; Салим, Шахназ; Рахман, Зиаур и Квак, Кён (2010). «Комплексное исследование беспроводных сетей тела» . Журнал медицинских систем . 36 (3): 1–30. DOI : 10.1007 / s10916-010-9571-3 . hdl : 1854 / LU-3234782 . ISSN 0148-5598 . PMID 20721685 . S2CID 7988320 .
Внешние ссылки
- Видео краткого выступления кардиолога Эрика Тополя о беспроводной медицине
- «Мобильное здравоохранение: концепции, инициативы и приложения», первая книга (на португальском языке) об использовании беспроводных технологий в здравоохранении.