智能健康医疗监护技术 实现个人健康量化评估

　　在10月28日召开的物联网技术与信息化应用论坛上，来自东南大学的杜永强教授发表了题为《智能健康医疗监护技术》的演讲。

　　演讲主要包括以下几个方面：一、智能网与智能健康监护的关系的认识，二、智能健康监护体系的结构，三、人体传感器的技术特点，四、传感器的关键技术在低功耗方面所做的内容。下面的杜永强教授演讲实录。

　　做物联网是不知不觉当中做物联网的工作，物联网把新一代的信息通讯技术，充分的应用在各行各业当中，实现大范围的人力物力的信息交换，使我们人们的工作生活有前所未有的便捷感受。随着我们医疗信息化水平的不断提高，物联网技术在物联网健康领域也在广泛应用，现在在病人的身份管理，移动遗嘱，移动的药物管理等很多方面已经有一些系统在运行。

东南大学杜永强教授发表演讲

　　随着亚健康、慢病监护、远程诊疗和急救需求越来越迫切，这些方面也正是我所需要感兴趣的内容，我们的目标是使智能健康领域，与我们当今最先进的一些通讯产业技术相结合，实现对个人健康进行量化的一些评估诊断和监控以及做一些巩固治疗和健康咨询，最终希望能够实现对个人健康无处不在的健康关怀。我们把这样的系统定位在移动完成健康监控，既可以用个人的，也可以用于家庭社区以及集团的用户，不限于哪一种应用，我们分析现在应用的场景蛮多的，比如说中老年人还有亚健康的人群，运动员，户外运动者等，集团客户有养老院，医院，干休所等。

　　智能健康监护体系架构，考虑三个层次，1、感知层，在这个里面需要用到一系列的人体身体传感器，这些传感器能够测量我用户生理参数，比如说对心脏疾病患者非常有用的心脏参数，以及对高血压患者非常有用的血压参数，这些传感器有一个共同的特点，需要可移动，便携，低功耗，这是我们现有医院诊疗设备有很大区别的。由于低功耗的限制，我们感知到的数据不是进入现有的公共网络，而是这里面有一个无线网关节点。如果每个人的信息都进入公共网络那这个传感器的带来的功耗就很大，所以进入终级节点，这样的数据进入我们的网络平台，包括无线接入网，核心网，以及营运的支撑平台，以及负责远程的管理，安全认证以及营运涉及的计费，以及用户管理都在这一层。营运支撑平台实现对传感器无线网络节点的维护，最后就是应用层，主要有健康业务平台，专家性以及健康信息中心这几点，健康业务平台可以与传感器进行交互，并支持和外部各个系统的连接，比如医院现有的健康业务管理平台和专家系统，健康信息中心连接，以及对于远程业务管理进行救助管理。专家系统对人体采集的数据进行分析，将这些结果分发到医疗服务机构由医护人员根据数据给出诊断性的健康、保健，提醒就医的建议。健康信息中心就是我们把感知到的数据存储下来，维护这些数据的安全性，以及对这些数据挖掘，支撑以后可能开展的知识性的应用。这样一个体系结构，这样一个系统，最大的商用障碍在传感器，其他的部分还是比较好建设的，也有一些现成的技术，我们的研究重点放在传感器和无线网关。

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　　我们传感器跟医院本身诊疗仪器不一样，我们到医院看病检查，往往被迫自愿接受仪器检查没有选择，我们作为健康监护系统的传感器，通常在疾病发生的期间佩戴，连续实施检测，这样传感器的特点，跟医疗设备还是有很大差异的。要求它的佩戴有隐蔽性并且美观而且要有舒适度非常重要。这个最后影响到客户最后的可接受度，这个是我们现有传感器需要重点考虑的问题。我们考虑的是传感器应该具有移动性，这种健康传感器就是在我们日常生活当中，比如就在这个会场上他有需求就佩戴这个传感器，不影响我们日常的生活。传感器也要无线应用。便携性体积和重量也很关键，我们很难想象带一个笨重的传感器四处活动。低功耗也是按照传感器考虑的非常重要的因素，有线容量供给怎么提供传感器能量的时间，同时低功耗也是保证我们前面谈到的舒适性，移动性，便携性的技术保障，提高能量效率是至关重要的方面。最后要求做到低成本，这样传感器不能非常昂贵，这样对它的应用非常有限，要做到量很大，能够低成本能够进入千家万户，就像我们现在手机这样要人人能用得起，能够享受到智能健康监护带来的便捷，我们分析到这些特性以后，我们去具体讨论一下低功耗的问题。

　　我们通常人体健康传感器有这么几个部分来组成，一个是维持我们传感器正常运行的电池，无线便携只能用电池供电，还有识取我们人体身上信号模拟的前端，还有我们要实现无线的收发器，我们低功耗目的在有限电能下尽可能延长传感器工作时间。要维持这样的健康传感器至少维持24小时，这样使它晚上24小时回家能充电更换电池。

　　人体五大生理参数的电特性。首先心电信号，能量主要在100Hz以内，采集200Hz，信息量16位数是3200bps，血压主要采集脉搏波，小于20Hz，采样率50Hz，ADC位数16，数据率900bps。血氧饱和度脉搏小于4Hz，采样率20Hz，ADC位16，数据率320bps等。用间接传输方式理论占功率1.3%。

　　对这些信号我们要考虑一个方案采用集成模拟前端，这样的模拟前端再一个比较低的电压范围内并且功耗是2个毫安，无线的收发器具有的功耗特性可以2伏到3.6毫安，接收3伏到24.9毫安。TX在3.0伏到34.1毫安。CPU3.0伏到2.5毫安，这样构成的传感器它综合的功耗AFE是2.1mA@3.0V，CPU考虑休眠、唤醒及20%的无线传输的协议开销，传输占空系数按1.6%计，TX/ RX平均电流3.41×1.6%= 0.54毫安。

　　电池供电的特性我们分析一下在充满电的时候初使电压达到了4.2V普通，电池。随着逐步放电越来越低，通常到容量截止为止，通常3.5到3.6，初使放电段高的电压4.2到3.9，占到30%，电池供电电压平均在3.75V，不同供电电压对我们工作效率不一样，我们优化供电效率可以提高我们电池供电时间。

　　增加DC- DC，使DC- DC本身效率达到92%，平均放电电压按照3.75V，这个时候供电电压前端降到2.7V，这个时候我们电池的电流降低了从2.1毫安降到1.64毫安，Transceiver收发器供电电压降低到2.0V，取自己电池的电流由3.04毫安降低到1.76毫安。总电流3.4毫安。这个是我们初步的一些研究结果，这是一个佩戴在耳机上的传感器，可以测量血氧饱和度，心率，呼吸率以及跌倒的状况。另外一个佩戴在眼镜恩上传感器检测参数跟前面类似。还有检测新电检测传感器，可以检测心电，心率和呼吸率，这就是我为大家汇报的情况，谢谢大家！