课程讲义-人体传感器网络

人体传感器网络 ［关键词］ 人体传感器网络可穿戴式医疗设备物联网 【内容简介】 人体传感网络在物联网背景下应运而生，成为医疗物联网及泛在 网的“末梢”，助力解决健康与信息化，是一个极富挑战性并具有广 泛应用的研究领域。本课程介绍了人体传感器网络的发展进程、人体 传感器网络的代表性科研项目、人体传感器网络的技术突破与学术成 果以及人体传感器网络的实际应用。 【大纲】 一、人体传感器网络的发展进程 二、代表性的科研项目 三、技术突破与学术成果 四、人体传感器网络的实际应用 五、小结 第一节人体传感器网络的发展进程 各位学员，大家好我是来自中国科学院深圳先进技术研究院的 王磊，那么这次我想给大家汇报介绍一下人体传感器网络，围绕着穿 戴式一些穿戴式设备，穿戴式医疗健康这个领域的一些工作，谢谢大 家。那么整个的课件分如下的五个部分，首先我们简单的回顾一下人 体传感器网络，英文叫bodysen networks BSN这个领域的一个历史 的一个发展进程。另外介绍一下比较有代表性的一些科研项目。之后 是我们围绕着这样的一个研究领域，在一些学术突破方面的几个具体 技术点的一些技术突破和一些学术论文的发表。那么第四部分是将人 体传感器网络与实际的应用结合，在转移转化技术转移转化方面的一 些工作。最后做一个小结，一共有这样的五个部分。 首先我们来先介绍一下人体传感器网络它的一个发展的这样一个 简单的发展史。那么这个领域实际上从3。多年之前，也就是从上个世 纪9。年代，实际上就已经开始有这样一个提出了，我们可以看一下课 件里面这页PPT里边的图片。那么这一位教授斯蒂芬曼他被誉为是可 穿戴计算支付。他在3。多年之前做的事情就是在自己的身上，以这样 的一个半永久的方式，将这样一套穿戴式的，有点像是谷歌眼镜的雏 形固定在自己身上。 他到现在每次经过去机场，还要花呢一个小时走的时间进行安 检。那么我们把它作为一个领域的一个先驱人物，更多的是赞赏或者 说用他的这种献身科学的这样的一个实际的做法来鼓励大家。那么在 它同期包括斯达纳教授，也包括咱们国家哈工大的一些老师，其实也 开始了这方面的早期工作。那个时候我们所谓的人体传感器网络还不 能称之为是一个传感网络，而更多的就是将一个计算机或者工控机把 他背到身上。从这几张图片，那么各位学员也能看到当时的一些技术 情况。那么这一页PPT我们实际上介绍的工作已经接近到世纪之交， 上个世纪末期到世纪的初期，我们看到在那个时候，以包括连勇教授 在内的一批科学家，看到这样背一个比较大的工控机，肯定不能称之 为是一个可穿戴，或者是更好的可穿戴，而需要将一些新型的电子技 术与这样的一些人体应用结合起来，怎么样做一些小型化低功耗的真 正适合穿戴的一些模块和平台。我们说其实电子设备离不开平台，有 一个基本的电子平台，就可以在它上面做很读者观的产品和模块。 那么我们看到这里包括穿戴式电子的概念被提出来了，也包括一 些以cm为代表的一些平台也逐渐的开发出来了。那么下图大家可以 看到的是，我们围绕着这样的一些那个时候的技术突破所形成的一些 模块和平台，那么到现在这些人体传感器网络的平台也仍旧在使用和 优化之中。那么再往进就会有一些从事生理学病理学或者临床的医学 科研人员关注了这个领域，大概是在15年前20年前这一段。那么首 先将这种穿戴式的模块引入到医学科技创新的是选择了电生理这样的 一类参数。 这中间主要有两个原因。首先作为这种电生理参数，它相对容易 被捕捉和被采集，因此是一个很好的我们说是一个入门的这样的一个 试金石，或者是一个参数的选择。另外一方面，这一类电生理以锌电 积电为代表的这些生理信号，也确实有很重要的生理和病理意义。所 以这两者的结合促进，这是我们提到我们工程技术人员怎么样跟医学 科研人员共同实行医工结合，在人体传感器网络这个领域就体现了一 个比较好的这样一个表现。那么这一张PPT更多的是介绍了一下这样 的结合，对于将心电图如何更好的在心律失常、心率变异等等这些领 域的分析，它是怎么样提供一个有力的促进的而这样的促进还决出 了一定的成果，我们看得出来包括一些像斯克雷森等等一些国际的顶 级的这样的期刊，实际上陆续的在那段时间有将比较大规模的这种穿 戴式设备采集所得到的一些发现。而实实在在来说，这些小型化的电 生理穿戴设备也切实对于健康监控起到了一定的作用。我们看到这一 页PPT里提到的对于st T段的长期监测，对于猝死或者恶性心律失常 等等，实际上这些现在有些已经形成了专家共识，也已经是在我们临 床的实际当中了体现了穿戴式设备人体传感器网络在早期的时候，对 这个领域对医学科技这个领域的一个推进和促进作用。 当然这些是不够的。随着在往技术的推演出现了，包括以微型惯 性传感器为代表的这一些小型化的模块，那么在这个时候我们身上就 可以不只是带一个两个单独的传感器节点了，我们叫森森note,而实 际上可以带好几个森森knows来形成一个body森森network人体 传感器网络。那么这位教授杨广忠教授，他也是英国皇家科学院的院 士，是在这方面的先驱的一个科科研人员。那么我们可以看得出来， 当时我们提出的概念叫一切皆可穿。 大家看这张图，那么这里面从头到脚实际上是都可以穿戴起来 的，所真正的形成了一个人体传感器网络。那么也相应的有很多的一 些应用，包括大健康医疗诊断哪一些应用，由此有应运而生了。 我们再看一下这一页，那么当身上背好几个这样的一个森森note 的时候，能做什么事情呢那么这种穿戴式的生物力学分析就体现出 了优势了。我们知道传统的生物力学分析需要在一个固定的一个实验 室，用摄像头做进行一些精准的运动的捕捉，这个当然很有帮助，但 是它会对于日常的监控，隐私的保护带来一比较大的问题。而这种穿 戴式的方法可以随时随地的测量。那么更为有益的是由于刚才提到的 一切皆可穿，所以我们从头到脚都可以进行监控，而运动恰恰是一个 从大脑发出指令，到神经传输到肌肉的XN甚至到了环境的瑞XN的 这样的一个全过程。因此穿戴式的这样一些深色节点，也正好和这种 生物力学分析不资不太跌倒等等有了很好的结合。这也进一步的在刚 才提到的电生理之后，进一步的提升了我们人体传感器网络在医学健 康方向的一个应用。实际上后面我们会汇报到这方面的研究，实际上 有很多的比较好的成果出现了，也实际上已经开始不的造福我们真正 的一些患者和包括一些亚健康老龄化的一些人群。 那么可以看得出来，这一页我们形成了一个小的做学术，都有一 个这样的一个学术团体，我们也是叫body is lie to worko从2004 年我们有的一届的小的学术组织，从那时候我也本人也参与进去了。 到今年2019年5月份，我们要开第16届的年会，这十多年来我们一 些仁人志士，我们这些同事们从世界范围内有比较大的这么一些课题 组，我们一直在从事这方面的工作，每年定期交流。那么也有一些企 业，实际上是越来越多的企业也参与起来，把我们的技术进行转移转 化，这中间包括像苹果等等这样的一些大的公司。 那么说到这里，可能各位学员也会提问说，你提到了很多这种监 控，那么到底有没有具体的一些临床级的应用因为我们知道作为一