光纤传感技术在医疗物联网中的应用

分类：论文范文 发表时间：2021-08-18 11:17

　　摘要：该文首先介绍物联网的概念以及医疗行业物联网，即在医疗领域中实现医疗信息的互联共享，通过物联网技术整合的智慧医疗也称物联网医疗；接着介绍了国内外智慧医疗发展现状，我国政府和各个部门的积极推动为医疗物联网的发展提供了保障；然后介绍医疗物联网的应用研究，主要介绍家庭医疗、医院医疗和研究医疗在智慧医疗中的应用；最后介绍光纤传感技术的显著特点以及在医疗物联网中的应用研究，光纤体积小、抗电磁干扰、抗腐蚀等特点在医疗智能穿戴、医疗设备以及医疗网络中起着非常重要的作用。

　　关键词：光纤传感；医疗物联网；物联网；智能穿戴；远程医疗；传感器

　　0引言

　　物联网的概念最先是由美国麻省理工学院的Ashton教授研究射频识别时提出来的。物联网即物物之间的互联网络。2008年，IBM公司基于物联网的概念提出了“智慧地球”的思想，目的是把物联网技术应用到各行各业之中，也就是把物联网传感系统中的感知设备—传感器嵌入到全球的各种系统中。物联网技术的全面感知物体和可靠传送信息实现了地质测量、矿山开采监测、地震监测、地质灾害监测、智能交通、城市管理、远程医疗等。智慧医疗就是物联网在医疗领域应用的产物。

　　1医疗物联网发展及应用

　　1.1医疗物联网的国内外发展现状

　　20世纪80年代，少数西方已经逐步成为老年型，因此对于智慧养老的研究已经进行了一段时间，最早提出“智慧养老”概念的是英国生命信托基金。在一项调查中显示，相对于外出就诊，人们更喜欢居家远程就诊，节约时间、减少不方便出行。医疗专用机器人可以和患者进行日常交谈，慰藉和缓解心情。智能可穿戴设备能保证长期在线监测生命体征参数，实时上传给家庭医生和亲属，按时提醒患者服药、行动训练等。智能化住宅的研究也有一定成果，英国赫特福德郡大学的研究学者开发的“交互屋”和日本企业开发的看护服务智慧养老系统都可以实现监控患者和老年人的日常健康以及训练康复，一旦出现异常情况便会自动发出紧急求救信息。

　　1.2医疗物联网的应用研究

　　（1）家庭医疗，即在家里提供健康状况监控的网络系统，患者可以随时和医生远程沟通，拟定长期居家治疗监控场景，同时通过大数据、自行分析和诊断轻症，实现普通症状的自行治疗和慢性患者及老年患者的长期远程监控和治疗。如智能穿戴，即以监控健康为目的，布置在穿戴上，监控血压、心率、血氧饱和度等生命体征变化参数，通过无线网络传输监控数据，使医生随时掌握患者健康情况，尤其是应用于老年人的身体健康情况的长期监测。

　　（2）医院医疗，即在医院就诊过程中，首先进行前期智能诊断，通过智能医疗器械对患者陈述的病情及先导医疗数据进行分析，再结合医院实时医生在线数据及专业特长等进行综合分析，给出患者先导治疗方案，如根据基本数据得出需要先做一些前期器械检查，那么患者可根据智能医疗分析数据去做CT等辅助治疗的器械检查，减少了医生初期诊断的拥塞问题，缓解就诊过程长、医生缺乏的现象，根据初步检查结果，大数据分析后给出基本治疗方案，或者重症患者直接安排就医治疗。

　　2光纤传感技术在医疗物联网中的应用研究

　　光纤本身不带电，抗电磁干扰，轻巧，可弯曲，抗辐射、抗腐蚀性能好，适用于空间受限制、强电磁干扰、易腐蚀等特殊环境。因此，选择光纤传感技术来解决物联网传感系统在恶劣环境中的数据采集、数据传输及检测十分重要。复用能力是光纤传感技术另一个显著的特点，可以实现在单根光纤上复用许多传感器，组成光纤传感网络。光纤传感网络采用光信号作为传感信号的载体，传播速度快，有助于提高物联网的信息提取速度[22-23]。

　　2.1利用光纤抗电磁干扰、体积小等优点实现在智能穿戴中的应用

　　将智能衬衫、腰带、腕表、呼吸运动传感器等日常用品嵌入传感器，能够搜集个人的生命体征数据，如心跳、体温、呼吸频率、血压等健康信息，存储并传送，通过处理分析后存储信息到居民电子健康档案中。也可以应用在轮椅上进行心跳监测以及人机交互，收集数据满足伤残人员的生活需要和处理危险状况。相比于传统的电子机械传感智能穿戴系统，光纤型传感器是具有体积小、有弹性，可以将光纤传感器融入织物，实现与普通衣物一样但却可以进行实时在线监测的健康穿戴设备，尤其是光纤不受电磁场干扰，患者穿戴后也可进行磁振成像，这样智能穿戴可以长期不间断地监控患者信息。

　　2.2利用光纤强大的复用能力实现在医疗设备中多点多参数的监测

　　医学治疗气体-氢气的治疗方法可以通过吸入式治疗，即通过医学面罩或者鼻导管使氢气通过呼吸环路进入人体。然而，氢气很容易泄漏以及氢气在空气中或者纯氧中含量高于4%时，容易发生爆炸事故。同时，吸入式氢气医学治疗过程中医学面罩和鼻导管空间狭小，要实现监测和控制氢气仪器中环境的浓度、氢气均匀性，以及空间中温湿度的变化等多个参数，对传感器防爆、体积小、多点、多参数的能力要求非常高。那么，利用光纤具有体积小、质量轻、可弯曲、本质安全防爆、单根光纤上可复用上万个多参数的传感器，可以在狭小空间内，或者氢气、温度、湿度等传感网络实现实时在线监控，精准治疗。加拿大FISO公司的基于光纤的医学温度、压力等传感器进行血管内血压监测、肌肉监测仓压力监测、颅内压监测/宫内压力监测、椎间盘压力/眼压等完全不受EMI和RFI影响，已经广泛应用于心血管科、肠胃科、药物学等医疗领域。

　　2.3利用光纤的光信号传输速度快，实现医疗网络中海量数据快速安全的采集、处理和传输

　　光纤网络是以光信号传输，相比于弱电信号的传输，最大的区别是传输介质不同，同时光纤抗腐蚀、本质防爆的特点可以保证光纤在传输过程中不受恶劣环境影响，安全快速地传输信息，尤其是光纤传输声音、图像等游刃有余，为远程医疗中医生在线指导就医提供了保障。还有长距离的传输需要大量的光纤网络，而传输光纤制作成本较低，大大降低了医疗物联网成本。

　　3结语

　　综上所述，将光纤传感技术中光纤的体积小、本质安全防爆、抗腐蚀、抗强磁强电干扰、传输速度快等特点，与物联网技术中网络技术、传感器技术、电子技术、软件技术等万物互联的特点融合到医疗技术中，实现了医疗物联网移动医疗服务、远程医疗服务和智慧健康医疗服务，为健康提供了坚实保证。

　　参考文献

　　[1]胡新丽.物联网框架下的智慧医疗体系架构模型构建：以武汉智慧医疗为例[J].电子政务，2013，10（12）：24-31.

　　[2]王琪.基于物联网的智慧养老系统研究[D].济南：山东建筑大学，2020.

　　[3]林乾，宁晓飞，宋振兴，等.基于物联网养老院管理系统的开发与实现[J].物联网技术，2017，7（7）：42-43.

　　[4]BHAGWANV，GROBBELAARSS.Developmentofatelemedicinesystemformonitoringintensivecarepatients[C]//Proceedingsofthe2017InternationalConferenceonInformationSystemandDataMining.NewYork：ACM，2017：139-144.

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　　白巍1，来婷2，吴劲芸1，漆颢1

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