بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت بیماری های قلبی به عنوان یکی از شایع ترین عوامل مرگ و میر در سطح جهان ارائه سیستم های هوشمند در تشخیص این نوع بیماری ها امری ضروری بنظر می رسد. از طرف دیگر، رشد روز افزون سیستم های بی سیم و اینترنت اشیا ما را برآن داشت تا سیستمی ارائه دهیم تا بتواند به کمک ابزار های تشخیصی و با ارائه یک معماری دو سطحی شبکه بی سیم داده های بدست آمده از تشخیص را با کمترین تأخیر از طریق بستر اینترنت به برنامه های کاربردی انتقال دهد.
در معماری شبکه ارائه شده، گره هایی روی بدن افراد تحت عنوان شبکه حسگر بدن قرار می گیرد و سطح اول معماری را تشکیل میدهند. در سطح دوم با بکارگیری مسیریابی اولویت بندی شده PAODV داده ها را با کمترین تأخیر به ایستگاه متصل به اینترنت منتقل میکنیم. استفاده از PAODV علاوه بر کاهش تأخیر، منجر به کاهش سربار کنترلی نیز میشود. با پیاده سازی سیستم در محیط آزمایشگاه و نیز شبیه سازی آن با نرم افزار Glomosim، داده ها با تأخیر قابل قبول و سربار کمی به بستر شبکه منتقل داده شدند.
مقدمه
از اوایل دهه 1970 با معرفی تکنولوژی پزشکی از راه دور، محققان زیادی که اکثر آنها از حوزه علم پزشکی بودند به سمت این تکنولوژی روی آوردند . - Bashshur et al, 2000 - در ابتدا مهمترین هدف این تکنولوژی بکارگیری یکپارچه و توزیع شده منابع پزشکی از جمله دانش پزشکان در تشخیص بیماری و درمان بیماران با کمترین هزینه بود. از مهمترین چالش های تشخیص بیماری، انتقال داده با کمترین تأخیر و سربار بود که همه سیستم ها سعی در بهبود آن داشتند. - Grigsby et al, 2005 -
با توجه به رشد روزافزون بیماریهای قلبی عروقی و روند رو به کاهش سن مبتلایان در سال های اخیر، بر اهمیت بکارگیری سیستم های هوشمند در تشخیص این بیماری ها روز به روز افزوده میشود. در سال 2000 حدود %56 از مرگ و میر های ناشی از بیماری های قلبی عروقی در سن زیر 75 سال رخ داده است و هم اکنون اکثر افرادی دچار بیماری های قلبی عروقی میشوند بین سن 34 تا 65 سال هستند . - Lin et al, 2010 - لذا تشخیص زودرس این بیماری ها کمک شایانی در جهت درمان سریع تر و کارآمد تری در این افراد دارد که نقش قابل توجهی در کاهش مرگ و میر و عوارض ناشی از بیماری های قلبی ایفا میکند.
برای نمونه نوار قلب حین درد یا تپش قلب، فوق العاده ارزشمند است که در اکثر مواقع چون دسترسی سریع به آن میسر نمیشود تعیین تکلیف در این بیماران با چالش و هزینه های زیادی روبرو میشودبدین. ترتیب، تکنولوژِی مقرون به صرفهای که جهت پایش نوار قلب و سایر پارامتر های حیاتی در دسترس افراد با علایم مشکوک قرار بگیرد بسیار کمک کننده است . - Panicker and Kumar, 2016 - امروزه شرکت های نرم افزاری و تولید کننده دستگاه های همراه برنامه های کاربردی زیادی ارائه کرده اند که می توانند با استفاده از امکانات تعبیه شده در سخت افزارهای موجود علائم حیاتی بدن انسان را بدست آورده و در حافظه دستگاه مورد نظر ذخیره کنند. در - Walsh et al, 2014 - مواردی از این برنامه های کاربردی آمده است.
از مهمترین چالش های برنامه های موجود علاوه بر خطاهای نرم افزاری و سخت افزاری موجود، نحوه انتقال داده ها بین بیماران، پزشکان و پرستاران و نیز کیفیت سرویس برای انتقال داده میباشد. به عنوان نمونه، در یکی از برنامه های کاربردی که برای پیمایش بلادرنگ ECG بیماران ارائه شده است. در این سیستم دستگاه هوشمندی در اختیار بیماران قرار داده میشود که بیمار با لمس آن میتواند ECG خود را به دستگاه منقل کرده و از طریق آن به گوشی هوشمند خود انتقال دهد.
در ادامه می توان با استفاده از امکاناتی نظیر پست الکترونیک داده های بدست آمده را به پزشکان و پرستاران منتقل کرد. مهمترین عیب چنین سیستمی آن است که هرچند که سیستم حس کننده داده و ایجاد ECG قوی و ایده آل طراحی شده باشد اما تأخیر ارسال داده و گاهی کیفیت سرویس داده ارسالی از دیدگاه نرخ تحویل هنوز بخوبی در چنین سیستمی دیده نشده است. - Chakraborty, Gupta et al,2013 -
رشد شبکه های حسگر بی سیم و کاربرد های آن منجر به استفاده از آنها در پزشکی از راه دور شد. بدین ترتیب نسل جدیدی از شبکه های حسگر با نام شبکه های حسگر بدن - BSN - 1 بوجود آمد . - Lai et al, 2013 - شبکه های حسگر بدن عموما نیازمند دو دسته ابزار هستند: حسگر ها و محرک ها. حسگر ها برای حس کردن و بدست آوردن داده از بدن بیماران می باشند. این داده ها می توانند به صورت داخلی یا خارجی از بدن بیماران بدست آید.
اما دسته دوم یعنی محرک ها براساس داده جمع آوری شده اقدام مورد نیاز را انجام می دهند و در پی آن دستور مناسب صادر می گردد. چالش های زیادی برای شبکه های حسگر بدن وجود دارد که مهمترین آنها از دیدگاه کاربرد پارامتر های کیفیت سرویس از جمله تاخیر انتقال داده و نرخ تحویل داده می باشد. یکی از کاربرد هایی که میتوان برای شبکه های حسگر بدن تعریف کرد جمع آوری داده ها از بیماران قلبی و انتقال آنها به کاربرد در دسترس برای پزشکان و پرستاران می باشد . - Movassaghi, Abolhasan et al -
روش پیشنهادی
در این بخش در مورد روش ارائه توضیحاتی ارائه می شود. روش پیشنهادی ما برای پیمایش برخط بیماران قلبی برای بدست آوردن پارامترهای ضربان، ST-T و دمای بدن می باشد. قبل از توضیح درمورد روش پیشنهادی، نیازمندیها و مدل شبکه توضیح داده می×شود.
نیازمندیها و مدل شبکه
در روش پیشنهادی هدف اندازهگیری ضربان، دمای بدن و تغییرات ST-T به منظور پیمایش ECG می باشد. بدین منظور برای ST-T از سه حسگر، برای ضربان از یک حسگر و برای دما از دو حسگر استفاده شده است. علاوه بر گره های حسگر، روی بدن هر فرد یک گره دروازه قرار داده می شود تا داده ها را با استفاده از دروازه های همسایه بصورت چندگامی به نقطه دسترسی که متصل به زیرساخت شبکه بیمارستانی است انتقال دهد - شکل . - 1 گره های حسگر قابلیت حس علامت مورد نظر را دارند و دارای محدوده انتقال 2 متر هستند در حالیکه گره های دروازه هیچگونه قابلیت حس علائم حیاتی را ندارند و تنها قابلیت دریافت و ارسال داده ها را دارند. محدوده انتقال گره های دروازه بین 10 تا 30 متر متغیر در نظر گرفته میشود. افراد می توانند حرکت کنند و تحرک آنها کیفیت سرویس شبکه را پایین نمیآورد.
جزئیات روش
شبکه حسگر بی سیم بدنی در مدل پیشنهادی ما از معماری دو لایه ای تشکیل شده است. در لایه اول، گره های حسگر علائم حیاتی بدن را حس کرده و به گره دروازه از طریق استاندارد IEEE 802.15.4 تحویل میدهند.
