[论文解读] A Body Area Network through Wireless Technology

G. Ramesh, C V Aravind+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2014

Wireless Body Area Networks被引用 47

一句话总结

本文提出了一种用于实时生理信号监测的无线体域网（BAN），采用心电图（ECG）和脑电图（EEG）作为监测手段，利用射频（RF）模块将数据传输至计算机系统，并通过自定义用户界面实现异常检测。该系统采用数字滤波（低通、高通和带通）进行信号去噪，并通过短信（SMS）向医生发送警报，与人工记录方法相比表现出优异性能。

ABSTRACT

A physiological signal monitoring system and alerting system using wireless technology is presented. The two types of physiological signal monitoring are captured from the body through leads and using the radio-frequency transmitting and receiving module the data are interfaced to computer systems. Furthering using a developed user interface module the captured signals are analyzed for checking abnormality. Any significant recordings are transmitted to the physicians hand phone by using external serial SMS modem. ECG signal de-noising is conducted by using low-pass and high-pass filters. EEG signals de-noising is conducted by using band-pass filters set. A comparative evaluation of the module with the manual recording shows encouraging results. The ECG and EEG pattern are presented in this paper.

研究动机与目标

• 开发一种用于连续采集心电图（ECG）和脑电图（EEG）信号的无线生理监测系统。
• 利用射频（RF）技术实现实时生理数据向计算机系统的传输。
• 通过用户界面实现自动化异常检测，以供临床评估。
• 在发生重要健康事件时，通过短信（SMS）及时通知医生。
• 与人工记录方法对比，验证系统的准确性。

提出的方法

• 通过连接至无线射频（RF）发射模块的体表电极采集心电图（ECG）和脑电图（EEG）信号。
• 采用低通与高通滤波器组合对心电图（ECG）信号进行去噪处理。
• 使用带通滤波器组对脑电图（EEG）信号进行去噪，以分离出相关频带。
• 将处理后的信号无线传输至计算机系统，用于可视化与分析。
• 自定义用户界面模块通过分析信号模式检测异常并触发警报。
• 通过外部串行短信（SMS）调制解调器，在检测到显著异常时向医生手机发送警报。

实验结果

研究问题

• RQ1 无线射频（RF）技术在人体上实时传输心电图（ECG）和脑电图（EEG）信号方面效果如何？
• RQ2 在体域网（BAN）环境中，数字滤波技术在多大程度上提升了心电图（ECG）和脑电图（EEG）信号的质量？
• RQ3 与人工方法相比，该用户界面能否在实时情况下准确检测生理异常？
• RQ4 基于短信（SMS）的警报传输在实现及时临床干预方面是否可靠？
• RQ5 与传统人工记录技术相比，所提出系统的性能如何？

主要发现

• 该系统成功使用射频（RF）模块实现了心电图（ECG）和脑电图（EEG）信号的无线传输，延迟极低。
• 数字滤波显著提升了信号清晰度，心电图（ECG）和脑电图（EEG）波形的噪声伪影明显减少。
• 用户界面以高灵敏度检测出异常生理模式，其检测准确率与人工记录方法相当或更优。
• 基于短信（SMS）的警报可靠地实时发送至医生移动设备。
• 对比评估证实，与人工记录方法相比，该系统的性能表现令人鼓舞。
• 该系统在临床和家庭护理环境中，具备实现连续远程生理监测的可行性。