Informa(ka*v*telemedicíně** FBMI*ČVUT* Případové*studie*přenosu*informací*a*bezdratová*komunikace*WBAN*
Kolek(v*autorů:*Jiří*Brada,*Vladimír*Hrachovina,*Marie*Tichá,* Petr*Krajíček,*Vít*Janovský,*Radek*Fiala,*Lukáš*Kučera* * Číslo*projektu:*CZ.1.07/2.2.00/28.0322* Tento*projekt*je*realizován*za*podpory*MŠMT*ČR*a*ESF*ČR*v*rámci* Operačního*programu*vzdělávání*pro*konkurenceschopnost.*
(W)BAN sítě: příklady praktických řešení
●
ProeTEX: –
projekt EU zaměřený na vývoj osobního bezpečnostního monitorovacího systému pro hasiče,
–
výstroj z pokročilých materiálů s integrovanými senzory (např. vetkané EKG elektrody, ...),
–
prototyp: ● ●
spodní prádlo: EKG, dechová frekvence, teplota, svrchní oděv: akcelerometry, GPS, teplota, radio (Bluetooth), akumulátor, alarmy (akustický, optický),
●
boty: snímač CO2
●
drátové propojení senzorů.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
(W)BAN sítě: příklady praktických řešení
Převzato z http://www.proetex.org/first_prototypes.htm
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
(W)BAN sítě: příklady praktických řešení
Převzato z http://www.proetex.org
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
(W)BAN sítě: příklady praktických řešení ●
Zephyr BioHarness: –
komerčně dostupný produkt,
–
cíleno na sportovce, záchranáře, vojáky,
–
snímá: tepová + dechová frekvence, orientace těla, aktivita, GPS data.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
(W)BAN sítě: příklady praktických řešení
Převzato z http://www.zephyr-technology.com/
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
(W)BAN sítě: příklady praktických řešení
Převzato z http://www.fact-canada.com/BioHarness/Zephyr-Bioharness.html
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
(W)BAN sítě: příklady praktických řešení
●
SoldierInspect: –
Projekt Spol. pracoviště ČVUT FBMI a 1. LF UK pro AČR,
–
monitorování HRV, aktivity, teploty vojáků při výcviku a zásahu,
–
drátová senzorová síť, bezdrátový přenos dat do vyhodnocovacího stanoviště.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
●
(W)BAN sitě: příklady praktických řešení
(W)BAN sítě: příklady praktických řešení
●
FlexiGuard: –
Projekt Spol. pracoviště ČVUT FBMI a 1. LF UK pro MV ČR (IZS),
–
monitorování skupiny různých fyziologických a environmentálních parametrů při výcviku a zásahu jednotek IZS (hasiči, záchranáři, ...),
–
bezdrátová senzorová síť, bezdrátový přenos dat do vyhodnocovacího stanoviště, holterovský záznam,
–
aktivní projekt.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
(W)BAN sítě: příklady praktických řešení
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
(W)BAN sítě: příklady praktických řešení
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Využití 'BAN' sítí pro přenos biotelemetrických informací
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
●
Biologické informace: –
signály–parametry,
–
senzory,
–
principy snímání.
●
BAN sítě,
●
současná řešení,
●
referenční aplikace: protokol ANT. Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Přehled parametrů snímaných v rozličných odvětvích biomedicínského inženýrství
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Parametry typicky snímané v BMI ●
Fyziologické:
●
●
●
Environmentální:
●
●
Přímo souvisí se subjektem, měřený subjekt je ovlivňuje. Souvisí především s okolím subjektu, měřený subjekt je jimi ovlivňován.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Parametry typicky snímané v BMI ●
Fyziologické:
●
biosignály: EKG, EMG, EEG, EOG, ...,
●
GSR (kožní odpor),
●
bioimpedance,
●
poloha, aktivita, ...,
●
teplota,
●
koncentrace krevních či dýchacích plynů, ...
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Parametry typicky snímané v BMI ●
Environmentální veličiny:
●
Teplota,
●
vlhkost,
●
znečištění atmosféry,
●
intenzita osvětlení,
●
intenzita hluku,
●
...
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Parametry typicky snímané v BMI ●
Odvozené – např.:
●
EKG → HR (tepová frekvence),
●
dechová frekvence,
●
energetický výdej,
●
psychosomatický stav obecně (stres, únava, ...)
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Přehled vlastností snímaných parametrů
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Charakteristiky snímaných parametrů ●
EKG: –
bioelektrický potenciál vznikající díky činnosti srdečního svalu.
●
Amplituda: –
●
Frekvenční rozsah: –
●
řádově milivolty. std.: 0,67-200 Hz.
Metoda snímání: –
povrchové elektrody,
–
biosignálový zesilovač.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Zdroj obrázku: http://www.intmath.com/blog/math-of-ecgs-fourier-series/4281
Zdroj obrázku: http://www.nikomedusa.com/stress_lab.cfm
Upraveno z http://www.nikomedusa.com/stress_lab.cfm
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Charakteristiky snímaných parametrů ●
EMG: –
●
bioelektrický potenciál vznikající činností svalů obecně. ●
Amplituda: –
záleží na svalu,
–
řádově desítky µV až mV.
Frekvenční rozsah: –
●
jednotky Hz až kHz.
Metoda snímání: –
povrchové nebo jehlové elektrody,
–
biosignálový zesilovač.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Obrázek převzat z http://www.ruhr-uni-bochum.de/sprachkog/lab.html.en
Obrázek převzat z INNOVATIVE METHODOLOGY: Carlo J. De Luca, Alexander Adam, Robert Wotiz, L. Donald Gilmore, S. Hamid Nawab Decomposition of Surface EMG Signals J Neurophysiol September 2006 96:(3) 1646-1657; doi:10.1152/jn.00009.2006
Obrázek převzat z Hand Sign Classification Employing Myoelectric Signals of Forearm, Takeshi Tsujimura, DOI: 10.5772/51080
Obrázek převzat z http://kingmedical.com/neurology-diagnostics/emg-ncv-supplies/i njectable-needle-electrodes/ambu-neuroline-inoject-hypodermicemg-needle.html
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Charakteristiky snímaných parametrů ●
EEG: –
bioelektrický potenciál vznikající činností mozku.
●
Amplituda: –
●
Frekvenční rozsah: –
●
povrchové: řádově desítky µV. typ. 0,5-30 Hz.
Metoda snímání: –
povrchové (většinou) nebo jehlové elektrody,
–
biosignálový zesilovač.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Obrázek převzat z http://www.gtec.at/News-Events/Press
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Převzato z Goldberger AL, Amaral LAN, Glass L, Hausdorff JM, Ivanov PCh, Mark RG, Mietus JE, Moody GB, Peng C-K, Stanley HE. PhysioBank, PhysioToolkit, and PhysioNet: Components of a New Research Resource for Complex Physiologic Signals. Circulation 101(23):e215-e220 [Circulation Electronic Pages; http://circ.ahajournals.org/cgi/content/full/101/23/e215]; 2000 (June 13).
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Charakteristiky snímaných parametrů ●
EOG: –
bioelektrický potenciál měnící se v závislosti na poloze oka.
●
Amplituda: –
●
Frekvenční rozsah: –
●
řádově milivolty. DC-100 Hz.
Metoda snímání: –
povrchové elektrody,
–
biosignálový zesilovač.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Obrázek převzat z http://www.soundandvision.com/content/analog-devices-electrooculogram
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Charakteristiky snímaných parametrů ●
GSR: –
kožní odpor/vodivost,
–
a.k.a. EDA (electrodermal activity).
●
Amplituda: –
●
pro elektrody na dlani řádově 100 kΩ (desítky µS), vysoce individuální.
Frekvenční rozsah: signál se mění pomalu Metoda v řádu snímání: jednotek sekund. – povrchové elektrody, –
●
–
zdroj proudu + zesilovač.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Obrázek převzat z http://www.kvnonews.com/2011/04/nebraska-to-track-sex-offenders-with-polygraphs/
Obrázek převzat z http://www.angelfire.com/ar3/3204_physics/page4.html
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Charakteristiky snímaných parametrů ●
Bioempedance: –
●
impedance měřená přes různé části těla, ●
●
impedanční tomografie hrudníku → monitoring ventilace; měření tělesné skladby (tuk), ...
●
Výsledek měření: poměr impedancí (absolutní zěmření hodnota závisí na konstrukci přístroje). Metoda snímání: –
povrchové elektrody,
–
zdroj střídavého proudu + zesilovač.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Převzato z http://sportssupply.com/Omron-HBF-306C-Body-Fat-Analyzer.html
Upraveno z http://www.item.hs-furtwangen.de/HFU/monitoring-ventilation-distribution
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Charakteristiky snímaných parametrů ●
Poloha: –
–
●
aktivita určitých částí těla, např. ●
krokoměr,
●
snímač celkové aktivity,
monitoring různých pohybů (např. rehabilitace), ...
●
Spektrum a amplituda signálu závisí na druhu snímaných pohybů a metodice.
Metoda snímání: –
Akcelerometry, gyroskopy (MEMS),
–
kamera + markery.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Providing Real-Time Biofeedback for Amputee Gait Retraining Using LabVIEW. Graham Webb, University of Surrey, upraveno z http://sine.ni.com/cs/app/doc/p/id/cs
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Charakteristiky snímaných parametrů ●
Krevní/dýchací plyny: –
saturace krve kyslíkem,
–
analýza vydechovaného mixu plynů.
●
●
Amplitudy, frekvence změn: viz konkrétní plyn/měřená kvantita.
Metoda snímání: –
SpO2: většinou opticky – pulzní oxymetrie,
–
O2, CO2, laktát, ... – laboratorní analyzátory.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Upraveno z CareFusion: Oxycon Mobile Brochure http://www.carefusion.com/pdf/Respiratory/CPET_-_Metablic_Carts/Oxycon_Mobile_Brochure.pdf
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Charakteristiky snímaných parametrů ●
Teplota: –
–
●
těla: ●
povrchová,
●
teplota jádra.
okolí.
Amplituda: –
tělo:36,5 °C ± 5 °C (extrémy).
–
okolí: podle klimatu :) .
●
Frekvence:
●
tělo: pomalé změny (τ ~ desítkysnímání: s), Metoda –
– –
okolí – závislé na termistor/termočlánek/ prostředí. integrovaný obvod,
–
IR teploměry, mechanické teploměry,
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Wikimedia Commons / Public Domain
Wikimedia Commons / Public Domain
1,6 x 1x2 mm Obrázek převzat z: http://www.windpowerengineering.com/policy/environmental/mouser-e-now-stocks-tiny-ti-temperature-sensor/
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Charakteristiky snímaných parametrů ●
Vlhkost: –
téměř vždy relativní vlhkost.
●
Amplituda: –
●
Frekvence: –
●
0-100 % (z definice). závislé na prostředí.
Metoda snímání: –
integrované CMOS snímače,
–
kapacitní snímače.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Zdroj obrázku: http://www.temperatur-shop.de/index.php?cat=KAT254&lang=ENG&product=HYT939
Zdroj obrázku: http://www.temperatur-shop.de/index.php?cat=KAT360&lang=ENG&product=EFS10
Zdroj obrázku: http://www.apc-hero.co.uk/news/11/69/Radiation-and-C02-Sensors-from-APC
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: návrh verifikačního modelu WBAN sítě pro projekt FlexiGuard
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
Návrh verifikačního modelu WBAN sítě pro projekt FlexiGuard:
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard ●
Požadavky na „chytrý“ (smart) senzor: –
modulární koncepce (flexibilita v ohledu měřené veličiny),
–
nízká spotřeba,
–
malá velikost,
–
standardizované řešení radiového rozhraní.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard ●
Po něklika iteracích zvoleny následující technologie: –
Mikrokontrolér ARM Cortex-M0,
–
radiové rozhraní ANT,
–
napájení 3V lithiovou baterií („knoflíková“),
–
systémový konektor s vyvedenými ADC, I2C, USART, GPIO.
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard ●
Vlastnosti MCU (LPC1114): –
Jádro Cortex-M0,
–
různé konfigurace flash a RAM,
–
rozličné zabudované periferie: USART, I2C, čítače/časovače, ...
–
různé módy úspory energie,
–
... viz nxp.com
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard ●
Vlastnosti ANT: –
přenos v pásmu 2,4 GHz,
–
nízký příkon, krátký dosah,
–
přenos dat v časovém multiplexu, periodicky,
–
pevná délka datového paketu,
–
možnost „burst“ přenosu,
–
ANT+: standardizované profily určitých typů zařízení (HRM, krokoměr, ...)
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard první verze systému
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard systém v1 – firmware
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard ●
●
Realizované senzory: –
teplota,
–
vlhkost,
–
aktivita,
–
návrh univerzálního modulu pro snímání koncentrace plynů.
Pro měření tepové frekvence a HRV analýzu s výhodou využit komerční hrudní pás pracující na stejném protokolu. Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard systém v1 – teplotní senzor
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard systém v1 – senzor vlhkosti
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard systém v1 – senzor aktivity
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard systém v1 – hrudní pás
Obrázek převzat z wiggle.co.uk
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard systém v1 – test kompatibility
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard systém v1 – test kompatibility
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard systém v1 – teplotní zkoušky
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.
PŘÍPADOVÁ STUDIE: WBAN síť pro projekt FlexiGuard druhá – prototypová verze
Tento projekt je realizován za podpory MŠMT ČR a ESF ČR v rámci Operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost.