基於物聯網的昏迷病人監測系統

Belangrijkste concepten

本文提出了一種低成本、基於物聯網的昏迷病人監測系統，專為資源有限的環境設計，利用價格合理的硬體和軟體，即使在沒有持續網路連線或專業醫護人員的情況下也能監測病人。

Samenvatting

研究目標：

本研究旨在開發一種低成本、基於物聯網的昏迷病人監測系統，以解決發展中國家和資源有限地區面臨的持續監測挑戰。

方法：

該系統採用經濟實惠的感測器來追蹤心跳、體溫、血壓、眼球運動和身體姿勢等生命徵象。數據由節能微控制器在本地處理，並在網路連線可用時與中央伺服器同步。本地託管的應用程式提供對病人數據的現場存取，而 GSM 模組即使在行動網路覆蓋範圍有限的地區也能發送緊急事件的即時警報。

主要發現：

該系統在模擬環境中成功測試，展現出可靠的數據傳輸、快速的警報系統效能和良好的網路應用程式效能。模擬數據傳輸的成功率超過 98%，模擬的 SMS 警報傳遞時間約為 4.2 秒，LED 指示燈的反應時間為 0.5 秒。該系統的設計強調易於部署、維護最少，以及在電力和網路中斷時具有彈性。

主要結論：

該系統提供了一種永續、具成本效益的解決方案，可用於持續監測病人，在更先進的醫療保健基礎設施到位之前彌合差距。其模組化設計允許輕鬆擴展和定制，以滿足特定的當地需求和資源可用性。

重點：

該系統為資源有限的環境提供了一種實用的解決方案，透過提供持續、自動化的監測來增強傳統的昏迷病人監測方法，從而減輕醫護人員的工作量，並透過即時警報縮短反應時間。

局限性和未來研究：

未來的研究方向包括在真實臨床環境中驗證系統，並探索將基於人工智慧的分析納入預測警報和異常檢測的可能性。

Statistieken

模擬數據傳輸成功率：98%
模擬 SMS 警報傳遞時間：約 4.2 秒
LED 指示燈反應時間：0.5 秒
網頁應用程式平均頁面載入時間：1.2 秒
網頁應用程式支援的並發使用者數量：最多 100 個
數據更新頻率：5 秒
系統成本：每個病人低於 30 美元

Citaten

"在發展中國家，醫療保健系統面臨嚴重的資源限制，這種挑戰更加嚴峻，可能會影響病人的治療結果，並給醫療保健系統帶來難以承受的負擔。"
"物聯網的出現為透過持續、自動化的監測系統改善病人護理提供了新的可能性。"
"儘管取得了這些進展，但在開發專為資源有限環境中的昏迷病人量身定制的全面、具成本效益的基於物聯網的監測系統方面，仍然存在顯著的差距。"

Belangrijkste Inzichten Gedestilleerd Uit

IoT-Based Coma Patient Monitoring System

by Hailemicael ... om arxiv.org 11-21-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.13345.pdf

Diepere vragen

除了監測生命徵象外，物聯網技術還可以在哪些方面用於改善昏迷病人的護理？

除了監測生命徵象（如心跳、血壓、體溫等），物聯網技術還可以在以下幾個方面用於改善昏迷病人的護理：

智能床墊和病人定位:

壓力監測和舒緩: 智能床墊可以嵌入感應器，監測病人身體各部位的壓力分佈，並根據需要自動調整床墊形狀，預防褥瘡的發生。
病人移動偵測: 感應器可以偵測病人的細微移動，例如翻身或抽搐，並將這些信息傳遞給醫護人員，以便他們及時評估病人的情況。

環境控制:

光線和噪音調節: 物聯網設備可以根據預設的時間表或病人的生理指標，自動調節病房的燈光和噪音水平，創造一個更有利於病人休息和康復的環境。

藥物管理:

智能藥物分配器: 可以與醫院的藥物管理系統連接，自動按照醫囑配發藥物，並監測藥物的使用情況，減少用藥錯誤的風險。

溝通和互動:

腦機接口: 對於一些意識尚未完全恢復的病人，可以嘗試使用腦機接口技術，讓他們通過腦電波與外界進行簡單的溝通。

數據分析和預測:

預測模型: 通過收集和分析病人的生理數據、環境數據和治療數據，可以建立預測模型，預測病人出現併發症或病情惡化的風險，以便提前採取預防措施。

總之，物聯網技術為改善昏迷病人的護理提供了廣闊的應用前景，可以幫助醫護人員更有效地監測病人的病情，提供更精準的治療，並提高病人的生活質量。

在沒有持續網路連線的情況下，如何確保系統的長期數據儲存和分析能力？

在沒有持續網路連線的情況下，可以通過以下方法確保系統的長期數據儲存和分析能力：

本地數據儲存:

SD卡或其他大容量儲存設備: 系統可以將收集到的數據先儲存在本地SD卡或其他大容量儲存設備中，等待網路連線恢復後再上傳至雲端。
數據壓縮: 採用數據壓縮技術可以減少數據儲存空間的需求，延長數據儲存時間。

邊緣計算:

本地數據處理: 系統可以在本地進行數據預處理和分析，提取關鍵信息，減少數據傳輸量，並降低對網路連線的依賴。
機器學習模型部署: 可以將訓練好的機器學習模型部署到邊緣設備上，在本地進行預測和分析，無需將原始數據上傳至雲端。

間歇性數據同步:

定時同步: 系統可以設定定時同步機制，在網路連線恢復時，將本地儲存的數據上傳至雲端，並更新本地數據庫。
事件觸發同步: 當系統偵測到特定事件，例如病人出現異常情況或數據儲存空間不足時，可以主動嘗試連接網路並同步數據。

離線數據分析:

離線分析工具: 可以開發離線數據分析工具，讓醫護人員在沒有網路連線的情況下，也能夠查看和分析病人的歷史數據。

通過以上方法的結合，可以構建一個即使在沒有持續網路連線的情況下，也能夠可靠地儲存和分析數據的系統，確保昏迷病人的監護工作不會因為網路問題而中斷。

我們如何將基於人工智慧的演算法整合到系統中，以提供更先進的分析，例如預測警報和異常檢測？

將基於人工智慧的演算法整合到系統中，可以顯著提升系統的分析能力，提供更精準的預測警報和異常檢測。以下是一些具體的整合方法：

數據預處理和特徵工程:

數據清洗: 首先需要對收集到的原始數據進行清洗，去除噪聲和異常值，確保數據的準確性和可靠性。
特徵提取: 從原始數據中提取與病人狀態相關的特徵，例如心跳變異性、呼吸頻率、體溫變化趨勢等，這些特徵將作為輸入數據用於訓練和測試人工智慧模型。

選擇合適的演算法:

預測警報: 對於預測病人病情惡化或出現併發症，可以使用時間序列分析模型，例如遞歸神經網路（RNN）、長短期記憶網路（LSTM）等，這些模型可以學習數據中的時間依賴關係，預測未來的變化趨勢。
異常檢測: 對於識別病人生理指標的異常變化，可以使用異常檢測演算法，例如孤立森林（Isolation Forest）、單類支持向量機（One-Class SVM）等，這些演算法可以學習正常數據的分佈模式，識別偏離正常模式的異常數據。

模型訓練和評估:

數據集: 需要收集足夠量的數據用於模型訓練和評估，數據集應包含正常情況和異常情況下的數據，以便模型能夠學習到兩者的區別。
評估指標: 選擇合適的評估指標來評估模型的性能，例如準確率、召回率、F1值等。

模型部署和更新:

邊緣部署: 可以將訓練好的模型部署到邊緣設備上，例如網關或本地伺服器，以便實現實時預測和警報。
模型更新: 隨著數據的積累和模型性能的變化，需要定期更新模型，以確保模型的準確性和可靠性。

通過以上步驟，可以將基於人工智慧的演算法有效地整合到昏迷病人監護系統中，提供更智能化的預測警報和異常檢測功能，幫助醫護人員更早地發現潛在風險，及時採取干預措施，提高病人的安全性和治療效果。