人体通信
?eljka Lu?ev, Igor Krois, and Mario Cifrek
萨格勒布大学电气工程和计算系
摘要.生物遥测术是远程监测、计量和记录下生命体组织的功能、活动或状态。传感器节点网络放置或植入到一个生物体体内形成的网络叫做肢体区域网络(BAN)。这项工作中我们将描述肢体区域网络的原则,肢体区域网络利用人的身体作为一个传输媒介,即人体通信(IBC)。我们将描述IBC系统设置的局限性,人体绝缘体的性质作为传输介质,指定不同的方法通过人体传输信号和比较IBC系统且用文学表述。
关键词:生物遥测技术, 人体通信(IBC),电容耦合,电流耦合。
1 简介
生物遥测术是用在测量从一生物体传送信号到一定距离外接收机的遥测方法[23]。它是用来远程观察,衡量和证明一个人或动物的功能、行为或位置。它用在几个领域,如医疗和人类研究生物遥测术,这些领域的可植生物遥测术和动物生物遥测术。医学生物遥测术用来远程跟踪病人的生理功能,如体温、心率、血压、心电图、脑电图信号,等等,甚至操作设备如药物递送系统和修复装备。主要用于发送装备的植入式生物遥测术可植入人体或动物处于研究阶段,如人工耳蜗和植入式起搏器。动物生物遥测术被广泛用于引导自然环境和动物迁徙时的动物行为研究。在这里我们将注意力聚焦于只用于监测人类行为的生物遥测术系统,即医疗的植入式生物遥测术系统。
一个生物遥测术系统的主要成分是位于发射机生理功能传感器、传输路径和接收机。带有传感器的发射器放在人体表面或植入内部。与医学生物遥测术比较,植入式意味着接收机和发送机间没有作为传输介质的电线。然而,因为电线能干扰到病人和医护人员,在监测中是不必要的。使用不同的无线技术给病人提供了更好的自由运动和流动性,这在一个长期监测每日活动、非流动的患者和外科手术治疗中特别重要。放置在人体的便携式传感器网络叫做肢体区域网络(BAN),必须符合下列要求:
●不能妨碍人体功能,因此放置在身体的传感器节点必须依照现行规章、
指导[22,28]；
●提供实时交流；
●低功耗的要求；
●传感器节点之间没有电磁干扰；
●传感器网络的放置,不得干扰病人正常活动,即传感器网络是轻小型。
低功耗无线系统设计的两个主要议题,一个是可以收到信号的距离,另一个
是发射机设计,两个都使用发射机的电源。考虑到表面组装技术用于设计、电池通常是发射机封装的最大部分。人体的运动自由度和电池大小与容量所决定的发射机功率可以权衡。具有较大电池大功率的发射器可以在更大的距离的传送信号,但是比较难放置或植入人体并且没有严重地影响人体行为和热量。
2 规则
外露于电、磁时变效应的安全限制, 基于建立的健康效应的电磁场(EMF)参见国际委员会的电离辐射防护(ICNIRP)[22]及不同民族考虑[28]。外露在EMF会影响身体内部电流和组织的能量吸收。防止不良的健康影响要求电、磁效应不能超出所提出的基本限制。
指南和法律法规设定的接触电磁场的基本限制定义了两个类型的群体[22,28]。职业性露天群体由成年人构成,这些人通常在已知的条件下有相当的经验,能意
识到潜在的风险,采取适当的防范措施。另一组是普通公众,包括不同年龄的个人和不同的健康状况,也许还包括特别容易得病的团体或个人,如儿童、妇女和慢性病的人。因此,建议比职业上受辐照影响的群体,一般公众有更严格的外露限制,这些在此讨论时考虑在内。根据频率的领域,物理量用来指定外露在EMF的基本限制如下[22,28]:图1:
●频率范围1Hz-10MHz的电流密度（J）；
●指定频率范围100kHz-10GHz的能量吸收率（SAR）；
●频率范围10-300GHz的功率密度（S）。
图1. 暴露于电磁场的限制条件
限制电流密度是防止影响神经系统功能。最严格的限制是设定在频率4 Hz
和1 kHz范围之间,此时最大电流密度是2mA/m2,这是由于这个频率范围需一个低阈值的神经刺激。4Hz以下及1kHz以上感应电流的基本限制增大。感应电流密度的基本限制rms值由表1给出。,f代表频率,单位为赫兹。
表1.头和躯干的最大电流密度(rms)[22]
100kHz和10GHz之间,特定能量吸收率的基本限制是为防止全身热应力和局部组织过多供热。推荐给公众人口最大SAR值如下:全身平均SAR 值0.08 W /kg,头部和躯干的局部SAR值2 W /kg,和四肢的局部SAR值4 W /kg。限制功率密度为了防止在或接近人体表面的组织热量过大。推荐为公众设置的最大能量密度值10 w m2。
是当人体和接触的部分人认为人类知觉及其他间接影响是通过接触电流。I
c
物体不同电位间流过的电流,此时,身体和物体都因电磁场而带有电荷[22]。频率高于110MHz,为避免电击危险和烧伤,给定了接触电流的限制。参考点基准级显示在表2 (f是频率/kHz)。
10MHz-110MHz频率范围任何肢体电流参照值低于局部SAR的基本限制值。这个值对一般公众设置在45mA。
表2.导体时变接触电流基准级[22]
3 无线生物遥测系统
在这一章中,我们以一个典型的无线肌电图描述系统作为一个例子分析一个无线传感器网络。肌电图无线系统由四个放置在身体的EMG传感器节点和一个简单的放置在几米远的医学数据采集系统(图2所示)。传感器节点和中央通信单元使用一个标准的无线连接,如无线局域网,蓝牙,RFID或ZigBee。虽然常用于生物遥测术,这些标准在其他方面应用也是很好的,如:数据传输的无线局域网,语音传输的蓝牙,用于识别、跟踪的RFID、工业应用的ZigBee。无线及蓝牙通信模块的数据速率在生物技术上的应用是足够的,但他们发出的EMF辐射很高,能导致组织过热和过敏。高发射功率也需要频繁更换电池,,这在植入传感器的设计中也是不合理的。ZigBee、RFID射频模块具有较低的功耗,但他们的较低的数据率不足以在生物技术上应用。这些通信模块的共点是它们专为几十米的通信距离设计,所以它们能产生较大的功率。
人体发射机EMG传感
器
发射机EMG传感
器
发射机EMG传感
器
发射机EMG传感
器标准无线电线路
接收机中央单元
图2.典型无线肌电图系统
考虑到这一点,,设计与开发了一种称为人体通信(IBC)无线数据传输的新方法。IBC 采用人体作为信号传输介质。它是一种短距离的(可达2米)通信,功耗很低(< 1 mW),和一个足够满足生物遥测术应用的数据率。所有发射机节点不需要直接与远距离的中央单位进行通信,如图2,而是与一个放置在人体近距离附近地区的接收机连接,如图3,从而进一步降低了功耗。只有接收机单元使用一个标准的无线协议与远距离的中央单位进行通信。人体通信通过以人体作为导电介质进行低频和低功耗传输,所以这样一个系统的功耗低于蓝牙或无线局域网系统。
图3.IBC 无线肌电图系统
人体通信系统主要组成部分如图4所示。IBC 系统由一系列发射器和一个接收机组成,接收机连接远程中央医疗单位(因低功率的要求)。一些发射机可以作为一个信号路由器。一个典型的组合发射机将生理功能传感器组合在一起，实现获取生物医学信号、信号编码器、调制器、适配器的功能。接收机由一个探测器、解调器,信号译码器和信号处理单元组成。
选择调制、耦合方法、发射器的位置要考虑接收机的要求、耦合方法和其应用决定的电极布局。
人体 发射机EMG 传感
器
发射机EMG 传感
器 发射机EMG 传感
器
发射机EMG 传感
器
人体通信
接收机
标准无线电线路 中央单元
图4. 人体通信系统
4 人体组织的介电性能
人体介电性质,电导率和相对介电常数,分别决定电流大小以及极化幅度的影响。10 Hz 至10 GHz频率范围,生物组织介电性能在[9 - 11]中Gabriel et al作了描述和总结。结果表明,组织的介电性能由组织类型、频率、温度、特定组织的含水量决定[11]。37°C下,人体组织传输大部分信号的频率范围由电导率σ和相对渗透率的εr决定(皮肤湿度和干燥度,纵向的肌肉组织,脂肪和硬骨)分别如图5和图6。它假定了信号平稳的通过一个特定组织,因为在观察的频率能够穿透的深度大于身体尺寸[20]。
图5.不同人体组织的频率-导电性能[20]。
信号能最好的在通过肌肉传输是由于整个频率范围都有高电导,见图5。不同的频率达最高到1 MHz潮湿及干燥皮肤的电导率和介电常数是不同的。对于皮肤高频率的介电常数值和肌肉的介电常数值几乎相等。超过100MHz所有组织的电导率迅速增大。
为人体通信选择适当的载波频率需要平衡几个要求:为了防止普通生物信号干扰而限制安全规定,超低功耗需求,和信号载波频率组织的高电导(高频率时所得)。
图6.不同的人体组织频率-相对介电系数[20]。
5 人体作为一个信号传输媒介
IBC系统的传输特性取决于组织属性和信道,它由发射机相对于接收器的位置、信号传输方法、信号幅值、载波频率和调制方式决定。身体外部电场减小人体表面电荷,导致人体电流降低。这些电流的分布取决于暴露的条件、身体的大小和形状、人体在电场中的位置。不同的方式通过人体来发送和接收信号,它可以归纳为两个主要方法:
?电容信号耦合；
?电化信号耦合。
电容信号耦合信号由发射机电极间的电位控制。在电化信号耦合信号由流过人体的电流控制。
5.1 电容信号耦合
1995年麻省理工学院提出利用人体作为一个信号传输媒介[43],该提议首先应用在个人区域网络（PAN）[43,44]。 PAN系统包括一个接收机和发射机,两个都是电池供电并且都是有一对电极组合:一个信号电极附在人体上,和一导向外界的接地电极。Zimmerman et al提出存在弱电场时，人体作为信号的信号导向和耦合静电信号(电容),周围环境作为返回路径(空气、人体附近各种物体)。调制信号电极之间的电压以传输信号,这个过程是通过接收机检测和解码实现。通过身体的感应电流皮安级,对人体组织无害。
图7 . 人体通信电容产生的电场
如图7,在电容式人体通信，系统不同部分的不同电位间建立感应电场。发射机在人体上有一接地的振动传感器,产生位于发射机信号电极和人体间的电场Ea,
人体和发射机接地电极间的电场Eb，电极Ec和Ed在人体和环境之间，和一位于人体和接收机信号电极间的Es：
E a =E
b
+E
c
+E
d
+E
s
周围环境和发射机接地电极间电场Eg阻断了返回发射机的通道。由于电场Eb, Ec 和Ed 的存在，大部分发射机信号阻断了返回发射机接地极的通道，接收机电场Es非常小，但足以获得所需的信息。此外由于Es以距离的三次方减小[44],电容性人体通信只能在才能近距离实现。
电容耦合方法处理接收信号电平，受以下因素的影响：发射机相对接收机的方向、连接人体的接地电极数量、接收机接地层的大小以及周围环境[4][18][25]。最好的电极布局还没有一致的说法,因为它非常取决于应用系统和使用的信号载波频率。最常见的布局是依据最大的接收信号电平，如图8。在左边的两个发射机电极沿着信号传输的路径连接到人体,右边的一个只有发射机信号电极连接到人体。在这两种情况下接收机接地电极从人体分离开来。事实上一个可实现的通信系统所有的四个电极不一定需要直接接触身体甚至允许是人体的衣物。同时,加大尺寸的接收机接地面积可以增加信号电平[26]。
图8.电极的位置:纵向(左)双电极布局(右)。TX发射机、RX接收机；S表示一个信号电极和G表示一个接地电极[25].。
使用电容式IBC方法时必须考虑周围环境结构对信号传输路径有很大影响。设计IBC系统时选择一个适当的载波频率是很重要的一个因素，选择适当的载波频率也很重要的设计IBC的系统,因为增加了信号频率就增加了电场通过辐射进入空中。
5.2 电化信号耦合
人体通信中的电化信号耦合发射机和接收机电极连接到人体，交流电信号作为一个信号载波,见图9。主要的(基区)电流在发射机电极中区别应用,而一小部分电流流经人体并且在接收机电极产生交变电位差。电化耦合时通过人体的传输路径是完全关闭的,所以电容耦合方法中一个接收信号的特性不受环境的特点的影响。电化式IBC系统的主要部分与电容式相同,除了耦合器是与电流控制信号传输匹配。
图9.电流式人体通信
6 IBC技术概述
几组来自世界各地的几个团队参与了IBC设备的发展。文献中可以找到多种开发的IBC系统,一些的是面向医学应用,而其它的则是面向非医疗用途的。因为IBC是一个全新的技术、IBC设备目前仍没有上市,但一些它们应用上的概念已经成熟了。开发的系统应以下因素而不同：耦合方式,耦合幅度,选择的频率范围,信号调制方式,和所取得的数据率。
个人区域网(PANs) 的概念于1995年提出，论证了，通过近场静电耦合，电子设备如何在人体或人体附近进行数字信息交换[43]。第一个成功的PAN模型使用电容信号耦合,调幅信号电压30v,330kHz的载波频率、开关键控(ook)调制、数据率2400 bps和功耗1.5 mW[44]。Zimmerman IBC提议的形状、大小如同日常生活用品:手表、信用卡、眼镜、识别徽章、皮带或鞋垫。根据IBC的形状和IBC装置在人体的位置，他提出了一个新技术的可能应用方式:设备如头盔、助听器、麦克风和各种可以戴头上的指示器、可以放置在口袋里的识别设备,如电子标签。指标器,麦克风,照相机和扬声器可以轻易地进入视野,较重的设备(PDA、手机、键盘…)可以被放置在腰部。同时,不同的生理传感器可用在IBC设备并且他们可以
监督生物体的生理功能,例如心率、血压、呼吸等。最后,Zimmerman建议可能利
用插入鞋内的装置,、如垫,这样能更多得从环境中获得能量,并在附近利用IBC
装置进行通信或如同收发机，收发机能够检测穿戴它的人的位置和身份。
在Zimmerman之后,在MIT Gray探索了人体通信的物理局限性[12]。传输信道分析表明,放大器噪音和身体上其他IBC设备的串扰对接收到的信号影响最大。他以几千bit/s的数据率测试了开关键控(OOK)和相移键控(PSK)调制。最后的一个硬
件版本[33]是基于频移键控(FSK)调制，FSK9600bps的数据率。在接收机端利用一
个PLL(锁相环路)单元进行模拟解调。
早稻田大学(日本)Handa等开发了小功耗的用于监测ECG信号的无线系统[19]。该系统由放在病人胸部ECG探测器和围在手腕上的一个接收机组成。ECG检测器和接收机之间的电流传输是幅度为20μA交流电调幅信号。其中使用载波频率为
70kHz的脉宽调制(PWM)。该系统总功耗很小,在8μW点左右。
NTT人体接口实验室的M. Fukumoto等人开发了用于手指键入检测一种无线
网络，该手指键入检测称为指法[8]。每一个手指的测试科目都有一个带有发射机的环状物，该发射机记录着玩耍或打字时的动作。接收机位于手腕，植入手表内。通信系统中,基于电容式IBC的多样性,采用一个载波频率在50 kHz和90 kHz之间、功耗为1.75 mW的模拟频率调制。
Derek P. Lindsey等人的目标是减小为体内生物测量而植入的设备的体积[24]。他们开发了一种采用人体离子性质的信号传输方法,并且它经过测量移植到
尸体前交叉韧带(ACL)的张力进行测试。发射机铂电极植入股骨外上髁,信号的检测是用人体表面肌电电极。他们研究了传输的频率,注入的电流,电极之间的距离，合模线到电极距离和信号衰减时人体表面电极位置对信号的影响。在这个应用上，获取最好的结果是通过用电流幅值为3 mA和载波频率37 kHz频率调制(FM)信号。
基于Zimmerman的（PAN）模型，华盛顿大学的K. Partridge等开发并描述了数据率达到了38.4 kbps的系统[31]。载波频率为180 kHz和140 kHz频移键控调制，信号幅度为22 v。他们比较了人体和电极不同距离、人体电极的位置、接收机信号电极的大小与形状、和一些其他的因素的数据差错率和信号强度。他们推断接收机电极尺寸和形状对信号传输的影响很小,与之相比，人体和电极的距离对传
输的影响却很大。他们也发现信号返回信道在周围环境中阻断对信号传输也有最
大的影响,因为穿过环境的空气耦合器有用电容极其微小:它有数量级是fF[43]。
在千叶大学(日本) K. Fujii和K. Ito研究了IBC系统人体的传输特性。在文献[2]他们描述了人体手臂周围电场分布的时域有限差分数值模型的仿真,该模型近似平行六面体，参数为:5 cm x 5 cm x 45 cm,相对介电常数εr = 81和电导率σ= 0.62 S / m(肌肉的介电参数)。IBC发射机产生一个幅度为3 V和频率为10 MH的信号，被用作一个电场的来源。他们的研究表明,这一电场围绕胳膊形成,与接地电极不连接人体相比，发射机信号电极和接地电极都连接人体时，接受到的信号衰减更小。加入这种接收机并监测接收机位置影响和在时域有限差分算法仿真中通过生物组织等效的固体虚拟手臂进行信号传输发射机电极(与手臂的数学模型同一大小) [3]。数学模型中,位发射机电极置于人体,接收机信号电极是连接着的,接收机地面电极不与人体连接，结果表明这些措施是最好的。研究表明发射机电极放置在从发射机到接收机信号传输的线路上,发射机大小及其电极对接收信号的影响很大[4]。另一方面,10 MHz至100 MHz间选择载波频率间隔通过人体信号传输没有影响。Fujii等结合了前面所有研究成果,比较了结果实时测量仿真得到的数据，仿真中使用了生物组织等效的固体虚拟手臂。他们发现有信号是以电磁波的形式沿皮肤的表层传播的[5]。仿真结果真实在日本成人(男性和女性)中得到证实[6、7]。呈现了手臂数学模型电场的空间分布，手臂上放置了IBC系统[7]。
k . Hachisuka等使用电容式人体通信信号传输方法,这种电容方法他们称为电磁波。他们的研究表明频率从 0.5 MHz到50 MHz，频率约10MHz是最理想的IBC 系统载波频率，此时有最小的系统功耗[15、16]。他们选择的系统载波频率为10.7MHz,这是因为市场上大量的(便宜)元器件支持这个频率。在仿真手和实体上进行测量[15][17]。他们发明了尺寸为 30 mm x30 mm、重5 g、用一个3v电池供电的发射机和接收机。幅度为3 V、频率为10.7 MHz的信号在接收机中成功的进行检测和解调,其中可采用频率调制(FM)[16]或频移键控调制[15]。利用频移键控调制采样率为9.6 kbps。他们研究了不同距离、频率和人体的位置，发射机和接收机的电极的最优位置。只有信号电极连接人体的双电极布局在千赫兹带上20dB优于所有四个电极都连接人体四电极布局[18]。他们提议IBC装置可用于医疗保健,电子货币交易,用于商业数据交换和音乐文件共享。
日本NTT电话公司(日本电报和电话公司)及其附属NTT DoCoMo Inc.公司是
最早使用人体通信技术并成功地在日常生活中实现电子设备之间的通信。他们应用的人体通信系统称为RedTacton(29),用电容信号传输方法达到了数据率达到10Mbps 。如此高的高数据率是因为在接收机使用了电光晶体,电光晶体中以10 MHz的频率变换电场(电场携带的信号信息),引起可测量的通过水晶的激光的偏振的变换[39]。NTT提出了一些RedTacton 技术的应用,如不同的装置之间数据的交换,识别不同服务的用户身份,安全系统上的应用等。
早稻田大学(东京,日本)开发了一种宽带IBC系统[34]。只有发射机和接收机的信号电极（直径2厘米）连接到测试体时，接收机信号衰减达到最大值。研究人员研究了频率达到2.5GHz，人类的身体作为信号传输介质的性质。对于信号衰减和时间延迟,他们找到BPSK调制或MSK(35,36]200 MHz和600MHz之间的频率[35]对
宽带人体通信有最好的传输特性。一些已经开发的IBC设备[37]是专为有特殊需求的人们设计的,如帮助盲人和视障人群的提供方向的系统[37]或一个为哑巴提供无线键盘的系统[37]。该系统是可以做到的识别人用哪支手指触摸设备,并且根据选定的设置,内置扬声器重建语音或单词。他们提出了使用IBC设备用于火车上的广告[37],以及一个个性化的患者健康监测系统[1]。
作为总部在比利时欧洲IMEC跨国公司的一个部分的Human++工程[21],发明了
一种监测人体重要功能无线传感器网络。微型、自动和智能传感器节点[13]以极低的功耗(21μA @ 3 V)记录了患者的生物信号(EEG、心电图、肌电图(EMG)[14]),
并把它们发送不同的医学中心单元,这些数据进一步处理,成为研究的一部分。一个非常少量的电能就能提供传感器的动力,并且可以通过热能采集获得[32]。3 GHz 和5 GHz之间超宽带频率调制(UWB),有一个500 MHz到2 GHz的信号频谱用于通信。
苏黎世理工学院的Marc Wegmüller使用了电流式人体通信[32, 33]。开发的发射机通过两个电极连接到身体，这两个电极产生电流信号的幅度最大为1mA。Wegmuller研究了人体传输信号频率从110 kHz到1 MHz的信号特征。QPSK调制方式，载波频率为256 kHz，数据率为64 kbps,用256千赫,总功率总功耗为20 mW。该理论计算结果是通过的测量20个实体ECG所得。人们发现这个信号传输视情况与在该组织在总体重的比例和特定组织状态有关,皮肤湿度越高、组织水分比例越高，接收的信号衰减越小。传输的信号的频率从100 kHz到500 kHz理想的病人的肌肉质量超过45%,肌肉细胞间人体水分值大于60%。同时,一个小的皮肤折叠厚
度肯定会影响到通信过程。
Zagreb大学,Lu?ev等人使用电容式IBC的方法设计一个肌电图系统。发射器
产生的信号调幅为1.15 Vpp,载波频率约1 MHz[25]。标准数据率达到为8 kbps,测
试最高数据率是64 kbps。研究人员研究了在开发的IBC系统中，信号强度与接接
收器和发射机的相对位置的关系。活体测量表明信号是通过人体传播,而不是通
过周围的空气[25]。研究人员得出结论,接收信号强度大于发射机的电极信号强度
(图8.,左)，此时接受机与发射机处于同一手接受者。对于传感器的位于手臂的
反面,双电机布局的信号更强(图 8.右)[25,26]。他们也发现增加接收机电极表面参
考面积到600cm2对提高信号有影响[26]。此外,活体的肌电图测量表明信号表明开
发的IBC系统可以用于监控肌肉疲劳,这在运动学和康复是特别重要的[27]。
除上述应用，更有趣的是使用IBC胶囊作为微型内镜设备[42]。当病人吞咽胶
囊后它收集身体内部想要探测的部份(消化系统)的状态的数据,然后将它通过人
体组织传递到人体表面的接收机上。
文献中最为重要的电容和电化IBC系统比较在表3给出。各个系统的作者，幅
值，使用信号的频率，调制的方法,最大数据率。
表3. 人体通信系统的比较[41]。
作者年份耦合方式耦合幅值载波频率调制数据率
7 总结
在这里中,我们讲述了人体通信(IBC)的原则,特别是应用于生物遥测术的
IBC系统。IBC系统利用人体的导电性质传输的电信号。他们工作在低频率的并且
比标准的无线系统频率范围低因此,他们有较低的功耗。由于减少功耗、患者加热和组织过敏降低,电池使用寿命更长。因病人的安全要求介绍了IBC系统设置的限制,考虑了为大众提议的严格的曝光限制,这部分人包含了易得病群体组或者个人,如儿童、妇女和慢性病的人。
人体通信主要的方法是电容和电化信号耦合。在电容耦合信号由发射机电极电位控制,电化信号耦合信号流过人体的电流控制。我们回顾之前的文献，可以看出在这个问题上有丰富的调制技术、耦合方法、和发射机-接收机布局提供选择,这些选择都依据耦合方法和应用。IBC技术的应用十分广阔:从生物遥测术和医学到各种电子设备和安全系统间的通信。
人体作为IBC信号传输介质为还需要更加细致的研究,以确定选择耦合方法与电极最优位置的准则。就功耗、差错率、数据率标准，调制方式、载波频率和耦合幅度必须认真选择。
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人体通信 ?eljka Lu?ev, Igor Krois, and Mario Cifrek 萨格勒布大学电气工程和计算系 摘要.生物遥测术是远程监测、计量和记录下生命体组织的功能、活动或状态。传感器节点网络放置或植入到一个生物体体内形成的网络叫做肢体区域网络(BAN)。这项工作中我们将描述肢体区域网络的原则,肢体区域网络利用人的身体作为一个传输媒介,即人体通信(IBC)。我们将描述IBC系统设置的局限性,人体绝缘体的性质作为传输介质,指定不同的方法通过人体传输信号和比较IBC系统且用文学表述。 关键词:生物遥测技术, 人体通信(IBC),电容耦合,电流耦合。 1 简介 生物遥测术是用在测量从一生物体传送信号到一定距离外接收机的遥测方法[23]。它是用来远程观察,衡量和证明一个人或动物的功能、行为或位置。它用在几个领域,如医疗和人类研究生物遥测术,这些领域的可植生物遥测术和动物生物遥测术。医学生物遥测术用来远程跟踪病人的生理功能,如体温、心率、血压、心电图、脑电图信号,等等,甚至操作设备如药物递送系统和修复装备。主要用于发送装备的植入式生物遥测术可植入人体或动物处于研究阶段,如人工耳蜗和植入式起搏器。动物生物遥测术被广泛用于引导自然环境和动物迁徙时的动物行为研究。在这里我们将注意力聚焦于只用于监测人类行为的生物遥测术系统,即医疗的植入式生物遥测术系统。 一个生物遥测术系统的主要成分是位于发射机生理功能传感器、传输路径和接收机。带有传感器的发射器放在人体表面或植入内部。与医学生物遥测术比较,植入式意味着接收机和发送机间没有作为传输介质的电线。然而,因为电线能干扰到病人和医护人员,在监测中是不必要的。使用不同的无线技术给病人提供了更好的自由运动和流动性,这在一个长期监测每日活动、非流动的患者和外科手术治疗中特别重要。放置在人体的便携式传感器网络叫做肢体区域网络(BAN),必须符合下列要求:
1.细胞是人体结构和功能的基本单位。 2.器官：几种不同的组织组合成具有一定形态和功能的结构称为器官。 3.系统：若干器官组合成来共同完成某种生理功能，构成系统 4.呼吸系统、消化系统、泌尿系统、生殖系统组成内脏。 会判断5.内侧和外侧：近身体正中矢状面者为内侧，反之为外侧。 荆绯侧 在前臂：内侧又称尺侧外侧又称桡侧 在小腿：内侧又称胫侧外侧又称腓侧 6.矢状面：沿前、后方向讲人体分为左右两部分的切面。通过正中线的矢状面，称为正中矢状切面或正中面。 7冠状面：也称额状面。将人体分为前、后两部分的切面。 8.生命活动的基本特征是新陈代谢和兴奋性。 人体结构有不同的细胞所构成，不同细胞兴奋性不一样，怎么判断？（看懂） 新陈代谢：人体通过与外界的物质交换，不断地进行新老交替自我更新的过程，称为新陈代谢。 新陈代谢是生命的最基本特征。 兴奋性：人体或组织对刺激发生反应的能力或特性，称兴奋性。 9.判断人体兴奋性的指标是阈值（也叫阈强度） 了解10.内环境：由细胞外液组成的细胞生存环境称为内环境。 11.机体功能有三大调节方式。 神经调节特点：迅速而精确，作用部位比较局限，作用时间比较短暂，适应于快速变化的生理过程，如对躯体运动和内脏活动的调节。 神经调节的基本方式：反射 体液调节（内分泌调节）的特点：作用缓慢、历时持久、影响广泛、但精确度差。适用于持久而缓慢的生理过程。对新陈代谢、生长发育和生殖等生理过程都有重要调节意义。神经调节（迅速、精确、持续时间短） 体液调节（缓慢、持久、调节幅度广泛） 12.维持内环境的稳态：负反馈 正反馈：血液凝固，排尿和排便反射，分娩 负反馈：血压调节，体温调节，PH调节 维持内环境的稳态。 体内大多数反馈为负反馈。 13.细胞膜：“液态镶嵌模型”学说。 此学说认为细胞膜：由液态脂质双分子层为支架，其中镶嵌着有不同分子结构、不同生理功能的蛋白质。 14.细胞器： 线粒体：动力工厂能量工厂 高尔基复合体：加工修饰运输蛋白质 （听懂了解）15.氧气和二氧化碳通过单纯扩散的跨膜方式进行转运 钠离子和钾离子离子顺浓度差 钾离子通过通道蛋白进行转运： 钾离子顺浓度差的跨膜转运：通道转运（通道转运属于易化扩散）
通信与信息系统学科研究方向、课程设置 沈阳理工大学“通信与信息系统”学科为“信息与通信工程”一级学科的具有硕士授予权的二级学科，于2003年获得硕士学位授予权。 该学科本着“突出特色、协调发展”的思路，进行建设；在学术队伍、人才培养，科学研究和学术交流等领域取得了长足的进展，不仅形成了扩频通信技术及应用、移动无线网络组网技术、数字信号处理技术三个特色学科方向，而且在与计算机应用技术等相关学科有机融合、积极协作的基础上，成功申请了国家863重点实验室1个，省级工程中心2个，省级重点实验室1个，成为重要的研究生培养基地。本学科主要研究方向有： 1．扩频通信技术及应用 扩频通信是现代通信技术发展的一个重要方向，由于采用了伪随机编码作为扩频调制的基本信号，其具有抗干扰性强、截获率低、码分多址、信号隐蔽、保密和易于组网等许多独特的优点，目前不仅广泛应用于军事通信、电子对抗、导航及测量中，而且也愈发成为包含CDMA、微波通信、遥测遥控等民用通信领域的重要技术支撑。本方向的主要研究内容有：DS/FH通信机理及应用，PN码的产生及特性，信号的检测与估计，扩频通信干扰与抗干扰技术，计算机仿真、基于FPGA/DSP的设计与实现等。 2．移动无线网络组网技术 近年来，由蜂窝移动通信网络、无线局域网等组成的有中心结构网络和由Ad hoc网络、传感器网络等组成的无中心结构网络，以及基于综合体系的卫星网络已成为移动无线网络技术在民用通信和军事战场环境下的重要信息传输平台，并具有十分广阔的发展空间。为进一步保证该类网络的可靠和有效运行，本方向的研究重点主要有：网络规划设计与互连，通信协议与接入技术，路由选择，QoS 保障机制，网络管理与重构，网络与信息安全技术等 3．数字信号处理技术 数字信号处理技术作为现代电子信息系统的关键技术，逐渐成为高效信息获取、存储、处理、传输及应用的核心技术。本方向的研究重点围绕以下内容展开：随机数字信号分析、处理与模式识别，数字图像信号处理与识别，交互式多媒体技术，医学信号处理及电子技术在医学上的应用等。
第三章中医学对正常人体的认识 中医学认为，人体是以心为主宰，五脏为中心，结合六腑、奇恒之腑、精气血津液、形体官窍、经络共同构成一个有机整体。脏腑、精气血津液、形体官窍的生理功能相互协调，相互为用，以维系体内外环境的相对平衡和稳定，维持人体的正常生命活动。 第一节脏腑 脏腑，是内脏的总称，按其生理功能特点分为： 五脏：即心、肝、脾、肺、肾，为实质性脏器，共同生理功能主要是化生和贮藏精气。特点是藏精气而不泻，故满而不能实。 六腑：即胆、胃、大肠、小肠、三焦、膀胱，为中空管腔性脏器，共同生理功能主要是受盛和传化水谷。特点是传化物而不藏，故实而不能满。 奇恒之腑：即脑、髓、骨、脉、胆、女子胞，为空管腔性脏器而属腑，但生理功能却又“藏而不泻”类似五脏，故为奇恒之腑。 在脏腑中，五脏是生命活动的中心，脏腑在生理功能上相互制约，相互依存，相互为用，形成一个非常协调统一的整体。 一、五脏的主要生理功能与系统连属 （一）心 1、心的主要生理功能 （1）心主血脉：是指心气推动血液循行于脉中，周流全身的作用。心、脉、血共同组成一个循环于全身的系统，在这个系统中心起主导作用。 血液在脉管中正常运行，主要依赖心气的推动；血液的充盈；脉道的通利。心气充沛，血液充盈，脉道通利，血行流畅，则面色红润光泽，舌淡红，脉象和缓有力。 （2）心主神志（又称心藏神） 神：有广义与狭义之分，广义的神，是指人体生命活动及其外在表现。狭义的神，是指人的精神、意识、思维活动的功能。 心主神志的功能体现在两个方面：①心主宰五脏六腑的生理活动：即在心的主宰和调节下，彼此协调，才能共同完成整体的生命活动。②主人的精神意识思维活动：心主神志功能正常，则神志清晰，思维敏捷，精神充沛；心的气血不足。 2、系统连属 （1）心在志为喜：
第二节人体的新陈代谢 1．食物的消化和吸收 （1）．消化系统的组成 （2）．食物的消化和吸收 ①消化有物理性消化和化学性消化。物理性消化主要通过牙齿的咀嚼和胃肠的蠕动；化学性消化主要是利用消化酶，使食物中的营养成分通过化学变化变成可吸收的物质。 ②食物中各种成分的消化。食物中的水、无机盐、维生素不经消化能直接被吸收；食物纤维不能被消化；淀粉、蛋白质和脂肪最终分别被消化分解成葡萄糖、氨基酸、甘油和脂肪酸。 ③小肠是食物消化吸收的主要场所，与其相适应的结构特点有：(1)小肠长，有皱襞，内壁形成小肠绒毛，可扩大小肠内表面积；(2)小肠绒毛内含丰富的毛细血管和毛细淋巴管，有利于营养物质的吸收；(3)小肠内含有多种消化腺分泌的消化酶，能对食物中的各种成分进行彻底的消化。 ④吸收是指营养物质进入循环系统的过程。 2．酶在生命活动中的重要作用 (1)酶的概念：酶是生物活细胞所产生的具有催化作用的蛋白质，是一种生物催化剂。酶能使生物体内的化学反应迅速地进行，而本身并不发生变化，这一点与无机催化剂相似。 (2)酶的特点： ①高效性：酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。 ②专一性：一种酶只能催化一种或一类化合物的化学反应。 ③不稳定性（易变）：高温、低温以及过酸、过碱，都会影响酶的活性。也就是说，酶的催化作用需要适宜的条件。温度、pH都会影响酶的活性。 ○4多样性：酶的种类多种多样。 (3)酶的作用：酶具有多样性，高效性及专一性等作用特点．对于生物体内的新陈代谢的正常进行是必不可少的。 3．消化酶在人体消化过程中的作用 (1)食物中各种营养成分的消化过程 食物中的各种营养成分，除了水、无机盐、维生素等可以直接被消化道吸收外，其他如糖类、蛋白质、脂肪等结构复杂、不溶于水的大分子有机物，必须在消化道内经过消化，分解成溶于水的有机物小分子，才能被消化道壁吸收。糖类、蛋白质、脂肪这三大有机物的消化过程必须在各种消化酶的催化作用下才能完成，它们的具体途径为： (2)消化酶在人体消化过程中的作用 ①口腔中的唾液含有唾液淀粉酶，口腔可以使食物中的部分淀粉分解成麦芽糖。 ②酸性的胃液中有胃蛋白酶，它能将蛋白质分解成多肽。 ③小肠中的消化液包括肠液、胰液和胆汁，肠液和胰液中含有分别能消化糖
基于传感器原理的人体移动监测／检测技术现状 摘要针对人体移动监测/检测技术，分析了基于传感器原理的各种常用和非常用方法的特点，说明了目前基于人体红外移动检测技术的优势和有待于改进的地方，并做出了前景分析。 关键词人体传感器技术；移动检测；现状分析 许多场合需要对人体移动、靠近做出监测报警。利用传感器来获知人体移动变化的信息，进行智能判断分析，可实现人体移动检测报警功能。目前基于传感器原理实现人体移动信息获取的方法主要包括：热能检测、脚步移动检测、位置变化检测等。热能检测可以选用红外人体传感器；脚步移动可以选用振动传感器；位置变化检测可以选用超声传感器。对于传感器的选择可根据应用环境、成本预算、检测精度等来选择，本文就从几种传感器的原理，技术难点，研究现状，技术展望进行分析。 1红外人体传感技术 测量原理： 基于人体红外传感的报警系统，利用热释电传感器作为探测单元，采取人体特征波长10um附近的红外线，并利用特殊光学镜片，判断出由于人体移动，造成的红外线能量的变化，这种能量变化的起因是由于人体红外能量在一定时间之内发生了改变，而是它改变的方法是通过光学镜片划分不同的感应区，当人从一个感应区走到另一个感应区时，红外线会传输到不同的传感器单元。 如图1所示，探测器包含5个感应区，当人进入一个感应区，或者离开一个感应区，或者从一个感应区进入另一个感应区都将被检测。图1的感应区用数字1，2，3，4，5标出，当人从非感应区进入1，或者从感应区5离开至非感应区，都将被检测；而当人从1进入2，从2进入3，从3进入4，从4进入5，也将被检测；在此过程中，检测距离延探测器中心点为最远，即2进3，3进4最远横向距离可达30米，1进2，4进5横向距离不足30米。 技术难点： 1）人体的红外线因个体差异多少，使得信号采集时有很大不一样，即，不同的人，虽然释放红外线波长相同，但能量强度差别较大，给检测带来困难； 2）无法实现远距离纵向检测，这是因为，红外方法基于光学镜片透射，当镜片划分不同区域，人体辐射红外线在不同区域出现，可以被检测，因此主要是检测横向移动，即以探测器为中心的圆周运动时，此方法最为灵敏。而纵向移动检测距离只能通过扩大镜片面积来实现，然而，探测器尺寸不能随意变大，因此，扩大镜面用来实现纵向移动远距离检测是受限制的。 研究现状： 目前红外人体检测主要应用于室内，因为此种方法干扰因素较多，室外难以很好应用。而检测距离主要在10m以内，以5m～8m为主流。我所研制的远距离红外测量系统，横向距离可以实现30m，纵向距离可以实现10m左右（温度低于22℃），每个探测器可以有强探测点一个，次强探测点4个。另外可以实现40m距离的横向移动检测，但此种探测器只有一个探测点，并无其它探测点。 技术展望： 经过前期初步的设计和理论分析，以目前的条件（主要是元器件的限制），通过后续的实验，预计再经过一年的研发，红外人体传感方法可以实现：1）单
人体正常生理健康指标一览 温度用腋下测量正常是36－37摄氏度心率正常是60－100次/分钟血压正常不高于140/90mmHg，不低于90/60mmHg 血液总血量: 65--90ml/kg, 全血比重：男1.054--1.062 女1.048--1.062 血浆： 1.024--1.029 渗透(量)压血胶体渗透压：21±3mmHg( 2.80± 0.40kPa) 血晶体渗透压：280--310mOsn/kg(280--310mmol/L) 红细胞数: 男(4.0--5.5)×10^12/L(4.0--5.5×10^6/ul) 女(3.5--5.0)×10^12/L(3.5--5.5×10^6/ul) 血红蛋白: 男 120--160g/L(12--16g/dl)女110--150g/L(11--15g/dl) 红细胞压积: 男0.4--0.5(40--50vo%) 女0.37--0.48(37--48vol%) 红细胞平均直径: 7.33±0.29um 红细胞平均血红蛋白(H): 29.36± 3.43pg(29.36±3.43uug) 红细胞平均体积(V): 93.28± 9.80fl(93.28±9.80um^3) 红细胞平胞血红蛋白浓度(HC): 0.31--0.35(31--35%) 网织红细胞数: 0.005--0.015(0.5--1.5%) 红细胞平均渗透性脆性试验: 在0.44--0.47%(平均0.45%)盐液内开始溶解，在0.31--0.34(平均0.32%)盐液内全部溶解。白细胞数: (4--10)×10^9/L(4000--10000/ul) 白细胞分类计数中性粒细胞：0.5--0.7(50--70%) 嗜酸粒细胞：0.005--0.03(0.5--3%) 嗜碱粒细胞：0.00--0.0075(0--0.75%) 淋巴细胞：0.2--0.4(20--40%) 单核细胞：0.01--0.08(1--8%) 嗜酸粒细胞直接计数: (0.05--0.30)×10^9/L(50--300/ul) 血小板数：(100--300)×10^9/l(10--30万/ul) 出血时间:(Duke法)1--3min(lvy法)0.5--6min 凝血时间: (毛细管
中医讲究一个通字，疏通经络的十大方法 “ 医生认为，经络影响着人体气血的运行和各个脏腑的正常运作，身体通则不痛，痛则不通，经络不通身体就会有疼痛，那么，经络不通该怎么办?“经”的原意是“纵丝”，有路径的意思，简单说就是经络系统中的主要路径，存在于机体内部，贯穿上下，沟通内外。 “络”的原意是“网络”，简单说就是主路分出的辅路，存在于机体的表面，纵横交错，遍布全身。《灵枢·脉度》说：“经脉为里，支而横者为络，络之别者为孙。” 这是将脉按大小、深浅的差异分别称为“经脉”、“络脉”和“孙脉”。 经络，主要包括十二经脉、十二经别、奇经八脉、十五络脉、十二经筋、十二皮部等。其中属于经脉方面的，以十二经脉为主，属于络脉方面的，以十五络脉为主。它们纵横交贯，遍布全身，将人体内外、脏腑、肢节联成为一个有机的整体。 11、升温是疏通经络最有效的方法身体内寒湿重时，就如面对一块因冷而冻住的土地，你用按摩和针刺的方法是解决不了根本问题的。 只有“大地”回暖，河流化冰，土地解冻，河流才会通畅，土地才会松软、透气。
我们的身体也是一样，只要身体内寒湿重，身体内所有的管道就会因冷而收缩，身体内的肌肉、组织也会遇冷而板结。这时针灸、推拿、按摩等治疗方法对治疗各种疾病效果甚微，而且只能暂时缓解，复发率非常高。遇到这类情况时，就要同时学会为身体升温、排寒湿的技巧，才能让身体内全面化冻，各种管道自然畅通。22、五字调息通五脏每天清晨，用鼻子吸气，嘴呼气，默念：嘘、呵、口四、吹、呼字，不要出声。每个字音对应一个脏腑：嘘对肝，呵对心，口四对肺，吹对肾，呼对脾。 这是利用调节呼吸来调匀气息，疏通五脏。如果常念“嘘”可以养肝明目，常念“呵”可以泄心火等，长久坚持，会有一定作用。33、梳头促进血循环用手指或木梳从额头前至枕后，从两侧的颞部至头顶进行“梳头”，每回50~100次，以晨起梳头为最佳。 人体各条经络都汇聚于头部，梳头时要经过眉冲、通天、百会、印堂、玉枕、风池等近50个穴位，对这些穴位进行如同针灸的刺激，可以促进头部血流，疏通经络。44、老丝瓜引导经络老丝瓜1条，切碎炒至微黄，研成细末，每次10克，用热水过服。老丝瓜筋络贯穿，类似人体经络。 借老丝瓜气来导引人体经络，使气血通顺。55、莲花坐活动韧带坐时，屈左腿，将左脚的脚背放在右大腿的腹股沟处，双手放在左膝盖上，轻柔地做上下弹性运动数次，使之接触
细胞健康=人体健康 细胞是生命的基本单位，人体内各种细胞的变化，决定着人体的健康状况。人生病，就是细胞受到破坏、毒害或疏于照顾，再加上细菌或病毒的攻击，减弱了细胞应有的功能，而引发各种慢性疾病的发生。反之，关爱细胞、呵护细胞、合理调养细胞，给细胞足够建造机体的营养素，让细胞能够自我修复破损，发挥细胞的应有功能，就可以健康常在，生命长存。 所有生命都源于一个细胞。这个细胞经过分裂，形成两个，四个以至于无穷多个细胞，它们各司其职，在我们的身体宇宙空间分工协作，和平共存。 每一天都有无数衰老细胞死去，同时又有无数新细胞长成。然而，这一自然补充过程却常常受到来自外部环境的袭击，其中包括水和土壤里的有毒物质，空气中的污染成分，太阳的辐射，加工食品中的防腐剂，还有我们在日常生活中遇到的氧化压力。 要保持机体健康，就要从呵护细胞开始。细胞健康与否，取决于细胞内部数以万计的分子的功能运转以及它所制造的、维护的和世代相传的每一个微小结构的稳定性。 人体就像一个社会，由各种器官和纤维组织组成，它们各司其职，共同维护整个机体的正常功能。 神经系统像电话公司，专门负责传送资讯。消化系统向器官和纤维组织输送原料和燃料，然后由器官和纤维组织制造蛋白质，燃烧燃料，为身体的活动提供动力。如果任何一个器官功能减弱，整个机体的功能也会随之紊乱和衰退。 那么怎样才能保持器官、组织的正常功能呢？ 强化细胞营养是根本。想让细胞长期处于最佳状态，让我们先来看一看人体及其细胞是由什么构成的。人——系统——器官——组织——细胞。明确了人体的构成，我们就能做到有的放矢地强化细胞营养，保持细胞长久健康的活性，实现健康的愿望。 构成人体的物质： 一、主要元素占99.3%。其中：氢63%；氧26%；碳9%；氮1%。
人体行为识别技术 在计算机视觉领域中，人体运动行为识别是一个被广泛关注的热点问题，在智能监控、机器人、人机交互、虚拟现实，智能家居，智能安防，运动员辅助训练等方面有巨大应用价值。行为识别问题一般遵从如下基本过程：数据图像预处理，运动人体检测、运动特征提取、特征训练与分类、行为识别。着重从这几方面逐一回顾了近年来人体行为识别的发展现状和常有方法。并对当前该研究方向上待解决的问题和未来趋势做了分析。行为理解可以简单地认为是时变数据的分类问题，即将测试序列与预先标定的代表典型行为的参考序列进行匹配。通过对大量行为理解研究文献的整理发现：人行为理解研究一般遵从特征提取与运动表征、行为识别、高层行为与场景理解等几个基本过程。 特征提取与运动表征是在对目标检测、分类和跟踪等底层和中层处理的基础上，从目标的运动信息中提取目标图像特征并用来表征目标运动状态；行为识别则是将输入序列中提取的运动特征与参考序列进行匹配，判断当前的动作处于哪种行为模型；高层行为与场景理解是结合行为发生的场景信息和相关领域知识，识别复杂行为，实现对事件和场景的理解。【2】 1、行为识别的应用 从应用领域的分类来讲，可以将人体运动分析的应用分成如下几个领域： ①智能监控 这里所指的“智能”包含两个方面的含义。一种“智能”是指系统能够在一定的场景中检测是否有人的出现(如通过检测人脸的方法)防止只是简单的通过运动目标检测所造成的错误报警(例如因为动物活动或者刮风摇动树枝等等而造
成误报)。另外一种“智能”是指系统能够监视一定场所中人的活动，并对其行为进行分析和识别，跟踪可疑行为(如经常在重要地点徘徊等等行为)从而采取相应的报警措施。通常把报警系统设置于银行、机场、车站、码头、超市、办公大楼、住宅小区等地，以实现对这些场所的智能监控。 ②虚拟现实 跟踪现实世界人的姿态，从而创建一个虚拟的仿真场景，实现人与这个虚拟世界的交互。该领域的具体应用涉及视频游戏、虚拟摄影棚、计算机动画等方面。 ③高级用户接口 指可以通过对用户手势的识别来代替传统的鼠标和键盘输入，从而实现人与计算机之间的智能交互。此外，通过对手势语言的理解，还可以进行聋人与计算机之间的手语交流。 ④运动分析 人体运动分析可以运用于基于内容的视频检索领域。例如可以检索在运动会上单杠比赛中运动员的杠上动作。这样可以节省用户大量的查询视频资料的时间和精力。另外一种应用是用于各种体育项目中，提取运动员的各项技术参数(如关节位置、角度和角速度，等等)，通过分析这些信息，可以为运动员的训练提供指导和建议，有助于提高运动员的训练水平。此外，还可以用于体育舞蹈动作的分析，以及临床矫形术的研究等领域。 ⑤基于模型的视频编码 通过提取一定的静态场景中人物的形态特征参数和3D姿态参数，以较低的数据量对视频数据流加以描述，实现视频数据的压缩和低比特率传送。可以用于在因特网上展开远程视频会议以及VOD（Video-On-Demand）视频点播。
涉及人体研究的申请 （美国北卡大学医学院伦理审查委员会申请表） 日期: IRB 研究序号 (如果是新递交的，请留空白): 项目名称: 主要研究者的姓名学历：科室： 主要研究者编号： 通信地址： 电话: 传真: 呼机: 电子邮箱: 参与研究人员的姓名和学历： 如果有研究协调员，其姓名和地址是： 资金来源： I. 协议 研究负责人： 我确定，上面提到的参与研究人员已经接受了他/她在该研究中的任务，我同意继续与伦理审 查委员会(IRB)交换关于保护人类研究对象的权利方面的信息，同意在对项目做出任何变更之前获 得IRB的同意。我将至少每年递交一次项目进展报告，或者根据IRB的要求定期汇报项目进展情 况。我同意及时向IRB汇报研究中出现的不曾预料到的问题或给人类研究对象带来不利影响的事 件。我们将给每位研究对象发一份知情同意书，在他们签字后收回，并作为文件保存。要是研究涉 及到了医院病人的治疗，我们会在每位研究对象的病历中放一份知情同意的副本。 _______________________________________________ ____________ 研究负责人签名日期 _______________________________________________ ____________ 指导教师签字（如果研究负责人为进修人员）日期 研究负责人的部门领导（如果领导是研究者或者不能够审查，请副主管签字）： 我已经审查了这一研究项目，我相信它是合理的。研究的设计和方法足以使研究目的得到实 现，另外研究者也有适当的财力和其他方面的资源。我支持开展这项研究，因此把它递交上去，希 望得到进一步审查。 ___________________________________ ________________________ _______________ 部门领导签字部门日期
环境保护与人体健康 13级太阳能一班 郑杰1310211136 众所周知，环境的压力现在日益严重，环境保护也是我们迫在眉睫的事情。但还是有很多的人对环境保护不加重视，他们应该知道保护环境就是保护我们自己的身体健康。 在课程中，我们学习到，我们所面临的各种污染是有多么严重，也看到了相关的视频资料。环境污染的最直接、最容易被人所感受的后果是使人类环境的质量下降，影响人类的生活质量、身体健康和生产活动。例如城市的空气污染造成空气污浊，人们的发病率上升等等；水污染使水环境质量恶化，饮用水源的质量普遍下降，威胁人的身体健康，引起胎儿早产或畸形等等。严重的污染事件不仅带来健康问题，也造成社会问题。随着污染的加剧和人们环境意识的提高，由于污染引起的人群纠纷和冲突逐年增加。 一、水污染对人体的危害 迄今为止，人类还未在地球以外的其他星球上发现水。水是生命之源，是人类生活上不可缺乏之物质、人体组织中水份占人体重量的百分之六十到七十，其他动物或植物其体内的水份也占百分之五以上，可见水是维持生命不可缺少的物质。而近年来,水污染却非常严重,人们大量用水,或排放废水等,都会造成严重的水污染。 一般所称的水污染，主要是指由于人为因素直接或间接的将污染物质介入于水体后，变更其物理、化学或生物特性的改变，以致影响水的正常用途或危害国民健康及生活环境。 水污染来源包括天然的污染源及人为的污染源，人为的污染源有生活用水和工业废水的排放、农药、肥料等物质，经由地表水或地下水的渗透与流动而进入水体，使得水体环境受到污染、森林之采伐、耕作、土木工程等人为因素所造成水体中浮游物与溶解物的增加等。不仅河流、湖泊受到污染，海洋也同样污染严重。污染的江河会继续污染海洋，而且海上溢油污染事件的频繁出现，也是污染海洋的重要原因。海洋遭受污染后所产生的一种灾害性海洋现象就是赤潮，由于海水过于营养化，某些浮游生物在水中爆发性繁殖，这种生长量特别巨大的浮游生物是粉红色或红褐色的，因此染红了海水，导致了赤潮。赤潮不仅给海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对人类健康甚至生命都有影响。一方面，赤潮引起海洋异变，局部中断海洋食物链，使海域一度成为死海；另一方面，有些赤潮生物分泌毒素，这些毒素被食物链中的某些生物摄入，如果人类再食用这些生物，则会导致中毒甚至死亡。而水污染又是造成水严重缺乏的主要原因之一。据统计，全世界有100多个国
摘要:传感器信号人体通信机理研究是通过生理传感器作为被测人体的生理信息采集节点，以人体体表作为传感器输出信号的传输媒质，进行人体信息监测的一种新型的技术手段及方法。通过对人体信道特性、信号耦合方法的深入研究，设计了合理的传感器信号处理链路、信号调制方法，并通过试验验证了传感器信号人体通信的可行性。 关键词:人体通信;传感器;信号链 引言 以传感器获取人体的生理信息正被广泛地应用于健康监测、医疗诊断、健身娱乐、单兵作战等领域。目前，研究的热点之一是将人体本身作为生理信息的传输媒质来实现生理传感器输出信号的传输。要完成生理信息的实时监测，实现从信号采集、数据传输到信息识别与提取的整个信号回路的闭合，就需要通过传感器技术、信号处理技术、微功耗技术、通信技术作为其技术支撑与保障。如何将这些技术有机地结合起来，应用于人体通信传感器信号的采集、传输与识别，实现生理信号的实时监测正是本文的主要研究内容。通过建立以生理传感器为测试节点，以人体本身作为各点信号与接收机之间的传输媒质，建立起基于人体通信的人体信息的实时监测系统。影响传感器信号人体通信的主要参数包括信号耦合方式、信号电压、信号电流、载波频率、编码方式、传输速率等参数特征。下文将对这些因素对传感器信号人体通信的影响进行详细研究和分析。 一、通信信道特性 1.1人体信道电磁特性 人体组织和其他导电介质一样都遵循电磁波传输理论，当在人体加载电场时，电磁场在人体内部有一定的趋肤深度，人体组织可看作电导率很小的介质，其趋肤深度为[1-2]:δ=2σ槡εμ(1)式中:σ是电导率，ε是相对介电常数，μ是磁导率，由于人体组织是非磁性材料，因此这里的磁导率为真空磁导率1。当σ/ωε1时，人体组织可看作电导率很大的介质，其趋肤深度为:δ=ε槡πμσf(2)式中:f是外加电磁场频率。为了减小传感器信号通过人体进行信号传输时对人体内部组织的影响，应有效利用趋肤效应，使传感器信号沿人体体表进行传输。 1.2人体信道安全性要求 在考虑采用人体作为信号传输通道的场合，需要考虑其所能承受的安全电流等相关特性。外露于电、磁时变效应的安全限制，基于建立的健康效应的电磁场(EMF)参见国际委员会的电离辐射防护(ICNIRP)。如图1所示，根据频率的领域，物理量用来指定外露在EMF 的基本限制如下:频率范围1Hz～10MHz的电流密度(J);指定频率范围100kHz～10GHz的能量吸收率(SAR);频率范围10～300GHz的功率密度(S)。在设计基于人体通信的生理传感器时，考虑到其低发射功率、低能耗、长期使用的要求。选择了1kHz～10MHz作为信号的传输频段，并根据该频段对电流密度的要求，结合表1将传感器输出信号的电流控制在如表所示的频率范围与之对应的电流范围以内。 二、传感器信号人体耦合方法及对比 基于本文第一部分对以人体作为通信信道的信道特性的分析后，要想稳定可靠地完成传感器信号在人体信道中的传输，需要选择合理的信号耦合方式。同无线通信通过空气进行数据传输不同，人体通信信道是电磁特性复杂的人体组织结构。如何采取有效方式将信号耦合，进人体信道并实现信号在人体信道中的高效传输是实现人体通信最为关键的问题。目前主要认为人体通信系统通过三种方式将信号耦合到人体信道:电流耦合、电容耦合、天线耦合[3-4]。电流耦合将人体当作导体，需要从人体接导线引出信号，不适于高频传输;电容耦合即通过静电场耦合，不需要导线，却易受外界环境的干扰;天线耦合即通过电磁波耦合，利
学习人体与健康的体会 学了这门通识课才知道，健康是有多么重要，也清楚地了解到健康的含义。健康是指一个人在身体、精神和社会等方面都处于良好的状态。传统的健康观是“无病即健康”，现代人的健康观是整体健康，世界卫生组织提出“健康不仅是躯体没有疾病，还要具备心理健康、社会适应良好和有道德”。因此，现代人的健康内容包括：躯体健康、心理健康、心灵健康、社会健康、智力健康、道德健康、环境健康等。健康是人的基本权利，是人生最宝贵的财富之一；健康是生活质量的基础；健康是人类自我觉醒的重要方面；健康是生命存在的最佳状态，有着丰富深蕴的内涵。 要保证身心健康发展，就要知道怎么保持健康的身心？ 首先，树立明确的生活目标斯大林说：“只有伟大的目标，才能产生伟大的毅力”。目标是灯塔，目标是旗帜，一个人如果没有生活的目标，就只能在人生的征途上徘徊，永远达不到理想的彼岸，生活就显得平庸、乏味、无聊，就可能滋生各种有害健康的恶习。人生在世，需要追求的东西很多，但由于受到生活环境层次、社会文化情景层次和个人实际条件等主、客观因素的限制，往往是“熊掌和鱼”不可兼得。这就要求我们在现实生活中牢牢把握这样一个原则：要“鱼”，还是要“熊掌”，即确定明确的奋斗目标。 然后，凡事宽以待人《心灵导师?情绪管理》一书指出：付出，让你更健康。在当今世界，科学技术突飞猛进，知识经济已见端倪，竞争已达到了白热化的地步。明确目标，追求人生成功，纵然是获得健康的要素，但伸出援助之手，宽以待人，协手共进，却使人永远年轻、健康、快乐的“添加剂”。华德先生是美国最大通讯公司的广告和公共关系部门的主管，闲暇时，他为堪萨斯州感化院的
“假释犯”当义工，为儿童之家募款，还捐出了14加仑的血液给州立血库，这一切令华德先生觉得：“我是个快乐的家伙！”他健康充实的人生说明了“宽以待人，行善乐施”能美化人生，抵抗生活压力。我们知道，心胸宽大的人较快乐。 其次，养成良好的生活习惯。我国上古时代的奇书《黄帝内经》上说：“上古之人，其知道者，法于阴阳，和于数术，饮食有节，起居有常，不妄劳作，故能形与神俱，而尽终其天年，度百岁乃去”。这里特别强调了饮食有节，起居有常，要求人们养成良好的生活习惯。良好生活习惯会使人终生受益，其中对健康的价值更是不可低估！可是在现实生活中，有些同学对此却不以为然，他们无论是生活、娱乐、休息和学习都缺乏一种规律性，常常是心血来潮，忘乎所以，凡事都好走极端。例如，有人喜欢通宵达旦地看书、下棋、玩牌、跳舞，平时吃饭、睡眠都缺乏规律性等等。这对身体健康是有严重危害的。 最后，保持青春活动力的秘诀在于运动。科学研究证明，通过体育活动可以促使头脑清醒，思维敏捷。因为体育运动能够使大脑获得积极性休息，改善大脑的供血状况，使大脑保持正常的工作能力；体育运动能够促进血液循环，提高心脏功能，特别是在运动时，冠状动脉的血流量要比安静时高10倍。国外一位生物学家实验发现，马拉松运动员的冠状动脉的直径要比一般人长1~2倍，这就是运动能预防冠性病的生理依据；运动还能改善呼吸系统的功能。由于肌肉活动时需氧量增加，呼吸加速、加深，这就促进了肺及其周围肌肉、韧带的发展和功能的提高；运动还可以使骨骼、肌肉结实有力。在此，我要提醒大家在锻炼时要注意掌握以下两个要点：第一是适度，第二是持之以恒，坚持不懈。
電擊對人體的危險性分析 壹、前言 隨著電力的普及化及工商業的發達，電氣化的機器設備已大量被應用於產業界，是以，電氣技術員與作業人員，無論是從事於電氣設備檢修、保養或是機器操作，有可能因人為作業疏失、設備裝置不良或絕緣劣化致發生電擊災害。鑑於去年(93年)加工出口園區相繼發生兩件電擊死亡事故，分別為某勞工從事高壓電氣檢測及保養清潔作業遭電擊致死，以及某電工從事無塵室天花板電氣軌道安裝作業時不慎觸電身亡，爰為使區內員工深入瞭解電擊對人的危險，並資借鏡避免是類事件再次發生，復為配合園區管理處推動零災害政策，職是之故，順應以「電擊對人體的危險性分析」著手研究，期藉由拙文的探討能讓勞工朋友有更臻正確的電氣安全知識，進而對電擊危害之預防有所助益，以杜絕災害事故之發生，俾保障全體同仁之生命安全，減少事業單位之災害損失。 貳、決定電擊的嚴重性(Determining The Severity Of An Electric Shock) 在電氣告示牌上通常寫著「高電壓危險」，這是否意謂著一個人遭受電擊是因為電壓造成的傷害？如果不是，那麼是由什麼原因所造成呢？我想很多人有此疑惑，有必要加以釐清，以下謹就上述疑問，縷析如后，就低壓而言，大部份是電流造成的傷害，惟對高壓而言，則是由於電壓和電流二者造成的傷害。由於電流通過電阻元件會產生熱，是以，倘電流通過人體，人體電阻產生的熱勢將危害體内器官；又當一個人碰觸高電壓時，這高電壓將使電流在離開人體的那一點造成爆發電流，電壓愈高則愈有機會迫使較大的電流穿過一個較低電阻的人體。例如當某人之一手碰觸非接地線，而雙腳係在被接地的情況，此時人體恰好為電流建立一條流通路徑，惟電擊的嚴重性是由通過人體的電流量、時間、電源頻率、流過人體的路徑與電擊當時人體的情況來決定。準上，雖知電壓和電流都是造成電擊的原因，然並未見電壓出現在上揭電擊嚴重性的因素中，顯然電擊傷害之直接原因並非電壓而是電流。
目录 摘要 (1) Abstract (2) 引言 (3) 1 人体通信与无线体域网 (3) 1.1无线体域网简介 (3) 1.2短距离无线通信技术分析对比 (3) 1.3人体通信信号耦合方式 (5) 2仿真系统模型建立 (7) 2.1仿真环境介绍 (7) 2.2功能简介 (7) 2.3仿真系统模型 (8) 3仿真实验与结果分析 (8) 3.1电场分布 (9) 3.2频率对人体通信的影响 (9) 结束语 (9) 参考文献 (10)
人体通信 摘要: 便携式消费电子产品和医疗卫生保健市场的迅速发展，推动着新兴信息技术的变 革。人体通信技术以人体作为数据传输通道，为便携式电子设备建立起无线网络，降低了监测系统的复杂度，具有新的历史意义以及广阔的应用前景。本文首先回顾了人体通信技术在国内外的研究现状，对比了人体通信中信号的三种耦合方式，详细分析了人体通信研究使用的组织结构模型和通信信道模型。在此基础上，本文建立了更为贴近实际的多层组织结构人体通信系统模型，从电磁场与人体相互作用的角度探讨了人体通信的信号传输机制和特性。通过仿真实验，本文分析了人体通信信道在不同方向上的信号衰减率，获取了人体通信的最佳通信频段，并对人体通信的其他影响因素，如收发器与人体表面的间距、电极尺寸、电极间距等进行了分析，为人体通信技术的进一步发展提供指导依据。仿真结果表明，在人体通信中，电磁波信号在人体表面的传播具有表面波的特征，沿人体表面，场强衰减缓慢，远离人体表面，场强衰减迅速；电场在平行和垂直于人体表面的方向上具有不同的衰减常数，垂直于人体表面的场强分量强于平行分量；在0～1000MHz的频率范围内，500--600MHz是最佳的人体通信频段；在收发器与人体表面相隔一定距离的情况下，同样可以实现良好的通信，信号传输主要集中在人体表面5mm的距离范围内；设计的收发器应适于接收垂直于人体表面的电场分量，考虑到随收发器和人体表面之间距离的增加，信号损耗增大，需考虑改进收发器结构以提高信号接收效率。 关键词：人体通信；多层结构组织模型；表面波；衰减常数
健康人体的基本参数值 1. 正常心率：每分钟75次 健康成年人安静状态下，心率平均为每分钟75次。正常范围为每分钟60-100次。成人安静时心率超过100次/分钟，为心动过速；低于60次/分钟者，为心动过缓。心率可因年龄、性别及其他因素而变化，比如体温每升高1℃，心率可加快12-20次/分钟，女性心率比男性心率稍快，运动员的心率较慢。 2. 正常体温：36.3℃-37.2℃（口测法） 临床上通常用口腔温度、直肠温度和腋窝温度来代表体温。口测法（舌下含5分钟）正常值为36.3℃-37.2℃；腋测法（腋下夹紧5分钟）为36℃-37℃;肛测法（表头涂润滑剂，插入肛门5分钟）为36.5℃-37.7℃。在一昼夜中，人体体温呈周期性波动，一般清晨2-6时最低，下午13-18时最高，但波动幅度一般不超过1℃。只要体温不超过37.3℃，就算正常。 3. 血红蛋白（HbB）：成年男性（120-160克/升），成年女性（110-150克/升） 临床上以血红蛋白值佐为判断贫血的依据。正常成人血红蛋白值90-110克/升属轻度贫血；60-90克/升属中度贫血；30-60克/升属重度贫血；白细胞计数（WBC）：4-10*（10的9次方）个/升 白细胞计数大于10*（10的9次方）个/升称白细胞增多，小于10*（10的9次方）个/升称白细胞减少。一般地说，急性细菌感染或炎症时，白细胞可升高；病毒感染时，白细胞会降低。感冒、发热可由病毒感染引起，也可由细菌感染引起，为明确病因，指导临床用药，医生通常会让你去查一个血常规。 5. 血小板计数（PLT）：100-300*（10的9次方）个/升 血小板有维护血管壁完整性的功能。当血小板数减少到50*（10的9次方）个/升以下时，特别是低至30*（10的9次方）个/升时，就有可能导致出血，皮肤上可出现瘀点瘀斑。血小板不低皮肤上也常出现“乌青块”者不必过分紧张，因为除了血小板因素外，血管壁因素，凝血因素，以及一些生理性因素都会导致“乌青块”的发生，可去血液科就诊，明确原因。 6. 尿量：1000-2000毫升/24小时 24小时尿量>2500毫升为多尿。生理性多尿见于饮水过多或应用利尿药后。病理性多尿见于糖尿病、尿崩症，肾小管疾病等。 7. 24小时尿量夜尿量：500毫升 夜尿指晚8时至次日晨8时的总尿量，一般为500毫升，排尿2-3次。若夜尿量超过白天尿量，且排尿次数明显增多，成为夜尿增多。生理性夜尿增多与睡前饮水过多有关；病理性夜尿增多常为肾脏浓缩功能受损的表现，是肾功能减退的早期信号。除肾功能减退以外，夜尿增多还可能是男性前列腺增生、老年女性子宫脱垂、泌尿系统感染、糖尿病、精神紧张等原因所致。 8. 尿红细胞数（RBC）正常值：0-3个/高倍视野 尿红细胞>3个/高倍视野，称为镜下血尿。 尿红细胞尿白细胞计数（WBC）正常值：5个/高倍视野，称为镜下脓尿。尿中若有大量白细胞，多为泌尿系统感染，如肾盂肾炎、肾结核、膀胱炎或尿道感染。 10.精子存活时间：72小时。卵子存活时间：24小时。 安全期避孕遭遇安全期不安全的麻烦，除了把排卵期搞错以外，还有一个不容忽视的因素就是：由于精子在女性体内可存活3天之久，因此即使当天不是排卵日，只要处于受孕期（排卵前4天至排卵后2天），女性依然很有可能受孕。 11.两大血型系统：ABO和Rh ABO血型系统将血液分为4型：A型、B型、AB型和O型。Rh血型系统将血型分为两型：Rh阳性型和Rh阴性型。在白种人中，85%为Rh阳性血型，15%为Rh阴性血型。在我国，99%的人属Rh阳性血型，Rh阴性属于稀有血型。 A-A：A、O ； A-B：A、B、O、AB ； A-AB：A、B、AB ； A-O：A、O
自然人机交互技术研究 摘要：人机交互(Human-Computer Interaction,HCI)是研究人、计算机以及它们间相互作用的技术。人机交互的功能主要依靠可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。该领域的发展使得人机交互愈加趋于方便和自然化，并且随之产生了多种类型的人机交互模式。在现在的3D游戏市场上，人机交互领域已经出现了很多成熟的产品，如苹果的iPhone和微软的kinect，它们普遍具有方便灵活且人性化的用户操作模式，为人们的生活带来了很大的便利。 本文主要是对微软kinect的研究，并在此的基础下提出一种能识别手指运动的简单系统。该系统以两个普通CMOS摄像头作为图像采集接口，实时采集用户做出的各种手势图像，利用计算机双目视觉技术，实现了一个三维空间内的多手指点检测、定位和识别的系统，结构比较简单、容易实现、成本较低，在三维鼠标等方面有着较大的应用前景。 关键词：人机交互，kinect，深度获取，手指识别
目录 摘要............................................................................................................. I 1 项目需求的分析 (1) 2 项目的国内外研究现状 (2) 2.1国内研究现状 (2) 2.2国内研究现状 (3) 3 项目的研究内容 (4) 4 项目研究内容的技术路线 (5) 4.1微软kinect介绍 (5) 4.2 手指手势的识别 (7) 4.2.1双摄像头的标定 (8) 4.2.2手势分割和指尖检测模块 (10) 4.2.3指尖三维重建模块 (12) 5 项目讨论 (13)