Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

Магнитометрия, акустические и инерциальные технологии локального позиционирования в здравоохранении

https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-5-7-23

Полный текст:

Аннотация

Введение. Определение местоположения подвижных объектов в закрытых помещениях обретает все большую актуальность в сфере здравоохранения. Слежение за перемещениями пациентов в режиме реального времени позволяет оказывать им своевременную медицинскую помощь при резком ухудшении жизненных показателей. Особенно важно отслеживать местоположение пациентов, перенесших хирургические вмешательства, так как риск наступления смерти вследствие возникновения послеоперационных осложнений для них крайне высок. Применение технологий локального позиционирования в составе телемедицинских систем позволяет решить указанную проблему, тем самым снизив уровень смертности пациентов и повысив качество медицинского обслуживания.

Цель работы. Изучение применимости магнитометрии, инерциальных и акустических технологий для локализации пациента в здании клиники.

Материалы и методы. Проведен анализ отечественных и зарубежных научных источников, посвященных локальному позиционированию на базе перечисленных технологий. Включенные в обзор работы опубликованы не ранее 2016 г. Большинство из них представлено в журналах с impact-фактором не ниже 3.

Результаты. В результате анализа сделан вывод о том, что ни одна из рассмотренных технологий не может использоваться самостоятельно. Инерциальные датчики обладают высокой точностью, но со временем погрешность измерений возрастает, поэтому они нуждаются в постоянной корректировке. Позиционирование на базе геомагнитного поля затрудняется помехами, вызываемыми работой аппаратов магнитно-резонансной томографии и рентгеновскими установками, повсеместно использующимися в медицинских учреждениях. Активная магнитометрия также имеет ряд недостатков, затрудняющих локальное позиционирование. Позиционирование на базе ультразвука может осложняться помехами, возникающими в результате работы аппаратов УЗИ. Использование слышимого звука создает шумовое загрязнение и негативно влияет на здоровье пациентов. Помимо этого акустические технологии не способны обеспечить безопасный канал связи для обмена данными.

Заключение. Рекомендовано комбинировать рассмотренные технологии позиционирования с другими технологиями в целях устранения обозначенных недостатков.

Об авторах

И. В. Черепанова
Научно-исследовательский институт кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
Россия
Черепанова Ирина Владимировна – инженер по специальности "Радиоэлектронные системы" (2012, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники), мл. науч. сотр. лаборатории регистров сердечно-сосудистых заболеваний, высокотехнологичных вмешательств и телемедицины, ул. Киевская, д. 111а, Томск, 634012, Россия


И. В. Поспелова
Научно-исследовательский институт кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
Россия
Поспелова Ирина Владимировна – инженер по специальности "Радиоэлектронные системы" (2012, Том-ский государственный университет систем управления и радиоэлектроники), мл. науч. сотр. лаборатории регистров сердечно-сосудистых заболеваний, высокотехнологичных вмешательств и телемедицины, ул. Киевская, д. 111а, Томск, 634012, Россия


Д. С. Брагин
Научно-исследовательский институт кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
Россия
Брагин Дмитрий Сергеевич – инженер по специальности "Радиосвязь, радиовещание и телевидение" (2005, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники), мл. науч. сотр. лабо-ратории регистров сердечно-сосудистых заболеваний, высокотехнологичных вмешательств и телемедицины, ул. Киевская, д. 111а, Томск, 634012, Россия


В. Н. Серебрякова
Научно-исследовательский институт кардиологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
Россия
Серебрякова Виктория Николаевна – кандидат медицинских наук (2010), руководитель лаборатории регистров сердечно-сосудистых заболеваний, высокотехнологичных вмешательств и телемедицины, ул. Киевская, д. 111а, Томск, 634012, Россия


Список литературы

1. Смольков М. С., Сухобок Ю. А. Анализ современных технологий построения систем indoor-навигации // Науч.-техн. и эконом. сотрудничество стран АТР в XXI веке. 2019. Т. 2. С. 88–92.

2. Evolution of Indoor Positioning Technologies: A Survey / R. F. Brena, J. P. García-Vázquez, C. E. Galván-Tejada, D. Muñoz-Rodriguez, C. Vargas-Rosales, J. Fangmeyer // J. of Sensors. 2017. Vol. 6. P. 1–21. doi: 10.1155/2017/2630413

3. Davidson P., Piché R. A Survey of Selected Indoor Positioning Methods for Smartphones // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2016. Vol. 19, iss. 2. P. 1347–1370. doi: 10.1109/comst.2016.2637663

4. A Survey on Fusion-based Indoor Positioning / X. Guo, N. Ansari, Fangzi Hu, Y. Shao, N. R. Elikplim, L. Li // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2019. Vol. 22, iss. 1. P. 566–594. doi: 10.1109/comst.2019.2951036

5. Касаткина Т. И., Чепелев М. Ю., Голев И. М. Анализ существующих технологий навигации внутри помещения // Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС: сб. матер. Всерос. науч.-практ. конф., Воронеж, 25 окт. 2018. Воронеж: ИПЦ "Научная книга", 2018. С. 211–213.

6. Вахрушева А. А. Технологии позиционирования в режиме реального времени // Вестн. СГУГиТ (Сибирского государственного университета геосистем и технологий). 2017. Т. 22, № 1. С. 170–177.

7. RealTracTechnologies. Решение для повышения эффективности и качества обслуживания пациентов медицинского центра, поликлиники или больницы. URL: https://real-trac.com/ru/solutions/medicine/ (дата обращения 28.08.2020)

8. Situm Indoor Positioning. Indoor Location for Cosier, Safer and More Connected Hospitals. URL: https://situm.com/en/solutions/indoor-navigation-and-employee-indoor-tracking-for-hospitals/ (дата обращения 28.08.2020)

9. InfSoft Smart Connaction Locations. Solutions for Real-Time Locating Systems. URL: https://www.infsoft.com/use-cases/indoor-tracking-of-patients-in-hospitals (дата обращения 28.08.2020)

10. Navigine. Healthcare. URL: https://navigi-ne.com/industries/healthcare/ (дата обращения 28.08.2020)

11. Indoo.rs. Healthcare. URL: https://indoo.rs/industries/healthcare/ (дата обращения 28.08.2020)

12. Оптические технологии локального позиционирования в здравоохранении (аналитический обзор) / И. В. Поспелова, Д. С. Брагин, И. В. Черепанова, В. Н. Серебрякова // Программные системы: теория и приложения. 2020. Т. 11, № 3 (46). С. 133–151. doi: 10.25209/2079-3316-2020-11-3-133-151

13. Радиочастотные технологии локального позиционирования в здравоохранении / Д. С. Брагин, И. В. Поспелова, И. В. Черепанова, В. Н. Серебрякова // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2020. Т. 23, № 3. C. 62–79. doi: 10.32603/1993-8985-2020-23-3-62-79

14. Осипов М. П., Андреев В. С. Проблема контроля движения в задаче навигации в закрытых помещениях // Информационные технологии и нанотехнологии. 2018. С. 2505–2511.

15. Морозов А. Л., Климашин М. В., Сафин Б. Г. Определение местоположения объекта в здании на основе интегральной инерциальной системы навигации // Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли АКТО-2016: сб. докл. Всерос. науч.-практ. конф. Казань: Изд-во акад. наук Респ. Татарстан, 2016. С. 608–612.

16. Ramezani M., Acharya D., Gu F., Khoshelham K. Indoor Positioning by Visual-Inertial Odometry // ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2017. Vol. IV-2/W4. P. 371–376. doi: 10.5194/isprs-annals-iv-2-w4-371-2017

17. Ilkovičová Ľ., Kajánek P., Kopacik A. Pedestrian Indoor Positioning and Tracking using Smartphone Sensors Step Detection and Map Matching Algorithm // Intern. Symp. on Engineering Geodesy, May 2016, Varazdin, Croatia. P. 1–24.

18. Wireless Indoor Positioning System with Inertial Sensors and Infrared Beacons / L. Januszkiewicz, J. Kawecki, R. Kawecki, P. Oleksy // 10th Europ. Conf. on Antennas and Propagation (EuCAP), Davos, Switzerland, Apr 2016. Piscataway: IEEE, 2016. P. 1–3. doi: 10.1109/eucap.2016.7481650

19. A Single LED Lamp Positioning System based on CMOS Camera and Visible Light Communication / Y. Q. Ji, Ch. X. Xiao, J. Gao, J. M. Ni, H. Cheng, P. Ch. Zhang, G. Sun // Optics Communications. 2019. Vol. 443. P. 48–54. doi: 10.1016/j.optcom.2019.03.002

20. Fusion of Visible Light Indoor Positioning and Inertial Navigation based on Particle Filter / Zh. Li, A. Yang, H. Lv, L. Feng, W. Song // IEEE Photonics J. 2017. Vol. 9, iss. 5. P. 1–13. doi: 10.1109/jphot.2017.2733556

21. Single LED Beacon-Based 3-D Indoor Positioning using Off-the-shelf Devices / Y. Hou, Sh. Xiao, M. Bi, Yu. Xue, W. Pan, W. Hu // IEEE Photonics J. 2016. Vol. 8, iss. 6. Р. 1–11. doi: 10.1109/JPHOT.2016.2636021

22. Кошелев Б. В., Карагин Н. А. О возможности использования смартфонов для навигации внутри помещений // Изв. Тульского гос. ун-та. Техн. науки. 2017. № 9–2. С. 131–140.

23. Han C., Zhongtao W., Longxu W. Indoor Positioning System Based on Zigbee and Inertial System // 5th Intern. Conf. on Dependable Systems and Their Applications (DSA), Dalian, China, 22–23 Sept. 2018. Piscataway: IEEE, 2018. P. 80–85. doi: 10.1109/dsa.2018.00023

24. Inertial Sensor aided Visual Indoor Positioning / W. Fu, A. Peng, B. Tang, L. Zheng // Intern. Conf. on Electronics Technology (ICET), Chengdu, China, 23–27 May 2018. Piscataway: IEEE, 2018. P. 106–110. doi: 10.1109/eltech.2018.8401435

25. Yilmaz A., Gupta A. Indoor Positioning using Visual and Inertial Sensors // IEEE Sensors, Orlando, USA, 30 Oct.–3 Nov. 2016. Piscataway: IEEE, 2016. P. 1–3 p. doi: 10.1109/icsens.2016.7808526

26. Indoor Positioning System based on Inertial MEMS Sensors: Design and Realization / C. Wu, Q. Mu, Zh. Zhang, Yu. Jin, Zh. Wang, G. Shi // IEEE Intern. Conf. on Cyber Technology in Automation, Control, and Intelligent Systems (CYBER), Chengdu, China, 19–22 June 2016. Piscataway: IEEE, 2016. P. 370–375. doi: 10.1109/cyber.2016.7574852

27. Чуйков П. Б. Определение положения объекта с использованием магнитно-инерциального метода // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов. 2018. № 17. С. 160–166.

28. Ремпель П. В., Борисов А. П. Разработка системы позиционирования на основе беспроводной сети Wi-Fi // Электронные средства и системы управления: материалы докл. Междунар. науч.-практ. конф. / Томский ГУ систем управления и радиоэлектроники. Томск, 2018. № 1–2. С. 41–43.

29. Касаткина Т. И., Войцеховский М. А., Голев И. М. О перспективах использования систем магнитного позиционирования на объектах ФСИН России // Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС: сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф., Воронеж, 25 окт. 2018 г. Воронеж: ИПЦ "Научная книга", 2018. С. 204–207.

30. Study on an Indoor Positioning System Using Earth's Magnetic Field / Sh.-Ch. Yeh, W.-H. Hsu, W.-Y. Lin, Y.-F. Wu // IEEE Trans. on Instrumentation and Measure-ment. 2020. Vol. 69, iss. 3. P. 865–872. doi: 10.1109/tim.2019.2905750

31. Bai Y. B., Gu T., Hu A. Integrating Wi-Fi and Magnetic Field for Fingerprinting based Indoor Positioning System // Intern. Conf. on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), Alcala de Henares, Spain, 4–7 Oct. 2016. Piscataway: IEEE, 2016. P. 1–6. doi: 10.1109/ipin.2016.7743699

32. Binu P. K., Krishnan R. A., Kumar A. P. An Efficient Indoor Location Tracking and Navigation System using Simple Magnetic Map Matching // IEEE Intern. Conf. on Computational Intelligence and Computing Research (ICCIC), Chennai, India, 15–17 Dec. 2016. Piscataway: IEEE, 2016. P. 1–7. doi: 10.1109/iccic.2016.7919537

33. Bimal B., Hwang S., Pyun J. An Efficient Geomagnetic Indoor Positioning System Using Smartphones // The 3rd Intern. Conf. on Next Generation Computing (ICNGC2017b), Taiwan, July 2018. P. 3–6.

34. An Indoor AC Magnetic Positioning System / G. De Angelis, V. Pasku, A. De Angelis, M. Dionigi, M. Mongiardo, A. Moschitta, P. Carbone // IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement. 2014. Vol. 64, iss. 5. P. 1267–1275. doi: 10.1109/tim.2014.2381353

35. Blankenbach J., Norrdine A., Hellmers H. Adaptive Signal Processing for a Magnetic Indoor Positioning System // Proc. of the Intern. Conf. on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), Guimarães, Portugal, 21–23 Sept. 2011. URL: http://ipin2011.dsi.uminho.pt/PDFs/Shortpaper/66_Short_Paper.pdf (дата обращения 05.11.2020)

36. A Robust Indoor Positioning System based on Encoded Magnetic Field and Low-Cost IMU / F. Wu, Yu. Liang, Yo. Fu, X. Ji // IEEE/ION Position, Location and Navigation Symp. (PLANS), Savannah, USA, Apr. 2016. Piscataway: IEEE, 2016. P. 204–212. doi: 10.1109/plans.2016.7479703

37. An IMU/magnetometer-based Indoor Positioning System using Kalman Filtering / H. Hellmers, A. Norrdine, J. Blankenbach, A. Eichhorn // Intern. Conf. on Indoor Positioning and Indoor Navigation, Montbeliard-Belfort, France, 28–31 Oct. 2013. Piscataway: IEEE, 2013. P. 1–9. doi: 10.1109/ipin.2013.6817887

38. Accurate 3D Positioning for a Mobile Platform in Non-line-of-sight Scenarios Based on IMU/magnetometer Sensor Fusion / H. Hellmers, Z. Kasmi, A. Norrdine, A. Eichhorn // Sensors. 2018. Vol. 18, iss. 1. 126 p. doi: 10.3390/s18010126

39. An Ultrasonic Indoor Positioning System for Harsh Environments / D. J. Carter, B. J. Silva, U. M. Qureshi, G. P. Hancke // IECON 2018 44th Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, Washington, Oct. 2018. Piscataway: IEEE, 2018. P. 5215–5220. doi: 10.1109/iecon.2018.8591161

40. Osaki Sh., Naito K. Proposal of Indoor Positioning Scheme Using Ultrasonic Signal by Smartphone // Innovation in Medicine and Healthcare Systems, and Multimedia. Smart Innovation, Systems and Technologies: Proc. of KES-InMed-19 and KES-IIMSS-19 Conf. Springer, Singapore. 2019. P. 583–592. doi: 10.1007/978-981-13-8566-7_53

41. Бурцев А. Г., Жангабулов Т. А. Сравнение различных численных методов для решения задачи ультразвукового позиционирования подвижного робота в закрытом пространстве // Инженерный вестн. Дона. 2016. Т. 41, № 2 (41). 32 c.

42. An Indoor Ultrasonic Positioning System based on TOA for Internet of Things / J. Li, G. Han, Ch. Zhu, G. Sun // Mobile Information Systems. Vol. 2016. Art. ID 4502867 10 p. doi: 10.1155/2016/4502867

43. Broadband Acoustic Local Positioning System for Mobile Devices with Multiple Access Interference Cancellation / T. Aguilera, F. Seco, F. J. Álvarez, A. Jiménez // Measurement. 2018. Vol. 116. P. 483–494. doi: 10.1016/j.measurement.2017.11.046

44. Ultrasonic Indoor Positioning for Smart Environments: A Mobile Application / E. Diaz, M. C. Perez, D. Gualda, J. M. Villadangos, J. Urena, J. J. Garcia // 4th Experiment@Intern. Conf. (exp. at'17). Faro, Portugal, Jun 2017. Piscataway: IEEE, 2017. P. 280–285. doi: 10.1109/expat.2017.7984382.

45. Mier J., Jaramillo-Alcázar A., Freire J. J. At a Glance: Indoor Positioning Systems Technologies and their Applications Areas // Intern .Conf. on Information Technology &Systems. Springer, Cham, 2019. P. 483–493. doi: 10.1007/978-3-030-11890-7_47

46. Qi J., Liu G. P. A robust High-Accuracy Ultrasound Indoor Positioning System based on a Wireless Sensor Network // Sensors. 2017. Vol. 17, iss. 11. P. 2554. doi: 10.3390/s17112554

47. Latvala S., Sethi M., Aura T. Evaluation of Out-of-band Channels for IoT Security // SN Computer Science. 2020. Vol. 1, № 1. Art. 18. doi: 10.1007/s42979-019-0018-8


Для цитирования:


Черепанова И.В., Поспелова И.В., Брагин Д.С., Серебрякова В.Н. Магнитометрия, акустические и инерциальные технологии локального позиционирования в здравоохранении. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2020;23(5):7-23. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-5-7-23

For citation:


Cherepanova I.V., Pospelova I.V., Bragin D.S., Serebryakova V.N. Magnetometry, Acoustical and Inertial Indoor-Positioning in Healthcare. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2020;23(5):7-23. (In Russ.) https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-5-7-23

Просмотров: 164


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)