智能传感器：医疗、健康和环境的关键应用 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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编辑推荐

　　掌握可穿戴、智慧医疗、环境监测中的先进传感技术。

　　简单易读以帮助你更好理解传感器技术的各种进展与挑战。

　　特色

　　1、描述了传感器和创建一个点对点智能传感器应用所需要的硬件和软件组成；

　　2、分析了设计一个成功的传感器应用所需考虑的非技术因素；

　　3、讲解了传感器在医疗、健康保健和环境监测方面应用实用案例。

内容简介

　　在智能时代，智慧医疗、穿戴式运动追踪、生活环境监测等相关科技产品正逐渐改变人类的生活方式，而这其中传感器起着关键作用。智能传感器：医疗、健康和环境的关键应用正是基于此从基本理论和现实具体案例应用等方面对传感器技术在医疗、健康和环境监测中的应用进行了深入的探讨。并且还特别对这些领域特有的社会、法规和设计方面内容进行了独到分析，这在其他图书中很少能学习到。

　　智能传感器：医疗、健康和环境的关键应用采用基于应用的方式，使用真实案例来讲解传感器应用方面的实用经验。通过设计和验证流程，引导读者了解传感器应用的研究、部署和管理等各阶段。

　　帮助临床医疗和技术研究者、工程师、学生等广大读者理解并解决在学习、开发传感器应用过程中面对的技术性与非技术性的挑战。

作者简介

　　作者简介

　　Michael J. McGrath博士是欧洲英特尔实验室的高级研究员，已经在英特尔实验室工作14年，承担过多个项目的管理和研究工作。他的研究领域包括环境和穿戴式的传感器应用、网络技术、移动技术和数据管理技术。他曾担任独立生活科技研究中心（TRIL Centre）的项目负责人，主要研究方向是发展支持独立生活的技术。他与他人合著了《Wireless Sensor Networks for Healthcare Applications》（2009年由美国Artech House出版社出版）。

　　Cliodhna Ní Scanaill博士是欧洲英特尔实验室的高级传感器应用工程师，她开发和使用大规模传感器系统用于环境监测。在2006年加入英特尔实验室前，她已经在独立生活科技研究中心致力于防跌倒的研究5年多时间，担任软件工程师、研究员和项目负责人。她的研究方向包括跌倒和老龄化、体育和健身传感技术、传感器网络的设计及其管理。

　　Dawn Nafus博士是欧洲英特尔实验室的高级研发科学家，她负责人类学研究用于激发新产品开发及其策略。她获得英国剑桥大学人类学专业的博士学位，曾经是英国埃塞克斯大学（University of Essex）的研究员。她在学术杂志发表了很多有关技术和社会的文章，并与公共政策制定者和行业领导者一同解决问题，例如扩大公众在开源社区参与度。她的研究方向包括时代经历、技术和现代化相关的信仰、评估全球技术应用的政治、数字人类学。

精彩书评

　　本书提供了传感技术及其在医疗、健康和环境监测等应用中的广泛讲解。从传感器硬件到系统应用及案例研究，本书为读者提供了对技术的深入见解以及如何应用它们。我强烈推荐本书给对无线传感技术和相关应用感兴趣的人员。

　　——伦敦帝国理工学院 Dr. Benny Lo

　　本书以清晰易读的方式讲解了感知技术、传感器以及大量现有和新兴应用的复杂性。并探讨了将传感器网络与基于云的大数据分析结合，以提供大量新兴应用来改变人们生活方式的可能性。真正将大数据实用于改善个人生活与健康水平。

　　——都柏林城市大学 CLARITY传感器网络技术中心 国家传感器研究中心 项目首席科学家 Dermot Diamond

　　本书使读者了解传感器技术的端到端之旅，从工程的角度覆盖基础知识，介绍如何处理和可视化数据，同时提供许多应用领域的实际案例。这对任何学习传感器技术的人都是非常有益的。同时本书还为参与应用传感器系统研究和开发的人员提供了一个全面的讲解。我强烈推荐本书给任何希望扩大他们在这方面知识的工程师！

　　——阿尔斯特大学 生物医学工程教授 Chris Nugent

目录

原书序
原书前言
第1章 引言
1.1 本书的主要内容
1.2 传感器的历史概述
1.3 传感器应用的驱动力
1.3.1 健康与健身
1.3.2 人口老龄化
1.3.3 个性化医疗
1.3.4 公共卫生
1.3.5 技术交互
1.3.6 国家安全
1.3.7 物联网
1.3.8 水和食物
1.3.9 环境挑战
1.4 传感器应用面临的挑战
1.5 传感器实现创新
参考文献

第2章 传感技术与传感器基础
2.1 传感器和传感技术的定义
2.2 主要传感模式介绍
2.3 机械传感器
2.3.1 MEMS传感器
2.3.2 加速度计
2.3.3 陀螺仪
2.4 光学传感器
2.4.1 光电传感器
2.4.2 红外传感器
2.4.3 光纤传感器
2.4.4 干涉仪
2.5 半导体传感器
2.5.1 气体传感器
2.5.2 温度传感器
2.5.3 磁传感器
2.5.4 光学传感器
2.5.5离子选择性场效应晶体管
2.6 电化学传感器
2.6.1 电位型传感器
2.6.2 电流型传感器
2.6.3 电量传感器
2.6.4 电导传感器
2.7 生物传感器
2.7.1 生物传感器的换能器
2.7.2 生物传感器的主要特性
2.8 应用领域
2.8.1 环境监测
2.8.2 医疗
2.8.3 保健
2.9 传感器特性
2.9.1 检测范围
2.9.2 传递函数
2.9.3 线性和非线性
2.9.4 灵敏度
2.9.5 环境影响
2.9.6 输入修正
2.9.7 输入干扰
2.9.8 迟滞
2.9.9 分辨率
2.9.10 准确度
2.9.11 精度
2.9.12 误差
2.9.13 统计特性
2.9.14 可重复性
2.9.15 公差
2.9.16 动态特性
2.10 小结
参考文献

第3章 传感器关键技术:硬件和软件概述
3.1 智能传感器
3.2 传感器系统
3.3 传感器平台
3.3.1 Arduino I/O板
3.3.2 Shimmer
3.3.3 智能手机和平板电脑
3.4 智能传感器的微控制器
3.4.1 CPU
3.4.2 常用微控制器
3.5 接口和嵌入式通信
3.5.1 嵌入式数字接口和协议
3.5.2 模拟接口
3.6 传感器通信
3.6.1 标准有线接口
3.6.2 中短距离无线通信标准
3.6.3 专有无线协议
3.7 电源管理和能量采集
3.7.1 电源管理
3.7.2 能量采集
3.8 微控制器的软件和调试
3.8.1 IDE
3.8.2 开发语言
3.8.3 测试代码
3.9 小结
参考文献

第4章 传感器网络拓扑理论及设计
4.1 传感器网络构成要素
4.1.1 传感器节点
4.1.2 信息汇聚器、基站及网关
4.2 传感器网络拓扑结构
4.3 传感器网络的应用
4.3.1 个人局域网络
4.3.2 家庭传感器网络
4.3.3 广域网
4.4 传感器网络的特征和挑战
4.4.1 安全
4.4.2 传感器网络面临的挑战
4.5 小结
参考文献

第5章 传感器数据处理和增强
5.1 数据认知
5.2 物联网
5.3 传感器和云
5.4 数据质量
5.4.1 解决数据质量问题
5.5 传感器数据融合
5.6 数据挖掘
5.7 数据可视化
5.8 大传感数据
5.9 小结
参考文献

第6章 法规与标准：传感器技术的注意事项
6.1 医疗设备法规
6.1.1 CE认证
6.1.2 美国食品药品监督管理局
6.1.3 其他医疗设备监管者
6.2 医疗设备的标准
6.2.1 行业标准和认证
6.2.2 质量管理体系标准
6.2.3 临床研究标准
6.2.4 数据互操作性标准
6.3 环境传感器的法规
6.3.1 环境噪声
6.3.2 环境空气质量
6.3.3 室内空气质量
6.3.4 饮用水
6.3.5 射频频谱的监管和分配
6.4 挑战
6.4.1 针对具体国家的监管程序
6.4.2 移动健康应用程序
6.4.3 个性化医疗
6.4.4 大众科学
6.5 小结
参考文献

第7章 生物传感器的数据经济
7.1 论证的基础
7.2 为什么基于“应该”的技术开发难有成效
7.3 基于“应该”设计的后果
7.4 为什么设计需要考虑种种“可能因素”
7.5 “可能因素”数据经济的要求
7.6 小结
参考文献

第8章 家庭与社区传感器的使用
8.1 医疗领域的挑战
8.2 研究设计
8.2.1 提出研究问题
8.2.2 临床群体特征
8.3 家庭使用传感器
8.3.1 家用与社区使用的传感技术
8.3.2 穿戴式传感器的评估应用
8.3.3 周围环境监测传感技术
8.3.4 用户设备入口
8.3.5 用户反馈
8.4 家用传感器的管理
8.5 远程使用传感器结构
8.6 样机设计过程
8.6.1 与用户共同设计
8.6.2 与多学科团队成员共同设计
8.7 数据分析与智能数据处理
8.8 案例研究
8.8.1 案例一：量化计时起走（QTUG）测试
8.8.2 案例二：日常活动和步态速度的环境监测评估
8.8.3 案例三：专注生活训练
8.9 经验总结
8.9.1 安装过程
8.9.2 关键传感器的隐藏
8.9.3 数据质量
8.9.4 用户参与
8.10 小结
参考文献

第9章 医疗应用的穿戴式、周围环境监测与用户使用的传感技术
9.1 改变我们医疗工作的方式
9.2 传感器检测的背景信息在医疗中的应用
9.3 基于医院和社区的传感技术用于评估和诊断
9.3.1 监测生命体征
9.3.2 心率
9.3.3 血压
9.3.4 体温
9.3.5 呼吸速率
9.3.6 血氧的监测
9.4 社区应用的传感技术
9.5 基于家庭的临床应用
9.5.1 慢性疾病管理
9.5.2 用于研究的不定期监测
9.5.3 活动和行为的监测
9.5.4 生物力学康复
9.5.5 聚合与管理
9.5.6 智能手机作为医疗平台
9.6 自我护理诊断试剂盒
9.6.1 酶/免疫学检测
9.6.2 酶试纸
9.6.3 色谱湿法化学
9.6.4 家庭检测市场
9.6.5 家庭基因测试
9.7 关键驱动因素和挑战
9.7.1 医疗系统方面的驱动因素和挑战
9.7.2 技术驱动因素和挑战
9.7.3 消费者驱动因素和挑战
9.8 基于传感器医疗应用的未来
9.9 小结
参考文献

第10章 保健、健身及生活方式传感技术的应用
10.1 驱动力与阻力：运动与健身传感技术
10.1.1 运动与健身传感技术的驱动力
10.1.2 运动与健身传感技术的障碍
10.2 运动与健身传感技术的应用
10.2.1 支持无线技术
10.2.2 健身传感技术
10.2.3 服装传感技术
10.2.4 运动装备传感技术
10.2.5 运动和健身的统计数据
10.3 活动与保健
10.3.1 肥胖与体重管理
10.3.2 睡眠
10.3.3 姿态监测
10.3.4 人身安全
10.4 保健、健身和生活方式中传感应用的未来
10.5 小结
参考文献

第11章 对人类健康的环境监测
11.1 环境监测传感技术发展的驱动力
11.1.1 产品成本
11.1.2 智能手机
11.1.3 市民认知
11.1.4 采样
11.1.5 环境传感技术与网络通信技术
11.2 应用瓶颈
11.2.1 功耗
11.2.2 稳定性和成本
11.2.3 技术限制
11.2.4 安全问题
11.2.5 可用性和可拓展性
11.2.6 兼容性
11.2.7 数据质量和所有权
11.3 环境监测参数
11.3.1 空气质量和大气条件
11.3.2 环境天气
11.3.3 UVA/UVB检测
11.4 水质监测
11.4.1 水质物理参数检测传感技术
11.4.2 水质化学性质传感技术
11.4.3 水质生物病原体传感技术
11.4.4 移动式水质检测传感技术
11.4.5 环境噪声污染
11.5 辐射检测
11.6 环境对食品的影响
11.7 环境监测的未来方向
11.8 小结
参考文献

第12章 总结与展望
12.1 现状
12.2 展望
12.2.1 普遍性
12.2.2 技术
12.2.3 个性化医疗
12.2.4 众包
12.2.5 传感技术交互
参考文献

前言/序言

　　原书前言

　　健康是一切幸福的基础。——李?亨特 19世纪英国诗人

　　当我们刚开始打算写一本关于传感器及其应用的书时，我们还对书的主题和形式有一点犹豫。尽管有一些优秀的关于传感器及其功能的书籍，但是我们还是觉得这是一个机遇，给传感器的发展、使用和评价提供一些实践性的见解。在英特尔数字健康集团和独立生活科技研究中心的六年合作中，我们涉足为数以百计的爱尔兰老人开发和使用医疗技术。在那段时间，我们在多学科交叉的团队中工作，获得了很多病人和临床专家的深入见解，学到了很多有价值的知识。这些经验有助于我们更好地理解传感器技术如何能被成功应用和外部因素如何能影响真实世界的传感器应用。在《智能传感器：医疗、健康和环境的关键应用》中，我们采用实践和容易理解的方式分享了我们了解的知识。我们介绍的主题包括设备规范、管理传感器的使用、数据形象化和社会因素，这些都是现代传感器应用的基础，很少在传感器或相关领域专业书籍中讨论。我们还讨论了这些技术的发展趋势，比如智能手机和平板电脑的众多应用，影响着传感器在消费市场中应用的扩展。

　　我们关注医疗、保健、环境监测领域，因为它们是我们在21世纪中面对的最大的全球挑战。传感技术在这些领域中扮演着重要的角色，使我们了解影响我们生活的各种因素，包括我们的健康状况、生活习惯、饮食和饮用水、呼吸的空气和居住的生活环境质量。在这个传感技术越来越多的世界，我们想要写一本简单易懂的书，有助于临床和技术研究者、工程师、学生和那些对传感器好奇的人理解在发展传感器应用过程中传感器面对的技术性与非技术性的挑战。我们希望本书也有助于相关领域专家，如临床医生和工程师，从而更加全面地了解传感器的应用。

　　第1章为引言，概述了全书的主要内容；第2～5章描述了传感器和创建一个点对点智能传感器应用所需要的硬件和软件组成；第6～8章描述了设计一个成功的传感器应用所需考虑的非技术因素；第9～11章描述了传感器在健康、保健和环境监测中的应用；第12章对全书进行了总结与展望。读者可以连续阅读每个章节，也可以选择感兴趣的章节进行阅读。在整本书中，我们加入了参考文献和外部材料，从而让读者能更加深入地理解主题信息。尽管我们从健康、保健和环境监测的视角讨论传感技术，但我们相信《智能传感器：医疗、健康和环境的关键应用》的核心内容适用于所有传感技术领域。

　　我们希望在读完本书后，你们不仅会分享我们对传感技术和传感器应用的认识，你们也会分享我们对传感器应用和这些微小设备快速进化使我们的生活变得更加美好的好奇和惊讶。

　　——英特尔欧洲实验室 Michael J. McGrath 、Cliodhna Ní Scanaill

　　原书序

　　生命的数学

　　你是否通过电子显微镜观察过岩石样本分子的形貌？是否使用红外相机看过沥青的黑色？是否采用微型摄像药丸检测过你的肠道？是否检查过五个月后会出生的宝宝的脚趾？这个世界充满了神秘感，超越了我们传统的五大感官能够感知的范围。

　　现在，新的时代已经到来，我们可以看到和感受到超越我们自身的、内在和外在的神奇。人体内部和人体外部的传感技术在讲述着揭示、发现和康复的故事，讲述着我们在捕捉心脏跳动信号，测量血氧水平，检测电脉冲信号，给我们的肌肉和神经带来生命和活力，或者使我们的呼吸和体液述说着我们现在和未来的快乐与悲伤的故事。我们能感知和叙说这些快乐与悲伤，并把它们尽可能地利用起来。

　　生物传感器能感知我们的健康和幸福，它们已经融入我们的日常生活。我所说的生物传感器的定义非常广泛，作为传感器检测我们的身体属性和居住环境。因此，我们的计划是使用生物传感器检测健康的可见的和不可见的物质，加强测量的准确性，并用传感技术为人们做出快速响应和预警。

　　为什么?为什么是现在？因为我们已经准备好了，因为我们必须这样做。我们准备好了，是因为主要的技术发展趋势正在发生融合：信息革命包括全球网络、流行的计算和作为商品的计算机程序（“应用程序”）；与此同时，纳米技术的进步为使用合适的传感器铺平了道路。我们必须这样做，是因为存在急需解决的问题，从而满足生活的多方面需要。

　　我们很幸运地生活在这样一个时代，一个军事、医疗和工业进步在排队加入智能手机革命的时代，它并不是火箭科学或者心脏手术，而是可能在全球普及并适应我们日常生活的相关需求。

　　数字生活

　　对我来说，这些都是我发自内心的感受。我是一个糖尿病患者，正是科技才能使我活下去——感谢葡萄糖传感器的30多年的发展。传感技术在我日常生活中的作用已经帮助我成为全球技术先驱公司的一名生物传感技术决策者。

　　糖尿病是一个被信息技术控制状态的最好例子。从本质上讲，状态是碳水化合物消耗、药物摄入和运动之间相互影响——作为个人监测的生物传感器。基于相互影响，我可以做一个计算：如果我食用的蛋卷冰淇淋拥有28g的碳水化合物，我把它除以4（我自身的特定系数），然后注射7

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