无线胶囊内镜中的集成感知与通信：一种基于Wi-Fi的实时视频传输技术，应用于物联网医疗（IoMT）

《IEEE Journal on Selected Areas in Communications》：Integrated Sensing and Communication in Wireless Capsule Endoscopy: A Wi-Fi-Based Approach for Real-Time Video Transmission in IoMT

无线胶囊内镜系统通过2.45GHz WiFi与UWB共形天线结合实现实时视频传输，在人体组织模拟环境中验证了5米距离下的高保真成像和低延迟通信，为远程医疗和实时诊断提供新方案。

　　

摘要：

WiFi具有较高的数据传输速率和稳定的连接性，结合了集成感知与通信（ISAC）技术，实现了无缝的实时视频传输，确保了最小的干扰和高质量的成像效果，适用于临床应用，如无线胶囊内镜检查（WCE）。所提出的系统采用了一种新型的超宽带（UWB）共形天线，工作在2.45 GHz频段，专门支持基于WiFi的系统在人体内部实现高速无线通信。通过利用ISAC技术，该系统高效地整合了实时感知与通信功能，在动态的人体内部环境中优化了数据传输并保持了信号完整性。胶囊内配备了微型摄像头模块，能够捕捉高分辨率图像，并通过低延迟的WiFi通信模块实时将视频数据传输到外部接收器。整个系统架构包括了医疗物联网（IoMT）连接性、基于云的处理框架以及优化的节点传输机制，以实现无缝的数据中继。为了评估系统的性能，在模拟人体组织条件的真实环境中进行了实验。实验结果表明，该系统能够在最远5米的距离内实现视频传输，确保了可靠且高保真的内镜可视化效果。实验结果验证了基于WiFi的WCE技术在持续胃肠道监测中的可行性，凸显了其在实时诊断、远程医疗和远程医疗应用中的潜力。

引言

医疗物联网（IoMT）代表了医疗领域的重大变革，它实现了跨各种医疗设备的实时数据传输和远程诊断，这是在第五代及后续（5G/B5G）通信技术场景中提出的[1]。体内通信通常依赖于工业、科学和医疗（ISM）频段的电磁（EM）射频波[2]。无线体域网（WBAN）是IoMT场景中的关键组成部分，这些网络由相互连接的传感器组成，用于收集与人体活动相关的数据。近年来，WBAN已成为推进远程医疗和远程健康解决方案的核心[3]。这一变革部分是由COVID-19大流行推动的，它凸显了无需患者和医疗人员亲自到场即可进行临床数据传输的必要性[4],[5]。许多标准的WBAN解决方案使用了未授权的工业、科学和医疗（ISM）频段，具体范围为2.4至2.5 GHz，因为该频段具有广泛的可用性和与众多设备的兼容性[6],[7]。作为物联网（IoT）生态系统的一个重要组成部分，IoMT利用Wi-Fi技术提供了可靠的连接性和数据交换[8],[9]。