發布日期：2022-05-20 點擊率：40
本文從物聯網在醫療行業中的應用現狀著手，分析了現有的面向醫療行業物聯網的概念，并從狹義和廣義角度對其進行剖析。借鑒物聯網的現有體系架構，針對面向醫療行業物聯網的特點，分析了醫療物聯網體系架構設計時應考慮的領域業務范疇和體系架構模型標準，并對面向醫療行業物聯網的關鍵技術進行歸納，分析其在醫療領域應用的場合，最后指出未來智慧醫療的發展方向。
1、物聯網在醫療行業中的應用現狀
智慧醫療的發展分為七個層次：一是業務管理系統，包括醫院收費和藥品管理系統;二是電子病歷系統，包括病人信息、影像信息;三是臨床應用系統，包括計算機醫生醫囑錄入系統(CPOE)等;四是慢性疾病管理系統;五是區域醫療信息交換系統;六是臨床支持決策系統;七是公共健康衛生系統。
總體來說，中國的醫療處在第一、二階段向第三階段發展的階段，還沒有建立真正意義上的CPOE，主要是缺乏有效數據，數據標準不統一，加上供應商欠缺臨床背景，在從標準轉向實際應用方面也缺乏標準指引。我國要想從第二階段進入到第五階段，涉及到許多行業標準和數據交換標準的形成，這也是未來需要改善的方面。
在遠程智慧醫療方面，國內發展比較快，比較先進的醫院在移動信息化應用方面其實已經走到了前面。比如，可實現病歷信息、病人信息、病情信息等的實時記錄、傳輸與處理利用，使得在醫院內部和醫院之間通過聯網，實時地、有效地共享相關信息，這一點對于實現遠程醫療、專家會診、醫院轉診等可以起到很好的支撐作用，這主要源于政策層面的推進和技術層的支持。但目前欠缺的是長期運作模式，缺乏規模化、集群化的產業發展，此外還面臨成本高昂、安全性及隱私問題等，這也是刺激未來智慧醫療發展的原因。
鑒于目前智慧醫療的應用現狀，物聯網技術的發展和成熟，使得物聯網技術在醫療衛生領域的應用擁有巨大潛力，能夠幫助醫院實現對醫療對象(如病人、醫生、護士、設備、物資、藥品等)的智能化感知和處置，支持醫院內部醫療信息、設備信息、藥品信息、人員信息、管理信息的數字化采集、處理、存儲、傳輸、決策等，實現醫療對象管理可視化、醫療信息數字化、醫療流程閉環化、醫療決策科學化、服務溝通人性化，能夠滿足醫療健康信息、醫療設備與用品、公共衛生安全的智能化管理與監控等方面的需求，從而解決醫療平臺支撐薄弱、醫療服務水平整體較低、醫療安全生產隱患等問題。醫療服務應用模式主要有身份確認、人員定位及監控、就診卡雙向數據通信、移動醫療監護、生命體征采集。醫藥管理應用模式主要有藥品供應鏈管理、藥品防偽、服藥狀況監控、生物制劑管理。醫療器械管理應用模式主要有手術器械管理、消毒包的管理、醫療垃圾處理、高價、放射性、銳利器械的追溯。
2、面向醫療行業物聯網的相關概念解析
隨著信息領域及相關學科的發展，相關領域的科研工作者分別從不同的方面對面向醫療行業物聯網進行了較為深入的研究，但是對于面向醫療行業物聯網的概念還沒有給出一個精確的定義。
2.1、相關概念
目前針對物聯網在醫療領域的應用主要有這幾個關鍵詞：醫療物聯網、物聯網醫學、健康物聯網、智慧醫療、醫療健康物聯網。相關的英文為medical internet of things、health internet of things。
從這幾個概念看可將其分為狹義和廣義兩類，狹義上的醫療物聯網指對醫療服務機構(如醫院、社區衛生院，鄉鎮衛生院)內部的醫療、設備、藥品、人員、管理信息的數字化采集、處理、存儲、傳輸、決策等，實現醫療對象管理可視化、醫療信息數字化、醫療流程閉環化、醫療決策科學化、服務溝通人性化的新型應用管理模式。
筆者認為，廣義上的醫療物聯網(健康物聯網、醫療健康物聯網)不僅能實現對衛生行業信息化主體的醫療服務機構內部的管理模式的新的應用，同時還針對監管機構、公共衛生服務機構(如疾控中心、婦幼保健站等)、制造機構(如藥品、醫療器械、保健品和制造廠商)、商業機構(藥械健的流通業，包括批發商和零售商)及醫保機構(社會保險機構、新農合保險機構及商業醫療保險公司)，使其滿足醫療健康信息、醫療設備與用品、公共衛生安全的智能化管理與監控等方面的需求，并實現醫療服務應用模式(身份確認、人員定位及監控、就診卡雙向數據通信、移動醫療監護、生命體征采集)、醫藥管理應用模式(藥品供應鏈管理、藥品防偽、服藥狀況監控、生物制劑管理)、醫療器械管理應用模式(手術器械管理、消毒包的管理、醫療垃圾處理、高價、放射性、銳利器械的追溯)及醫保機構應用模式(保險機構的報銷管理、糾紛管理等)立體化的醫療衛生行業全覆蓋的數字化、智能化、高清化、無線化的物聯網應用模式。
2.2、面向醫療行業物聯網特點
醫療衛生行業是指向公眾提供醫療服務和公共衛生服務及相關產品的產業。該產業所涉及的業務廣、流程復雜，組成元素種類繁雜、分布廣泛。物聯網應具有全面感知，可靠傳輸，智能處理等功能，因而，面向醫療衛生領域的物聯網系統不僅需要涉及到感知和參數采集設備等前端傳感器設備，也需要物聯網應用網關和通信網絡接入，同時還涉及醫療信息化基礎設施建設以及外部醫療服務資源的整合。
3、醫療物聯網體系架構研究
3.1、物聯網體系架構研究現狀
(1)ITU-T在2002年建議中描述的USN高層架構作為基礎，自下而上分為底層傳感器網絡、泛在傳感器網絡接入網絡、泛在傳感器網絡基礎骨干網絡、泛在傳感器網絡中間件、泛在傳感器網絡應用平臺5個層次。
USN分層框架的一個最大特點是依托下一代網絡(NGN)架構，各種傳感器網絡在最靠近用戶的地方組成無所不在的網絡環境，用戶在此環境中使用各種服務。
(2)web of things體系結構它定義了一種面向應用的物聯網， 把萬維網服務嵌入到系統中，可以采用簡單的萬維網服務形式使用物聯網。這是一個以用戶為中心的物聯網體系結構， 試圖把互聯網中成功的、 面向信息獲取的萬維網應用結構移植到物聯網上，用于簡化物聯網的信息發布和獲取[5]。
(3)自主體系結構是為了適應于異構的物聯網無線通信環境而設計的體系結構。該自主體系結構采用自主通信技術。自主通信是以自主件( self ware)為核心的通信， 自主件在端到端層次以及中間結點，執行網絡控制面已知的或者新出現的任務， 自主件可以確保通信系統的可進化特性[5]。
3.2、醫療行業物聯網體系架構構建的幾點思考
體系架構概念：目前人們對于“系統架構”這一概念有多種看法，沒有完全一致的定義。在參考文獻[6]中采用的系統架構的定義是：一個系統中最重要最基本的設計，包括系統的設計風格及架構中各元素或子系統的劃分和組織、各元素或子系統的功能及其之間的相互關系和作用、系統和外部環境相互關系和作用。
由于物聯網在醫療領域的應用規模大、感知節點密度高、業務流程復雜，無論是醫院內部或是醫療行業間，面向醫療行業的物聯網在全面感知、可靠傳輸、智能處理等方面都具有很大的異構性，為了實現全民的健康醫療，需要實現異構信息之間的互聯、互通與互操作，未來的體系架構應能融合現有的醫療信息系統，并采用統一規范的標準進行數據交換、存儲，并實現資源共享，即體系架構的框架應具有兼容性、開放性、層次性及可擴展性等特點。筆者認為物聯網體系架構的研究總體上應遵循軟件工程的開發思想，分析面向醫療領域物聯網應用的場合和特點;然后制定醫療物聯網體系架構的通用原則和總體需求，即需求分析階段;再進一步詳細分析和設計，定義通用框架和功能結構模型;并對醫療領域的相關業務流程進行描述。功能結構模型應按照分層思想對每層功能集進行適當拆分，定義功能集之間的訪問接口點，接口的定義，接口參數的設計，相應的物理實現等。有如下幾個細節的問題需要考慮。
3.2.1、面向醫療行業物聯網體系應用場合(定位)問題
醫療衛生行業包括醫療服務體系、公共衛生服務體系、藥品供應保障體系和醫療保障體系，由于體系架構是對行業內部的信息的全面整合，并針對我國已進入老齡化社會的現狀，所以在構建物聯網體系架構模型時不能只是局限于業務流程相對復雜的醫療服務體系，而應將這四大體系都納入其中。實現醫改中對全人全程健康管理，實現醫療對象、醫療流程的全過程標準化管理;實現“小病在社區，大病在醫院”，居家養老的應用場合。同時，該體系架構的定位重點部署在醫院和社區家庭兩類環境區域，并通過多種基礎通信網絡(如3G/LTE、WiFi、因特網，等)與衛生行政監管機構及第三方服務機構的信息系統互連互通，支持智慧醫院和醫療健康管理服務，并支持第三方服務及行政衛生監管。
在醫療服務體系中，醫療信息化的技術手段主要服務在門診、住院、檢驗三個方面，引入物聯網可實現對醫療對象、醫療過程的全方位管理，可實現對門診流程再造，住院流程再造，檢驗流程再造。
3.2.2、現有的面向醫療物聯網體系架構的分層問題
現有的研究中對物聯網的分層有分三層，即感知層、網絡傳輸層和網絡層，也有的分五層：感知采集層、傳輸接入層、網絡通信層、網絡傳輸層及服務應用層，那么面向醫療物聯網具體應分為幾層。筆者認為所分層次問題是抽象的粒度問題，分層太多，層和層之間的接口點的定義相對復雜，分層太少，層的復用粒度也就相對較少。無論采用何種分層結構，都應實現全面感知、可靠傳輸和智能處理的功能。建議在具體層數的劃分上應在現有物聯網體系架構基礎上，針對不同行業特點制定。比如在ITU-T的USN的物聯網架構之上并根據醫療衛生行業特點、應用類型和場景作相應調整，制定體系架構框架的設計方案。
3.2.3、底層網絡中的設備選取問題
現有醫療物聯網通常所采用的元器件有RFID和傳感器，選取何種，應根據不同的應用場合，按照不同應用的特點選取合適的器件，這屬于按照架構實施時的問題。
3.2.4、同現有醫療信息化建設基礎設施融合問題
加入對物品的定位和追蹤的物聯網不是對現有網絡的取代，而是在現有網絡基礎上增加新的功能，相應網絡的基礎設施也應按照ITU-T的建議，在下一代網絡基礎上，實現醫療衛生領域內的人與物、物與物之間的泛在通信，同時擴大和增加對全民健康服務的力度。
4、醫療物聯網關鍵技術及應用情況
4.1、RFID技術
(1)RFID技術特點：RFID 是Radio Frequency Identification 的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標簽，是整個物聯網技術中的核心。在物聯網中，物品(商品)能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。其實質是利用RFID 技術，通過計算機互聯網實現物品(商品)的自動識別和信息的互聯與共享。
在智慧醫療中的應用一般通過多種方式附著在資產、物品或者人員身上，作為其身份唯一性標識，并可能采集其他相關數據(比如血壓、溫度等)上傳至閱讀器，閱讀器通過有線或者無線方式傳輸到后臺主機系統，經過特定程序分析，解析出相關有用信息，激發應用系統后續控制機制。
4.2、無線傳感器網絡技術
無線傳感網是由大量部署在監測區域內的傳感器節點構成的多個、自組織的無線網絡系統。能夠實時地檢測、感知和采集節點部署中研究者感興趣的感知對象和各種信息，并對這些信息進行處理后以無線方式發送出去，通過無線網絡最終發送給研究者。
在智慧醫療中的應用通常是無線傳感器網絡利用其自身的優點(如低費用、簡便、快速、實時無創的采集患者的各種生理參數等等)，使其在醫療研究、醫院普通/ICU病房或者家庭日常監護等領域中有很大的發展潛力，是目前研究領域的熱點。
在病人身上放置用于檢測人體參數的微型傳感器節點，可對病人的心率、血壓、心電、心音等生理參數進行遠程實時監測，并將信息匯總傳送給監護中心，進行及時處理與反饋;利用WSN長期收集被觀察者的人體生理數據，對了解人體健康狀況以及研究人體疾病都很有幫助。此外，在藥物管理和研制新藥品、血液管理等諸多方面，也有其獨特的應用。
總之，無線傳感器網絡為未來的遠程醫療監護系統提供了更加簡便、低費用的實現手段。無線醫療傳感器節點逐漸向多參數、智能化、微型化、低功耗等方向發展，無線傳感器網絡也將逐漸被實際應用于醫療領域。發展與組建具有智能化的病房與社區監護系統是當今國內外醫療發展的趨勢。
4.3、web 服務
web 服務技術是一種新的分布式計算技術，它將傳統的web 應用程序的業務層中的核心業務進行抽象封裝，并放置于第三方機構中，能夠實現應用程序之間的互操作，并可以使用各種計算平臺、手持設備、家用電器對其進行動態查找、訂閱和訪問，極大地拓展了應用程序的功能，實現了軟件的動態綁定。基于此技術，可以實現醫院信息平臺和外部系統之間的互操作，并且能夠保證應用程序具有封裝性、松散耦合、使用標準協議規范、高度可集成、易構建等特點。并可用于實現基于第三方的醫療信息平臺之間資源的整合，實現電子病歷的存儲和共享，有助于實現全民性的電子健康檔案。
目前數據交換按照目前應用最為廣泛的一個國際醫療數據標準--HL7 ，該標準就是基于web服務的醫療領域應用層的一個應用。基于物聯網在醫療領域的應用也必將遵循數據交換的標準，對現有的平臺進行集成[7,8]，并實現物與物，物與人及人與物的“交流”。
其目前最新的是v3版本，該版本相對于v2版本的消息驅動，采用參考信息模型模型驅動，基于該模型，系統能夠為醫療活動中產生的各種信息以及信息之間的關系提供一致性的組織框架。
4.4、云計算
云計算是一種并行的、分布式的系統，由虛擬化的計算資源構成，能夠根據服務提供者和用戶事先商定好的服務等級協議動態地提供服務。云計算具有服務資源池化、可擴展性、寬帶網絡調用、可度量性、可靠性等特點。
云在醫療領域中的應用被稱為“健康云”。傳統的醫療系統中，服務器、網絡和存儲等IT基礎設施是分散的，這些分離的系統無法實現對信息的有效共享和對醫療系統的統籌管理。云計算可以實現對醫療系統的優化和動態管理;可以將分散的系統進行整合，形成統一的醫療信息基礎設施，提供類型多樣的健康管理應用，為每一個人制訂個性化的方案。
為了實現新醫改中的“加快醫療衛生信息系統的建設，以建立居民健康檔案為重點，構建鄉村和社區衛生信息網絡平臺”的目標，必須建立擴充原有的醫療系統和平臺。政府正在推廣以電子病歷為先導的智能醫療系統，要對醫療行業中的海量數據進行存儲、整合和處理，滿足遠程醫療的實時性要求，云計算是建立智能醫療系統的理想解決方案。文獻11中， 設計一種基于 SaaS 模式的醫療物聯網信息服務平臺的解決方案。通過將電子健康檔案和云計算平臺融合在一起，每個人的健康記錄和病歷能夠被完整地記錄和保存下來，在合適的時候為醫療機構、主管部門、保險機構和科研單位使用。
4.5、中間件
物聯網中間件的主要作用在于將實體對象轉換為信息環境下的虛擬對象，因此數據處理是中間件最重要的功能。同時，中間件還具有數據搜集、過濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的對象信息傳到后端的應用系統。
因為不同的應用領域對于結點控制的可靠性、實時性、安全性有不同的要求， 所以， 需要針對不同應用領域，設計和實現不同控制力度的應用中間件。設計和實現物聯網應用的中間件， 可以隔離物聯網特定聯網系統， 滿足快速應用開發的需求。在設計和實現物聯網應用中間件過程中， 需要參照物聯網相關領域的應用平臺服務接口標準，可以在設計和實現物聯網應用中間件過程中， 提取與實現無關的部分， 形成該領域的物聯網應用平臺服務接口技術規范。中間件是針對物聯網應用特點而設計的開發平臺和基礎框架。它的主要作用是隔離底層醫療信息感知網絡與上層應用，屏蔽底層不同生理信息采集設備在通信協議、數據格式等方面的差異，為上層應用開發提供統一的數據處理、網絡監控、應用開發以及服務調度接口，從而簡化醫療健康服務網絡的部署和相關應用開發。
針對醫療健康服務的行業需求特點及終端產品特點，設計和實現網關級應用中間件平臺，并在此基礎上，研制網關設備，完成系統集成和應用的開發部署。物聯網應用中間件平臺的整體架構。
在建立物聯網應用中間件之后， 就可以進一步設計和實現物聯網應用系統， 包括基本應用系統和特定應用系統。基礎研究方面的挑戰，技術開發方面的挑戰。
4.6、大數據
目前物聯網在醫療中的應用只是局限于某個單一業務，在未來面向醫療行業的物聯網中，RFID標簽及傳感器將布置于醫療衛生系統的各個角落，這些設備會源源不斷地產生大量的數據，對這些大數據[12]需要云計算的基礎平臺與支撐技術，將醫療服務機構中的業務按照緊急程度分類，并按照處理模式的不同對業務采取合適的技術進行處理，并對大數據按照抽取與集成、分析及數據解釋的流程，最終得出對醫療有價值的數據。
5、未來智能醫療發展方向
將物聯網技術用于醫療領域，借由數字化、可視化模式，可使有限醫療資源讓更多人共享。從目前醫療信息化的發展來看，隨著醫療衛生社區化、保健化的發展趨勢日益明顯，通過射頻儀器等相關終端設備在家庭中進行體征信息的實時跟蹤與監控，通過有效的物聯網，可以實現醫院對患者或者是亞健康病人的實時診斷與健康提醒，從而有效地減少和控制病患的發生與發展。此外，物聯網技術在藥品管理和用藥環節的應用過程也將發揮巨大作用[13]。
隨著移動互聯網的發展，未來醫療向個性化、移動化方向發展，到2015年超過50%的手機用戶使用移動醫療應用，如智能膠囊、智能護腕、智能健康檢測產品將會廣泛應用，借助智能手持終端和傳感器，有效地測量和傳輸健康數據。
同時，需要在整合交付網絡/整合交付系統 、醫院資源規劃管理、、個人健康記錄、臨床輔助，預防醫學、費用和健康統計、注交換和互操作、標準和協議、電子健康檔案和電子病歷[14]及數字化醫院方面給予給大的關注。
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