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物联网医学的历史、发展与展望-医疗模式的变革-“物联网医学”

2021-02-22

医疗模式的变革-“物联网医学”

一、物联网医学的定义

(一)定义

在网络技术得以深远发展的今天,物联网概念的问世,打破了之前将物理基础设施和IT基础设施分开的传统思维,人与人之间的通讯已经不足以满足信息化社会对通信的要求,传感技术、RFID和网络技术的成熟使人与物品,物品与物品之间的通信成为可能。业内普遍认为,信息技术的第一次革命是计算机的发明和普及,第二次革命是互联网的发展,第三次革命便是“物联网”。追溯源头,物联网的概念最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机—Networked Coke Machine。1995年,比尔.盖茨在《未来之路》中第一次提到了“物联网(Internet of Things)”,但真正被提出来的时间是在1999年;2005年11月17日,在突尼斯举行的信息社会世界峰会上,国际电信联盟(ITU)发布了“ITU互联网报告2005:物联网”,正式提出了物联网的概念。

物联网,是“传感网”在国际上的通称。顾名思义,就是“物与物相连的互联网”。有两层含义:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。其定义为物体通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网或是移动通信网络相连接,进行信息交换和通信,通过电脑或手机实现对物体实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。根据ForrESter预测,到2020年,全球物与物互联的业务与现有的互联业务之比将达到30:1,其规模比互联网更大。

目前,物联网发展处于初期阶段,发达国家利用传统优势希望巩固其在物联网研发和应用方面的地位。首先,通过出台整体的国家战略,指引本国或地区物联网发展的总体方向,占领物联网发展的全球战略制高点。其次,他们对物联网技术研究的资金投入制订了方向,并且不断加大其投入力度,从盈利的角度吸引相关企业的参与,同时,从不松懈对基础技术的研究。第三,制定率先在一定区域建立试点的发展策略,并且以能够提升整个社会群众的生活质量为目的,重点在能够增强其自身竞争力的领域投入大量资金,对此类的应用加大研究力度。

物联网医学,是把多种传感器嵌入和装备到医疗行业的设备中,将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现医院、病人与医疗设备的整合。随着电子医学兴起、无线传感技术和物联网技术的出现,新生的物联网医学有望渐渐走进普通百姓的生活之中。物联网医学将可能改变未来社会的就医模式:在将来的整合超大智能型网络中,存在计算能力超级强大的中心计算机集群,对整个网络内的医生、病人、设备完成实时的管理和调控,一个新的医疗服务模式将有条不紊地运行。

全球主要发达国家十分关注物联网技术在医疗卫生领域的信息化建设。物联网的概念最早是在1999年由美国麻省理工学院(MIT)Auto-ID中心的Kevin Ashton和他的团队共同提出,他们提出物联网是依托射频识别技术的一种网络,传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇。使所有的物品实现智能化识别和管理,形成The internet of things,这是物联网发展初期提出的概念,但是这一概念仅仅指的是基于RFID技术的实物互联,随着技术和应用的发展,物联网的涵义已经发生了较大的变化。

SUN公司的Melon Steven(2003)提出物体可以被计算机自动识别然后进行跟踪、监控,以及相应的管理,这是RFID作为电子标签这一技术的应用,这就是物联网。由此可见,Kevin Ashton和Melon Steven对物联网的定义比较接近,都是以RFID技术为基础来定义物联网。

ITU(2005)在WSIS(信息社会世界峰会)上对物联网的定义为:人与人、人与物、物与物之间,运用(射频识别技术RFID、传感技术、云技术)在日常生活用品中镶嵌到移动接收器,形成了一种新的交流方式,那么不管在什么时间、什么地点都可以互相交流。与Ashton等人对物联网的定义相比,该定义强调的是物联网互联物品的特征、并向我们展示了它的发展愿景:人们通过物联网的应用获得了一个新的沟通维度,即从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接,扩展到人与物、物与物之间的沟通连接。

IBM公司首席执行官彭明盛(2009)在“智慧的地球”中对物联网如下解释:全球“智慧”状态的实现是通过新型的计算机技术将传感器镶入到人们肉眼可以看到的各种物体中,通过物与物之间的互联形成“物联网”,然后通过云技术将数据和信息整合起来,实现人与物,物与物之间的联通和控制,最终实现“智慧地球”。IBM同时也首次提出智慧医疗的概念,并提出了除此之外物联网在各个领域应用的解决方案。

美国作为振兴经济的新武器,奥巴马总统就职后,积极回应了IBM公司提出的“智慧地球”概念,并很快将物联网的计划升级为国家战略,2008年,IBM进一步提出了“智慧的医疗”概念,设想把物联网技术充分应用到医疗领域中,实现医疗的信息互联、共享协作、临床创新、诊断科学以及公共卫生预防、医疗平台的整合、电子健康档案等方面应用。日本提出2006~2010年IT发展任务“u-Japan”战略,目的之一就是希望通过信息技术的高度应用,促进医疗系统的改革,解决高龄社会的医疗福利的问题。新加坡2006年实施“智慧国2015”计划,欲将新加坡建设成为以信息通信为驱动的国际大都市;无线新加坡项目目前已在新加坡拥有7500个热点,为新加坡国民提供了真正意义上的全方位无线网络。韩国提出了“无所不在的智能社会”,让民众在医疗领域可以随时随地的享有物联网医学服务。欧盟提出要让欧洲在基于互联网的智能基础设施上领先全球,已推出物联网在药品管理中各成员国使用专用序列码,以减少药品制假、赔偿、欺诈和分发中出现的错误。

我国政府为物联网的发展营造了良好的政策环境,2009年8月,我国政府提出“感知中国”后,“物联网”一时成为国内热点,迅速得到了广泛关注。加快物联网技术研发,促进物联网产业的快速发展已成为国家战略需求。物联网已被写进政府工作报告和“十二五”规划中,与新能源、新材料、节能环保、生物医药等一起被认为是国家要大力发展的战略性新兴产业。我国是世界上少数能够实现物联网技术产业化国家之一,我国有多年的信息科学技术的积累及互联网的普及,中国物联网的发展将与世界同步。

我国对物联网在医疗领域的应用也相当重视,特别提出了《卫生系统“十一五”IC卡应用发展规划》2009年5月23日,专门就RFID在医疗卫生行业的应用召开了一次会议,这些相应政策的出台,为物联网在医疗行业应用的发展打了一针催化剂。

物联网技术在医疗领域中的应用几乎遍及该领域的各个环节,物联网医学是将物联网技术应用于健康医学、健康医疗、医院物联网、健康监测、健康管理等医学卫生健康领域而形成的一个新兴的重要交叉学科,它基于现代物联网技术解决医学卫生健康领域的各种问题。顾名思义,物联网医学中的“物”就是各种与医学活动相关的事物,包括健康人、亚健康人、患者、医生、护士、医疗器械、检查设备、药品等等;“联”就是信息交互,把上述“事物”产生的相关信息进行传输、交互和共享;“网”就是流程,物联网医学可以控制和改变信息的流向,各类健康、亚健康、患者的健康状况的发展,各种医疗活动相关的工作流程。通过把医学相关的“物”有机地“联”成一张“网”,物联网医学得以利用感知技术与智能装置对医疗卫生相关的事物和行为进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现各医学对象、各医学数据的交互和无缝链接,达到对医疗卫生健康领域的各种行为和变化的实时控制、精确管理和科学决策目的。

物联网医学的核心可以用3个字来概括:“感”“知”“行”。“感”就是数据采集和信息获取,包括采集人体体征参数、获取周边环境信息、感知设备和人员状况,比如连续监测高血压患者的血压;“知”就是数据智能分析,获取医学相关的知识,比如针对患者的连续血压值,计算机自动分析出他的血压状况是否正常,如果不正常,生成报警信号通知相关医生知晓情况;最后,医生收到了血压值和报警信号,为其调整用药量,使其身体状况恢复正常,这就是“行”。“感”“知”“行”三者是相互循环往复的关系,医生为其调整用药后,继续对其血压值进行感知,从而展开下一轮循环。这只是举了一个简单的例子来说明物联网医学的内涵和应用。

物联网医学是社会物联网的重要组成部分,是在综合了信息化医院、智能医院、数字医院的基础上,对医院、医生、病人进行更加具体、全面、动态的描述。陆续有学者提出医疗物联网、健康物联网等相关概念,虽没有形成统一的定义和描述,但本质上都是相同的,只是描述的角度和范围不同。广义上来讲,物联网医学可以说就是医疗物联网,涉及到医疗领域的方方面面。

 

(二)物联网医学的优势

物联网的特征:首先,它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器,每个传感器都是一个信息源,不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性,按一定的频率周期性的采集环境信息,不断更新数据。其次,它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网,通过各种有线和无线网络与互联网融合,将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输,由于其数量极其庞大,形成了海量信息,在传输过程中,为了保障数据的正确性和及时性,必须适应各种异构网络和协议。最后,物联网不仅仅提供了传感器的连接,其本身也具有智能处理的能力,能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合,利用云计算、模式识别等各种智能技术,扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据,以适应不同用户的不同需求,发现新的应用领域和应用模式。

物联网产业拥有明显的发展优势。第一,物联网被确定为“十二五”时期重点发展的战略性新兴产业。2010年10月份通过了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,物联网被确定为七大战略性新兴产业之一,明确了物联网作为战略性新兴产业未来发展的重点方向、主要任务和扶持政策;第二,物联网将受惠于RFID技术发展和RFID产业政策的支持,目前我国RFID已经步入成熟期;第三,物联网产业将继续受惠于财税支持政策和投融资政策,《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》明确了加强财税和投融资扶持物联网发展的政策措施;第四,为充分发挥财政资金的引导和扶持作用,财政部2011年设立物联网发展专项基金,“十二五”期间将累计发放50亿元,预计中央今后将继续加大支持力度,而物联网产业也将继续受惠于政策支持;第五,物联网巨大的市场需求。物联网能利用传感技术进行智能交流,能大量减少工作量。在我国,今后几十年物联网将运用于智能医疗、智能交通、环境保护、公共安全、智能消防、工业监测、智能家居等多个领域。

随着我国医疗体质改革步伐的不断加快,人们对医疗卫生服务的质量要求也在不断的提高,提高医疗服务的信息化水平具有高瞻意义。目前,社会关注的医疗问题主要有医疗体系效率较低、医疗服务质量欠佳及看病难、看病贵的就医现状,如何最大限度地发挥现有医疗资源效益,使患者快速、低成本地享受更好的诊疗服务,成为管理者一直在思考的问题。将物联网技术应用到医疗服务中不仅可以提高其信息化的水平,同时也可提高医疗服务的质量和效率,这也相应的解决了传统医疗服务由于医疗资源分配不均、医院运行效率低下、公平性和可及性较差、医疗成本高、就医渠道少、医疗网点覆盖面低等困扰着广大民众的问题。

物联网医学是利用物联网技术,实现患者、医务人员、医疗设备与医疗机构之间的互动,逐步达到医疗领域的智能化。通过无处不在的网络,患者使用手持的PDA可快速便捷地与各种诊疗仪器相连,迅速掌握自身的身体状况,也可以通过医疗网络快速调阅自身的转诊信息和病历;医务人员可以随时掌握患者的病情和诊疗报告,快速制定诊疗方案。

与传统医疗服务相比,物联网医学的优势是非常明显的,可以用“5个最”总结了物联网的好处:“有利于患者获得最佳的医疗效果、最低的医疗费用、最短的医疗时间、最少的中间环节、最满意的健康服务”。理论上讲它是替代条形码,现在用条形码的地方都可以换成电子标签,更进一步来讲电子标签更具有优越性的一个方面是电子标签具有穿透性,隔着箱子也能读到,不像条形码定要对着读,电子标签具有抗污染性,表面污损还是可以读到;第二是它的读取速度,电子标签理论上每秒可以读几百张;第三就是它的读取距离,从高频的几十公分到超高频的几米甚至微波的几十米都可以读得到,还有利用芯片编码的全球唯一性,作为防伪方面的使用。物联网被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮,国际上将"物联网"称为是下一个万亿(美元)级的产业。对人类的发展来讲就是互联网改变了人与人之间的交互方式,那么物联网是革命性的改变人跟环境的交互的方式。

物联网医学在病人医疗保健中的优势也十分明显:有利于实现“预防为主”的医疗,给慢性病、亚健康患者的全面关怀;有利于减少医院门诊量,有效缓解看病难;有利于实现医疗资源共享,提高基层医护人员水平;有利于建立病人保健健康档案,为建立“分级救治、双向转诊、有序就医”格局提供支持;有利于提供移动医护解决方案,提高医护人员工作效率,减少医疗差错;有利于档案数据的存储和挖掘,为机关提高决策管理水平提供依据。总之,物联网医学在病人保健管理中应用,将有助于推动远程医疗,进行慢病监护,促进健康管理,优化医疗资源,实现医疗模式转变,提高病人的工作和生活质量。

当前医疗服务面临巨大挑战,需要新的解决办法。物联网医学的优势主要体现在以下三方面:

1、发挥名院名医的优势

我国医疗改革已经进入了攻坚阶段,医疗改革的重点之一就是大力发展基层医疗服务,加强基层医疗单位的能力建设,不断缩小城乡、地区医疗卫生资源的差距。由于传统社区医疗服务已经无法适应人们对普通中小医院医疗服务的基本要求,它在发挥其“六位一体”的功能时限制,所以导致患者会舍近求远的到大医院进行救治。这样可以提高名医的工作效率,任何时间、地点为医生教育服务,既减少大医院人满为患,又为社区医师解决了一些慢性病诊治和管理的高技术难题。

而物联网这一技术的出现及信息医疗服务中的应用会给中小医院医疗服务的状况带来大的改善,应用最新的物联网技术于中小医院医疗服务中心,可以缩短中小医院与名医名院的信息鸿沟。智能医疗服务通过RFID感知技术的应用,电子健康档案的建立、远程病情监测等应用,可以避免病人奔波、避免医生重复检查、询问病史;方便行动不便、家庭无人照料等特殊病人;降低病人费用,减少医护人员的工作强度。不久的将来将物联网技术在全国医疗服务的普及是智能医疗服务和我国医改的必要途径。物联网技术的应用对于传统的医疗服务是个挑战,同时也将会给地方医疗服务带来巨大的改善和变化。

2、无缝隙监护

无缝隙管理工作法是指以先进的管理理论为指导,以科学的管理为准绳,通过创新机制、优化职能和业务流程重组等手段,形成具有决策、执行、监督、咨询、反馈等功能持续改进的闭环管理系统。将无缝隙管理理论应用于智能医疗中,对已有的标识进行补缺、规范、整合定位,形成了一套规范完整的无缝隙监护系统,使不良事件的发生逐渐减少,确保了患者医疗安全。在降低医疗风险,减少医院的额外支出,提高患者满意度等方面发挥了重要作用。

而物联网医学不仅可以监测疾病,动态协助疾病管理,包括实时快速高效监测病情和管理病人、提醒患者按时服药、GPS定位和报警装置可协助抢救患者生命、减少住院次数,改善预后等,还可以用于临床试验,尤其是每天均要收集病人临床数据。

3、健康管理

智能医疗服务中,物联网技术有着能够对患者的信息进行存档,处理,和输出的功能。对于在社区医院就诊过的患者,医院的患者数据库就会有一份完整的信息存档,这些信息包括患者的个人基本信息,和就诊信息与患者病史和过敏史的记录。这样当患者出现紧急情况,需要向医院进行转诊治疗的时候,只要将这一份数据传送到医院便可,这样不仅可以为患者减少救治时间,同时,医院的医生也可以为患者的救治做好相应的准备。在不久的未来,当物联网技术发展到更加成熟时,应该能够实现对患者日常生命体征的测量,并且可以实时的传送到医院的患者档案库。

同步诊疗技术必须能够实现各医院能够同时获得将患者的恢复信息,和每天的检查状况。这样医疗当患者出现某个医院无法解决的紧急情况的时候,其他大医院可以先把急救方案传给这个医院,在以最快的速到患者身边进行治疗,这样一来智能医疗在康复治疗方面的作用就不言而喻了。

智能医疗必须发挥其宣传预防作用。现在很多人生活节奏快、生活习惯不健康、缺乏必要的医疗常识,等到出现病变症状时为时已晚、治疗成本巨大。如何能够使人们不生病、少生病、避免小病转化成大病?智慧医疗在宣传方面的作用就更突出,各种宣传媒体都可以与人们密切接触。医院建立了完善的健康数据平台后,可以及时统计分析人们的身体指标参数。及时对人们进行饮食、行为的指导,对不良习惯进行纠正,对部分超标数据进行对症指导和监测,就可以大大降低常见病、高发病的概率,有效地降低小病转成大病、甚至发展成不治之病的现象,提高了人们的生活质量、减轻了人们的医疗成本。所以,物联网技术应用在智能医疗服务后,在宣传预防方面的作用也同样不可忽视。
二、电子医学的演变历史

(一)无线传感技术的临床应用

目前,日新月异发展中的无线传感以及相关物联网技术,为健康信息采集、人员及物资的身份识别、精确定位奠定了技术基础,使实现实时远程医疗监护成为可能。随着无线传感器的不断发展,无线传感器网络利用其自身的优点,如低费用、简便、快速、实时无创的采集患者的各种生理参数等等,使其在医疗研究、医院普通/ICU病房或者家庭日常监护等领域中有很大的发展潜力,是目前研究领域的热点。

例如,现在医学上对重症患者的临床观测多使用重症监护室(Intensive care unit, ICU)等设施。而ICU具有设备复杂、昂贵、线路繁多、难以搬动等缺点,对于病症较轻的病人造成活动限制,对于意识不清楚、不太配合的病人又可能失去作用。复杂的设备,众多的连线,会造成病人心理上的压力和紧张情绪,可能会影响病人身体状况,使得诊断所得到的数据与真实情况有一定差距,给病人和医护人员都带来不便,可能会影响对病情的正确诊断。而基于无线传感技术的临床应用,只需要在病人身上放置用于检测人体参数的微型传感器节点,可对病人的心率、血压、心电、心音等生理参数进行远程实时监测,并将信息汇总传送给监护中心,进行及时处理与反馈;利用无线传感器网络长期收集被观察者的人体生理数据,对了解人体健康状况以及研究人体疾病都很有帮助。此外,在药物管理和研制新药品、血液管理等诸多方面,也有其独特的应用。总之,无线传感技术为未来的实时远程医疗监护系统提供了更加简便、低费用的实现手段。

在无线传感技术的临床应用中,将健康监测信息、医院电子病历与区域健康档案系统集成,面向大规模目标人群进行健康服务。从多源信息感知、多数据链路信息传输与集成、异构数据接口与发布等环节进行关键技术研究,构建医疗与健康信息采集统一模型,作为设备互联互通与信息融合的基础,研究健康服务系统与多种健康检测设备的自动标识技术、行为感知技术、环境感知技术、多种信息系统自适应适配接口,解决医疗与健康信息采集问题。在传感网络、专属网络、无线通信网络和互联网等多种传输环境下,研究多数据链路的传输与信息集成技术。解决医疗与健康相关信息的采集、传输和融合问题。

医疗健康设备接人模块可传输各种医疗终端设备检测数据,通过蓝牙、wifi或者RS232接口与医疗设备相连接,实现医疗终端数据信息传输。终端设备接人网关支持网络传输协议传输控制协议(transmission control protocol, TCP),用户数据报协议(user datagram protocol, UDP),通过以太网传输点对点协议(point-to-point protocol over Ethernet, PPPOE),DHEP(distributed hardware evolution project),域名系统(domain name server, DNS),无线网络支持连续实时监护数据和片段式数据文件传输。仪器物联网接口模块可实现通讯网络对医疗仪器,传感网络统一的感知、通讯及管理,实现仪器状态数据的读取,感知仪器的状态,通过网络功能将数据透明上传"

针对跨域医疗与健康管理中的各种数据分析需求,研究数据智能分析技术。包括数据集成与融合技术、数据仓库与数据挖掘技术、数据展示与系统集成技术等多个环节,是一项高度集成的基础性技术,为各种综合应用提供支撑。对医学与健康理论等先验知识进行计算机处理,结合健康数据、诊疗数据等信息,基于本体技术构建具体的应用知识库。在应用知识库基础上,针对具体应用,研究构建多种分析模型和分析算法,提供比对处理、统计处理、预报预警处理、因果分析处理等智能分析功能,从而提高跨域协同的效率以及健康管理技术水平。

在跨域医疗协同中不可避免存在流程管理问题。由于不同区域的医疗、医保与公共卫生管理政策等不同,要在不同区域间进行业务协同,必须要求支撑系统能够同时适应不同区域中的流程管理需求。一方面,具体业务的不同,动态调整流程中的事件过程;另一方面,跨域业务流程协同在实际应用中,以流程为核心触发不同业务活动,尽可能减小流程中冗余过程,降低流程运行成本,缩短流程执行时间。

面对跨域环境下医疗与健康信息分布广泛、管理体系差异、应用系统类型众多、数据量庞大、信息组织零散等问题,应探索基于电子病历和健康档案信息的共享和跨域机构间的流程管理技术,研发跨域业务协同多维模型、数据参考模型和业务管理事件参考模型,研究构建关联机构及其业务规则模型。基于流程管理引擎和系统集成技术,实现服务流程和业务流程的动态触发,实现跨域服务业务的自动化和流程化,实现跨域业务与局部业务的透明共享和平滑集成,完成高效、快速、低成本的跨域业务协同。跨域流程管理的业务应用涉及以下技术:①理论研究、系统建模和技术研发相结合,利用系统论观点分析节点间流程的交互方式,给出跨域流程重组的一般路径,对路径选择、利益平衡及冲突解决机制等难点问题进行深人研究。②以流程为核心驱动因素的建模技术、业务流程引擎技术、业务流程重构等技术,实现跨域业务流程管理。③研究流程重构技术、事件驱动的流程管理技术等核心技术内容,实现自适应的跨域流程管理模式。

个性化智能推荐服务技术就是根据个人诊疗与健康计划,综合分析居民的历史数据,以及可能的环境变化(如天气变化、节假日等)信息,基于信息融合技术、智能分析技术等基础技术,研究构建面向个性化服务的信息多维模型,开发信息挖掘、聚类、分析、预报等算法模块,构建基于多种渠道的信息推送系统,解决个性化预订、咨询、急救等服务问题。研究内容包括:①以嵌人式技术及传感技术为基础的病人智能标识技术。②基于多传感器的病人行为自动识别技术,形成面向病人医护的智能环境,包括病人身份自动识别、病人体征自动检测与定时采集、医生查房与护士护理时的病例自动关联、给药吃药自动校验、病人异常现象自动警报等。③在智能传感设备和基于资源共享的数据服务基础上,研究根据临床路径的结果分析和评价机制,以不断完善医疗流程,规范医疗行为,降低成本,提高质量。④通过对规范化诊治及患者个人数据中心的数据进行分析,第3方服务提供商提供系列面向医疗从业者的群体服务,为医生提供专业难点学习、焦点问题探讨等服务,并进行相应的评估测试。

针对健康服务中普遍存在的海量数据存储与管理问题,研究可定制的海量数字资源管理技术,构建面向跨域协同与健康管理的数字资源元数据模型,解决元数据的抽取、定义、语义识别与冲突消解技术,形成由数字对象标识、内容聚合技术,基于数字对象的检索技术等组成的海量数字资源管理技术,实现对上层应用的技术支撑。

在跨区域业务协同过程中,无论是医疗、公共卫生管理的业务协同过程,还是面向个人的健康管理业务,都存在海量的基础和业务数据。分布式多时态、异构、海量的数字资源应用范围都大大超出了原有区域医疗的范畴,需要在数据获取、存储与检索等环节高效、准确地进行管理,才能有效地对跨区域业务协同与健康管理应用形成支撑。针对医疗与健康服务中普遍存在的海量数据存储与管理问题,需要可定制化的海量数据资源管理技术,包括:①研究面向跨域医疗与健康业务的海量数字资源管理体系与参考模型。②对各种可能涉及的数字资源元数据进行分类、规范与标注等管理。③由数字对象标识、内容聚合技术、基于数字对象的检索技术等组成海量数字资源管理系统,结合底层数据集成与传输组件,实现对跨域协同与健康管理中相关应用的支持。

医疗领域中隐私问题非常突出。目前实践中人们还只是从法律规范、道德伦理层面去关注隐私问题,依赖于法律规范来约束敏感隐私信息的保留、发布和利用。而实际医疗活动中,医疗机构为了诊断、科学研究及医疗教学的需要,必须经常大量采集、发布、利用各种医疗数据,而这些数据经常包含着个人隐私信息。仅仅靠法律规范方式来约束是远远不够的,必须采用必要的技术手段来解决相关隐私保护问题。为在技术平台层面提供隐私保护服务,需要研究隐私保护技术环节:①对原始数据进行干扰、匿名化等处理形成新的数据集,使得新数据集不再明显地含有个人隐私信息,但同时保持原始数据的分布特征,将新数据集发布给研究机构进行分析,实现个体隐私信息的保护。②研究访问控制环节保护技术。访问控制技术支持特定安全需求的集中式权限管理,主要是针对越权使用资源的防御措施,基本目标是限制访问主体(用户、进程、服务等)对访问客体(电子病历、医疗信息系统等)的访问权限,从而使医疗数据在合法范围内使用。

解决跨域服务与健康管理全过程的个人隐私保护与信息安全问题。研究开发面向数据存储、传输与发布环节的隐私保护与信息安全技术。在数据存储环节,研究开发数据干扰、匿名泛化技术,隐藏个人隐私信息,但同时保持原始数据的分布特征;在数据传输环节,采用非自主强制访问控制技术,支持跨域多系统的集中式权限管理;在数据发布和与其他系统集成环节,采用基于安全多方计算的隐私保护,既满足信息需求,又避免隐私泄露。通过以上技术组合,实现跨域服务与健康管理的隐私保护。

 

(二)因特网互联网医学的临床应用

以移动技术为代表的普适计算、泛在网络被称为继计算机技术、互联网技术之后信息技术的第三次革命。而物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用,被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。与其说物联网是网络,不如说物联网是业务和应用,物联网也被视为互联网的应用拓展。因此应用创新是物联网发展的核心,以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。可以想象,如果“物联网”时代来临人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。届时,当司机出现操作失误时汽车会自动报警;公文包会提醒主人忘带了什么东西;衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求。

互联网医学就是把传统医疗的生命信息采集、监测、诊断治疗和咨询,通过可穿戴智能医疗设备、大数据分析与移动互联网相连,所有与疾病相关的信息不再被限定在医院里和纸面上,而是可以自由流动、上传、分享,跨国家跨省市之间的医生会诊轻松实现,患者就诊和医生不再要求必须面对面。

现如今,互联网正以迅雷不及掩耳之势重塑着传统行业的面貌,渗透进生活的每个角落。随着科技的快速发展,比起早期的互联网医疗健康服务环境,软硬件发展都很快,最为明显的当属智能硬件和可穿戴设备领域,有超过50%的使用场景都与医疗健康服务相关。移动设备的普及让医患双方的关联可以点对点更好的联系,而数据存储技术、云端调取和使用也让医疗健康相关信息的积累、存储、调用更为容易,这些都在推动新一波的医疗健康创业。

据国外咨询报告称,移动终端在医护人员中已达到很大的普及。2012年全球移动医疗产业达到了600亿美元规模,年复合增速30%~40%,在中国,移动医疗带动的市场规模,约在数10亿元。与传统医疗相比,移动医疗在便携性、提高医生资源配置和使用效率上大大提高。我们发现智能健康终端爆发式增长,现在面向个人和家庭的健康智能终端种类繁多,智能手环、智能运动鞋、智能体重计、智能血压计等设备已经在消费和技术的双重驱动下迅速爆发。

国际互联网(Internet)是世界上最大的信息网络,也是世界上最大的信息资源库。在全球信息化浪潮中,Internet被认为是全球各种计算机网络中的佼佼者。Internet为医学科研人员和临床工作者提供了基础性网络环境、各种检索工具及大量的数据信息资源。随着信息时代的发展,电脑检索已成为获得医学文献的重要手段。近年来,利用国际互联网是继联机检索系统、光盘检索系统之后的又一重要信息资源。在国际互联网上检索医学文献具有费用低廉、信息更新快、周期短的优点。

目前互联网医学资源出现两个趋势,一是医学网站呈爆炸式的增长,二是有价值的免费资源越来越少。互联网资源的利用有两个明显问题:其一是意识形态的问题。互联网是一个没有国界的世界,你可以轻松地浏览任何公开的网站,但不同国家、不同的人主办的网站其信息或多或少的会反映主办者的意识形态,而不同的国家、不同的人的意识形态是有差别的,可能某信息中体现的主办者的意识形态正好与我国的现行制度相抵触。其二是资料可验证性的问题。印刷品因其不可逆性和固定的版式定位,很好验证,而互联网资源则定位不确切,不光是站内位置和页面位置随时可以更改,而且存在大量的网站之间的超级链接,一般人员很难判断某信息是否确是该站原发信息。另一方面,网站上的信息随时可以修改和删除,外人难以比较修改前后的异同点。因此,现阶段利用互联网医学资源时应注意两方面的问题:其一,尽量访问确定的国内官方网站和确定的国际权威网站;其二,使用文献作为依据(如论文的参考文献)时,尽量采用有印刷样的。

 

(三)基于无线射频识别(RFID)的物联网医学模式

日趋成熟的无线射频识别(RFID)传感技术,利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术,可实现人员身份、设备资源的自动识别和信息共享。在电子医疗服务中与信息化平台相结合,综合应用GPS技术和定位技术,可以提高医疗环境中的人员、设备的管理水平和管理效率。

RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别技术,是自动识别技术的一种,通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,对目标加以识别并获取相关数据。而自动识别技术是应用一定的识别装置,通过被识别物品和识别装置之间的接近活动,自动地获取被识别物品的相关信息,并提供给后台的计算机处理系统来完成相关叙叙处理的一种技术。它是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术,是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段,也可以说,自动识别技术是一种高度自动化的信息或数据采集技术。自动识别技术从20世纪40年代开始研究开发以来,发展迅速,已初步形成了一个包括条码技术、RFID技术、生物识别技术、语音识别技术、视觉识别等以计算机、光、电、机、通信技术为一体的高新科学技术。而RFID作为自动识别技术的一个重要分支以其快速、实时、准确采集和处理信息的能力已经被世界公认为本世纪十大重要技术之一。

射频识别系统一般由RFID标签、RFID读写器、RFID标签天线和计算机通信网络四部分组成(如图2-1)。

(1)RFID标签RFID标签由耦合元件和芯片组成,每个电子标签具有唯一的电子编码。应用中,电子标签附着在待识别的物体之上识别目标对象。按照能量供给方式的不同,RFID标签可分为有源、无源和半有源三种。按照工作频率的不同,RFID标签可分为低频(low frequency, LF)、高频(high frequency, HF)、超高频(ultra high frequency, UHF)和微波频段(microware, MW)四种。目前,国际上RFID应用以LF和HF标签为主。UHF标签开始已开始规模生产,由于其具有可远距离识别和成本低的优势,有望在未来五年内成为主流。MW标签在部分国家已得到应用。

 

 图2-1射频识别系统的结构框图


(2)RFID读写器读写器分为手持式和固定式两种形式,用于当附着电子标签的待识别物品通过其读出范围时,自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出,从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。RFID读写器产品类型较多,部分先进产品可以实现多协议兼容。

(3)RFID标签天线RFID标签天线用于在电子标签和读写器之间传输射频信号。目前,其主要以蚀刻/冲压天线为主,其材料一般为铝或铜。随着新型导电石墨的开发,印刷天线的优势越来越突出。

(4)计算机通信网络在射频识别系统中,计算机通信网络通常用于对数据进行管理,完成通信传输功能。读写器可以通过标准接口与计算机通信网络连接,以便实现通信和数据传输功能。

射频识别的主要核心部件是电子标签,通过相距几厘米到几米距离内读写器发射的无线电波,可以读取电子标签内存储的信息,识别电子标签代表的物品、人和器具的身份。由于RF工D标签的存储容量可以是2的九十六次方以上,它彻底抛弃了条形码的种种限制,使世界上的每一种商铺都可以拥有独一无二的电子标签。况且,贴上这种电子标签以后的商品,从它在工厂的流水线上开始,到被摆上商场的货架,再到消费者购买后结账,甚至到标签最后被回收的整个过程都能够被追踪管理。

RFID技术具有很多突出的优点:它不需要人工干预,为非接触式、不需要光学可视即刻完成信息输入和处理,可工作于各种恶劣环境,可识别告诉运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便,实现了无源和免接触操作,应用便利,无机械磨损,寿命长,机具无直接对最终用户开放的物理接口,能更好地保证机具的安全性;数据安全方面除标签的密码保护外,数据部分可用一些算法实现安全管理,如数据加密标识(data encryption standard, DES)、RSA、DSA、MDS等,读写器与标签之间也可相互认证,实现安全通信和存储;总体成本一直处于下降之中,越来越接近接触式IC卡的成本,甚至更低,为其大量应用奠定了坚实的基础。根据RFID的技术特点,RFID在医疗领域主要用于病患定位追踪、婴儿保护识别、医疗器械定位、血液跟踪、医院病人信息管理、医院电子病历、医院档案管理及药品管理等应用。

RFID技术在医疗领域的应用一直引导着物联网医学的发展。RFID在战地应急医疗领域的应用是一个崭新的课题,当今国外多家医院已经进行了RFID技术在民用医疗领域的应用尝试并取得了成功,但在战地应急医疗领域应用实例还比较少。美海军曾在2003年测试了基于RFID技术开发的/战术医疗协作系统,用于跟踪和监测战场人员伤病和后送情况并取得了较好的效果。当今世界将RFID技术应用在医疗领域还主要是一些地方医院,战地应急医疗救治应用还比较少,仅有的试验主要集中在美军。

将电子标签(RFID)技术引入微生物菌种保藏,利用现代化信息技术的突出特性,可以为技术人员带来极大方便,实现对微生物菌种的综合管理。

基于RFID的物联网医学的系统性、综合性运用将有力推动医疗健康服务模式的发展,必将改变医院和患者之间的传统关系及交互模式,推动医院的客户群从单一病患者群体推广到更为广泛的健康人群,全面实现人们在任何时间、任何地点获得实时医疗诊断服务。它将模糊医生群体之间的边界,形成院际协同诊断的无边界的专家团体,向患者及其他人群提供健康医疗服务。按照该模式建立全新的医患关系大平台,将成为医疗健康产业和市场的倍增器。在物联网医学的发展过程中将产生一系列的新技术、新方法;形成新型医疗传感终端节点、网络设备等具有自主知识产权的产品及专利;形成完善的感知医院建设标准与协议;逐步形成医疗信息服务、通讯服务等多增值服务平台,并推动健康医疗信息服务产业的形成及发展。

                                                      (金庆辉)

 

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