光纖傳感技術在醫(yī)療物聯(lián)網中的應用

白 巍，來 婷，吳勁蕓，漆 顥

（1.湖北中醫(yī)藥大學，湖北 武漢 430065；2.武漢郵電科學研究院有限公司烽火科技學院，湖北 武漢 430070）

0 引 言

物聯(lián)網的概念最先是由美國麻省理工學院的Ashton教授研究射頻識別時提出來的。物聯(lián)網即物物之間的互聯(lián)網絡。2008年，IBM公司基于物聯(lián)網的概念提出了“智慧地球”的思想，目的是把物聯(lián)網技術應用到各行各業(yè)之中，也就是把物聯(lián)網傳感系統(tǒng)中的感知設備—傳感器嵌入到全球的各種系統(tǒng)中。物聯(lián)網技術的全面感知物體和可靠傳送信息實現(xiàn)了地質測量、礦山開采監(jiān)測、地震監(jiān)測、地質災害監(jiān)測、智能交通、城市管理、遠程醫(yī)療等。智慧醫(yī)療就是物聯(lián)網在醫(yī)療領域應用的產物。

在我國的“十二五”規(guī)劃及“健康中國2020戰(zhàn)略”中物聯(lián)網被計劃用于醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)，醫(yī)療物聯(lián)網可以幫助醫(yī)院實時監(jiān)控病人的健康，監(jiān)護病人生命體征參數(shù)，并及時給出警示和建議，同時也可以有效調動醫(yī)療系統(tǒng)的醫(yī)療器械、救護車輛、運輸車輛、管理人員等，實現(xiàn)智能化運營管理。醫(yī)療物聯(lián)網不僅有效節(jié)約了社會資源，也大大推進了醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)的運轉速度[1-2]。

1 醫(yī)療物聯(lián)網發(fā)展及應用

1.1 醫(yī)療物聯(lián)網的國內外發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀80年代，少數(shù)西方國家已經逐步成為老年型國家，因此對于智慧養(yǎng)老的研究已經進行了一段時間，最早提出“智慧養(yǎng)老”概念的是英國生命信托基金。在一項調查中顯示，相對于外出就診，人們更喜歡居家遠程就診，節(jié)約時間、減少不方便出行。醫(yī)療專用機器人可以和患者進行日常交談，慰藉和緩解心情。智能可穿戴設備能保證長期在線監(jiān)測生命體征參數(shù)，實時上傳給家庭醫(yī)生和親屬，按時提醒患者服藥、行動訓練等。智能化住宅的研究也有一定成果，英國赫特福德郡大學的研究學者開發(fā)的“交互屋”和日本企業(yè)開發(fā)的看護服務智慧養(yǎng)老系統(tǒng)都可以實現(xiàn)監(jiān)控患者和老年人的日常健康以及訓練康復，一旦出現(xiàn)異常情況便會自動發(fā)出緊急求救信息。

在我國，國家政府和各個部門積極推動智慧醫(yī)療的發(fā)展，未來幾年將是中國智慧醫(yī)療建設飛速發(fā)展的時期。2016年，國務院下達《關于促進和規(guī)劃健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應用發(fā)展的指導意見》，建立國家醫(yī)療衛(wèi)生信息分級開放應用平臺，實現(xiàn)跨部門、跨地區(qū)的數(shù)據(jù)融合和資源貢獻，取得明顯成效。2016年又提出《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》，以及2018年《關于促進“互聯(lián)網+醫(yī)療健康”的發(fā)展意見》《互聯(lián)網診療管理辦法》《遠程醫(yī)療服務管理規(guī)范（試行）》等一系列人工智能治療新模式新手段的推進，建立快速精準的智能醫(yī)療體系政策，健全“互聯(lián)網+醫(yī)療健康”服務體系，完善支撐體系，加強行業(yè)監(jiān)管及安全保障，為遠程醫(yī)療服務，同時為醫(yī)療物聯(lián)網的發(fā)展提供了保障。

隨著移動互聯(lián)網的發(fā)展，未來醫(yī)療向個性化、移動化方向發(fā)展，智能膠囊、智能護腕、智能健康檢測產品將會廣泛被應用，借助智能手持終端和傳感器可以有效地測量和傳輸健康數(shù)據(jù)[3-10]。

1.2 醫(yī)療物聯(lián)網的應用研究

（1）家庭醫(yī)療，即在家里提供健康狀況監(jiān)控的網絡系統(tǒng)，患者可以隨時和醫(yī)生遠程溝通，擬定長期居家治療監(jiān)控場景，同時通過大數(shù)據(jù)、自行分析和診斷輕癥，實現(xiàn)普通癥狀的自行治療和慢性患者及老年患者的長期遠程監(jiān)控和治療。如智能穿戴，即以監(jiān)控健康為目的，布置在穿戴上，監(jiān)控血壓、心率、血氧飽和度等生命體征變化參數(shù)，通過無線網絡傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)，使醫(yī)生隨時掌握患者健康情況，尤其是應用于老年人的身體健康情況的長期監(jiān)測。

（2）醫(yī)院醫(yī)療，即在醫(yī)院就診過程中，首先進行前期智能診斷，通過智能醫(yī)療器械對患者陳述的病情及先導醫(yī)療數(shù)據(jù)進行分析，再結合醫(yī)院實時醫(yī)生在線數(shù)據(jù)及專業(yè)特長等進行綜合分析，給出患者先導治療方案，如根據(jù)基本數(shù)據(jù)得出需要先做一些前期器械檢查，那么患者可根據(jù)智能醫(yī)療分析數(shù)據(jù)去做CT等輔助治療的器械檢查，減少了醫(yī)生初期診斷的擁塞問題，緩解就診過程長、醫(yī)生缺乏的現(xiàn)象，根據(jù)初步檢查結果，大數(shù)據(jù)分析后給出基本治療方案，或者重癥患者直接安排就醫(yī)治療。

（3）研究醫(yī)療，即實驗室醫(yī)療研究，醫(yī)療研究數(shù)據(jù)可作為試驗階段數(shù)據(jù)進入醫(yī)療數(shù)據(jù)分析庫，具有醫(yī)療數(shù)據(jù)分析的參考作用，并在給出結果中標注研究時間及案例反饋，幫助患者及醫(yī)生分析病情，以解決目前醫(yī)療研究到應用的周期長以及反饋完善不及時的問題。這樣將研究和反饋機制有效結合，加快了醫(yī)療研究進程。

同時，醫(yī)療物聯(lián)網可以降低公眾醫(yī)療成本，提升醫(yī)療診療流程的效率。隨時監(jiān)護病人各項指標，給出建議，有效管理整個醫(yī)院的運營，對醫(yī)院人員、后勤車輛和安全保障實行智能化合理、細化管理。結合物聯(lián)網技術、云計算技術和大數(shù)據(jù)技術等對所有醫(yī)療數(shù)據(jù)進行分析、整合和處理。因此，醫(yī)療物聯(lián)網在未來必定會井噴式的發(fā)展，用戶量迅速提升[11-21]。

2 光纖傳感技術在醫(yī)療物聯(lián)網中的應用研究

光纖本身不帶電，抗電磁干擾，輕巧，可彎曲，抗輻射、抗腐蝕性能好，適用于空間受限制、強電磁干擾、易腐蝕等特殊環(huán)境。因此，選擇光纖傳感技術來解決物聯(lián)網傳感系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸及檢測十分重要。復用能力是光纖傳感技術另一個顯著的特點，可以實現(xiàn)在單根光纖上復用許多傳感器，組成光纖傳感網絡。光纖傳感網絡采用光信號作為傳感信號的載體，傳播速度快，有助于提高物聯(lián)網的信息提取速度[22-23]。

2.1 利用光纖抗電磁干擾、體積小等優(yōu)點實現(xiàn)在智能穿戴中的應用

將智能襯衫、腰帶、腕表、呼吸運動傳感器等日常用品嵌入傳感器，能夠搜集個人的生命體征數(shù)據(jù)，如心跳、體溫、呼吸頻率、血壓等健康信息，存儲并傳送，通過處理分析后存儲信息到居民電子健康檔案中。也可以應用在輪椅上進行心跳監(jiān)測以及人機交互，收集數(shù)據(jù)滿足傷殘人員的生活需要和處理危險狀況。相比于傳統(tǒng)的電子機械傳感智能穿戴系統(tǒng)，光纖型傳感器是具有體積小、有彈性，可以將光纖傳感器融入織物，實現(xiàn)與普通衣物一樣但卻可以進行實時在線監(jiān)測的健康穿戴設備，尤其是光纖不受電磁場干擾，患者穿戴后也可進行磁振成像，這樣智能穿戴可以長期不間斷地監(jiān)控患者信息。

2.2 利用光纖強大的復用能力實現(xiàn)在醫(yī)療設備中多點多參數(shù)的監(jiān)測

醫(yī)學治療氣體-氫氣的治療方法可以通過吸入式治療，即通過醫(yī)學面罩或者鼻導管使氫氣通過呼吸環(huán)路進入人體。然而，氫氣很容易泄漏以及氫氣在空氣中或者純氧中含量高于4%時，容易發(fā)生爆炸事故。同時，吸入式氫氣醫(yī)學治療過程中醫(yī)學面罩和鼻導管空間狹小，要實現(xiàn)監(jiān)測和控制氫氣儀器中環(huán)境的濃度、氫氣均勻性，以及空間中溫濕度的變化等多個參數(shù)，對傳感器防爆、體積小、多點、多參數(shù)的能力要求非常高。那么，利用光纖具有體積小、質量輕、可彎曲、本質安全防爆、單根光纖上可復用上萬個多參數(shù)的傳感器，可以在狹小空間內，或者氫氣、溫度、濕度等傳感網絡實現(xiàn)實時在線監(jiān)控，精準治療。加拿大FISO公司的基于光纖的醫(yī)學溫度、壓力等傳感器進行血管內血壓監(jiān)測、肌肉監(jiān)測倉壓力監(jiān)測、顱內壓監(jiān)測/宮內壓力監(jiān)測、椎間盤壓力/眼壓等完全不受EMI和RFI影響，已經廣泛應用于心血管科、腸胃科、藥物學等醫(yī)療領域。

2.3 利用光纖的光信號傳輸速度快，實現(xiàn)醫(yī)療網絡中海量數(shù)據(jù)快速安全的采集、處理和傳輸

光纖網絡是以光信號傳輸，相比于弱電信號的傳輸，最大的區(qū)別是傳輸介質不同，同時光纖抗腐蝕、本質防爆的特點可以保證光纖在傳輸過程中不受惡劣環(huán)境影響，安全快速地傳輸信息，尤其是光纖傳輸聲音、圖像等游刃有余，為遠程醫(yī)療中醫(yī)生在線指導就醫(yī)提供了保障。還有長距離的傳輸需要大量的光纖網絡，而傳輸光纖制作成本較低，大大降低了醫(yī)療物聯(lián)網成本。

3 結 語

綜上所述，將光纖傳感技術中光纖的體積小、本質安全防爆、抗腐蝕、抗強磁強電干擾、傳輸速度快等特點，與物聯(lián)網技術中網絡技術、傳感器技術、電子技術、軟件技術等萬物互聯(lián)的特點融合到醫(yī)療技術中，實現(xiàn)了醫(yī)療物聯(lián)網移動醫(yī)療服務、遠程醫(yī)療服務和智慧健康醫(yī)療服務，為健康中國提供了堅實保證。