物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

冉 鵬，謝金潔

（重慶郵電大學(xué) 生物信息學(xué)院，重慶 400065）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）即“萬(wàn)物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后又一新的信息科學(xué)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)按照約定的協(xié)議，通過(guò)使用RFID、紅外傳感器、激光掃描器等設(shè)備將物體之間的信息進(jìn)行互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)ξ锱c物間各自的信息進(jìn)行交換和分析處理，人們可以對(duì)物品進(jìn)行快速識(shí)別、全面定位、跟蹤以及管理。醫(yī)療水平與人們的生活質(zhì)量息息相關(guān)，更是當(dāng)前社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)相結(jié)合，在改善數(shù)十億人的健康、安全和護(hù)理方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。無(wú)需去醫(yī)院尋求幫助，患者的健康參數(shù)可以被遠(yuǎn)程、連續(xù)、實(shí)時(shí)地監(jiān)控，然后進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)移到醫(yī)療數(shù)據(jù)中心。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其特征

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有全面感知、可靠傳輸和智能處理三個(gè)特征。

全面感知是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，即通過(guò)給不同的物品安裝不同類(lèi)型的識(shí)別碼，如二維碼等，使其具有感知識(shí)別能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物品的識(shí)別、信息獲取等功能。

可靠傳輸是指物聯(lián)網(wǎng)在一定的通信協(xié)議約束下通過(guò)軟硬件轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳輸。

智能處理是物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)，對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、分析、處理，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物品的跟蹤、識(shí)別、定位等功能。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)主要分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、處理層和應(yīng)用層。

物聯(lián)網(wǎng)感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，主要任務(wù)是使用各種設(shè)備收集醫(yī)療數(shù)據(jù)；通過(guò)接入網(wǎng)絡(luò)，借助短距離無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物品的感知、定位等功能。

網(wǎng)絡(luò)層由有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)和中間件組成，在技術(shù)平臺(tái)的支持下對(duì)感知層獲得的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸。

平臺(tái)層對(duì)感知層采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、處理和分析，為應(yīng)用層提供真實(shí)、可靠、有效的數(shù)據(jù)。

應(yīng)用層作為物聯(lián)網(wǎng)的核心，需與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)在遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)中的應(yīng)用可以根據(jù)不同的應(yīng)用服務(wù)場(chǎng)景分為院前急救系統(tǒng)、院內(nèi)醫(yī)療系統(tǒng)兩個(gè)大方向，不同方向的數(shù)據(jù)也要進(jìn)行相互傳輸，提高數(shù)據(jù)的利用率。物聯(lián)網(wǎng)可在臨床護(hù)理中實(shí)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)尋求密切醫(yī)療關(guān)注的住院患者。傳感器從患者身上收集全面的生理信息，經(jīng)云存儲(chǔ)和分析后，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送到服務(wù)提供商進(jìn)行檢查。同樣，它也可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)個(gè)人的健康狀況。

3.1 院前急救系統(tǒng)

醫(yī)院急診工作具有隨機(jī)性強(qiáng)、不確定因素多、病種多樣且復(fù)雜等特點(diǎn)，并且院前急救系統(tǒng)還存在信息交互不通數(shù)據(jù)共享不全等缺點(diǎn)；而物聯(lián)網(wǎng)具有采集可靠數(shù)據(jù)并能對(duì)各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，通過(guò)在院前急救平臺(tái)中應(yīng)用這一技術(shù)可以將患者的信息及時(shí)傳輸至院內(nèi)，從而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)急救人員進(jìn)行指導(dǎo)，提高院前急救質(zhì)量，為急救信息系統(tǒng)建設(shè)提供技術(shù)支持。目前，已有“物聯(lián)網(wǎng)＋院前急救”模式應(yīng)用于急救中心，例如京東方與北京急救中心將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與院前急救系統(tǒng)深度融合，有效提升了醫(yī)護(hù)工作者的工作效率以及信息采集的準(zhǔn)確性。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的院前急救系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全球定位、物資合理調(diào)度分配、實(shí)時(shí)病情檢查，保障一線(xiàn)急救的即時(shí)性和高效率。在急救過(guò)程中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)全程實(shí)時(shí)記錄患者體征數(shù)據(jù)并傳遞給醫(yī)院內(nèi)部，讓急救中心的專(zhuān)家可以利用語(yǔ)音或視頻的方式提供指導(dǎo)。

3.2 院內(nèi)醫(yī)療系統(tǒng)

院內(nèi)醫(yī)療系統(tǒng)與醫(yī)院的醫(yī)療救治業(yè)務(wù)息息相關(guān)，無(wú)論是院內(nèi)的基礎(chǔ)醫(yī)療業(yè)務(wù)，還是急救中心的搶救業(yè)務(wù)，都離不開(kāi)院內(nèi)醫(yī)療系統(tǒng)的支撐，而打造將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與醫(yī)院內(nèi)部醫(yī)護(hù)工作相結(jié)合的院內(nèi)醫(yī)療系統(tǒng)，則可以使醫(yī)院內(nèi)部的醫(yī)護(hù)工作與患者服務(wù)高效結(jié)合。無(wú)錫市某醫(yī)院作為中國(guó)首家醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)整體應(yīng)用示范醫(yī)院，實(shí)施成功的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目包括嬰兒防盜系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)輸液過(guò)程管理、移動(dòng)護(hù)理?xiàng)l碼掃描系統(tǒng)、移動(dòng)門(mén)診輸液管理系統(tǒng)等，其將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與院內(nèi)醫(yī)療系統(tǒng)相結(jié)合，創(chuàng)建了高效率、高質(zhì)量的新型服務(wù)模式。

3.2.1 醫(yī)療物資管理

院內(nèi)醫(yī)療物資是醫(yī)療活動(dòng)得以正常開(kāi)展的基礎(chǔ)，將醫(yī)療物資管理與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，跟蹤、整理醫(yī)療物資的出入庫(kù)情況，以便工作人員及時(shí)清理過(guò)期或無(wú)法使用的醫(yī)療耗材并補(bǔ)充高頻耗材，提高醫(yī)療物資管理的效率，降低物資浪費(fèi)率。通過(guò)RFID技術(shù)，所有醫(yī)療物資都可以實(shí)現(xiàn)入庫(kù)、出庫(kù)、廢棄、銷(xiāo)毀全過(guò)程監(jiān)督，更好地保證了醫(yī)療工作的正常進(jìn)行。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療物資管理領(lǐng)域可以提高精細(xì)化管理的水平與工作效率。

3.2.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)

遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)包括遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理、醫(yī)療健康監(jiān)測(cè)等；它可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者的健康狀況，并且能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)傳輸?shù)綑z測(cè)終端或醫(yī)院監(jiān)控系統(tǒng)，供醫(yī)務(wù)工作者隨時(shí)查看。若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，可及時(shí)進(jìn)行診斷和治療，提高診斷和治療水平。醫(yī)院和健康中心需將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更快、更好地應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)普遍的實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)和護(hù)理。

4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于醫(yī)療系統(tǒng)存在的問(wèn)題

4.1 數(shù)據(jù)安全問(wèn)題

物聯(lián)網(wǎng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)，這意味著敏感數(shù)據(jù)暴露的風(fēng)險(xiǎn)更高。從傳感器收集的數(shù)據(jù)的安全性和隱私性問(wèn)題尚未解決。且對(duì)于某些應(yīng)用程序，敏感數(shù)據(jù)可能無(wú)法通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸。由于物聯(lián)網(wǎng)的基本思想是收集盡可能多的數(shù)據(jù)，因此非常有必要確保通過(guò)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)此類(lèi)數(shù)據(jù)。醫(yī)療信息的特殊性與物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放性尚未做到很好的兼容。

有學(xué)者提出了一種輕量級(jí)端到端密鑰管理方案。在他們的提議中，網(wǎng)絡(luò)是異構(gòu)的，并結(jié)合了具有不同能力的節(jié)點(diǎn)。強(qiáng)加密方法和身份驗(yàn)證方法用于為資源高度受限的節(jié)點(diǎn)建立會(huì)話(huà)密鑰，通過(guò)安全性分析，該方案既有較強(qiáng)的安全特性，又滿(mǎn)足資源的稀缺性。還有學(xué)者結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和隱私保護(hù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并完成了基于輕量級(jí)私有同態(tài)算法和基于DES改進(jìn)加密算法的原型系統(tǒng)和軟硬件結(jié)合的原型系統(tǒng)。Hu等人提出了一種基于云計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)傳感器方案，涉及數(shù)字信封、數(shù)字認(rèn)證、簽名、時(shí)間戳機(jī)制和非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)，對(duì)老年人的生物數(shù)據(jù)等個(gè)人信息進(jìn)行監(jiān)控。該方案可以提供更靈活、準(zhǔn)確的醫(yī)療服務(wù)，減少醫(yī)療資源的浪費(fèi)。

4.2 缺乏通用標(biāo)準(zhǔn)

物聯(lián)網(wǎng)仍然是一項(xiàng)新技術(shù)，還需要制定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議。物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)仍然使用傳統(tǒng)的安全措施，將消耗大量的內(nèi)存和時(shí)間。隨著越來(lái)越多的設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，許多新的協(xié)議在ISO的所有層開(kāi)發(fā)，如CoAP，RPL和IPv6。

以重慶醫(yī)科大學(xué)某附屬醫(yī)院的醫(yī)院信息化管理為例，由于醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)體系處于建設(shè)過(guò)程中，缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能基于本醫(yī)院的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)構(gòu)建，很難與其他未建立醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)體系的醫(yī)院進(jìn)行數(shù)據(jù)資源共享等。供應(yīng)商需要優(yōu)先考慮特定標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)可兼容的軟件配套系統(tǒng)，便于各醫(yī)療單位進(jìn)行配套升級(jí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的快速傳遞。

4.3 數(shù)據(jù)利用率低

在采集到大量數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的篩選、分析、計(jì)算，提取其中的有效信息，為后續(xù)處理過(guò)程提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)，這是醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)更深價(jià)值的體現(xiàn)。但目前的數(shù)據(jù)處理方法與醫(yī)療實(shí)際應(yīng)用貼合性較差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)利用率較低。為解決此問(wèn)題，需加強(qiáng)多學(xué)科融合，引進(jìn)更多計(jì)算機(jī)算法與醫(yī)療數(shù)據(jù)相結(jié)合的人才，通過(guò)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境的重復(fù)模擬與論證，采用更貼合醫(yī)療數(shù)據(jù)特殊性要求的系統(tǒng)方案，從而提高對(duì)大數(shù)據(jù)的利用轉(zhuǎn)化率。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療系統(tǒng)是未來(lái)發(fā)展的重要方向，通過(guò)融合醫(yī)療信息與大數(shù)據(jù)和云端等信息技術(shù)，使醫(yī)療系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)患者、家屬、醫(yī)生、醫(yī)療機(jī)構(gòu)之間的網(wǎng)絡(luò)化及信息化。當(dāng)今，我國(guó)醫(yī)療資源越來(lái)越集中在一線(xiàn)城市，且這一趨勢(shì)并無(wú)減緩跡象，許多患者需要長(zhǎng)途跋涉去一線(xiàn)城市看病，這既對(duì)患者不便，同時(shí)也增加了一線(xiàn)城市的醫(yī)療負(fù)擔(dān)；而基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療資源的合理分配，小城市的患者也能足不出戶(hù)享受到大城市優(yōu)良的醫(yī)療資源，滿(mǎn)足小城市患者對(duì)醫(yī)療技術(shù)的需求。作為新興事物，基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療系統(tǒng)本身還存在一些不足，但隨著科技的發(fā)展、完善及融合，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療系統(tǒng)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越成熟，也將帶動(dòng)基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)發(fā)展，推進(jìn)全國(guó)醫(yī)療信息的整合，大大推動(dòng)醫(yī)療行業(yè)整體服務(wù)水平。