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[摘要]物联网技术的出现,促进了智慧医疗系统的进一步发展,使医疗数据能够在诊疗中得到最大程度发挥,现如今,以患者为中心的智慧医疗平台的构建具有了更大的可能性.本文首先综述了我国医疗信息化发展现状及存在的问题,并介绍了基于物联网的智慧医疗系统的基本构架与核心技术,然后分析了基于物联网的智慧医疗系统应用情况.最后,对基于物联网的智慧医疗系统的未来发展方向做出了展望.

引言

随着人们生活和工作节奏的加快以及社会、经济、环境等因素的变化,我国人口老龄化趋势逐渐显现,慢性病发病率与亚健康人群比例也在逐年增高.而看病难、看病贵、看病不及时、看病不放心等诸多问题,已成为我国医疗卫生服务科学发展亟待解决的难题.

2015年3月,国务院颁布《全国医疗卫生服务体系规划纲要(2015～2020年)》,明确提出开展健康中国云服务计划,积极应用移动互联网、物联网、云计算、可穿戴设备等新技术,推动惠及全民的智慧医疗服务[1].物联网即通过射频识别、传感器、二维码、全球定位系统等各种装置,按照约定的协议,将任何物品与互联网连接起来,实现人与物体、物体与物体之间的通信与互动[2].物联网为优化医疗就医体验、改善医疗服务质量和提高人民健康水平提供了新手段,对于推进健康中国建设,实现病有所医的目标具有重要而深远的意义.

本文简单介绍了基于物联网的智慧医疗系统,充分利用物联网技术,能够实现优质医疗服务资源逐级下沉,分级诊疗逐步实现,医疗数据更互联互通、更便捷移动、更高效共享,有助于建立有序就诊秩序,提高资源整体利用效率.

1 智慧医疗概述

早在2004年,美国食品药品管理局就采取大量实际行动,拟通过规范物联网技术在药物运输、销售、防伪、追踪体系的应用[3],来推动智慧医疗的发展.随后,欧盟委员会提出的quot;i2010计划quot;、日本提出的quot;U-Japan战略quot;和韩国提出的quot;U-Korea战略quot;都是通过信息技术的发展[4],促进医疗健康领域的应用建设,让民众随时随地享受智慧医疗服务.2008年,IBM公司进一步提出了quot;智慧地球quot;理念,即通过物联网技术实现医疗的信息互联、共享协作、临床创新、诊断科学和公共卫生预防[5].

智慧医疗是将物联网技术、云计算技术、大数据处理技术等应用于医疗领域,以患者为中心,利用先进的信息技术将有限的医疗资源实现更多人的共享,改善医疗服务流程的医疗体系[6].这个体系主要由数据获取、知识发现和远程服务3个阶段组成.其中,数据获取由物联网完成,知识发现主要依靠医疗云强大的大数据处理能力进行,远程服务由云端服务与轻便的智能医疗终端共同提供.

2 我国医疗信息化现状

我国医疗信息化起步于上世纪70年代末,其发展历程[7],见表1.从表1可以看出我国医疗信息化发展态势良好,但建设进展缓慢,大多以业务流程信息化思想为指导[8],医疗数据共享程度低,存在quot;信息孤岛quot;,无法提高医疗服务质量和工作效率[9].

长期以来,基于物联网技术的分级诊疗制度不完善,大型医院超负荷运营,基层医疗资源被长期闲置,导致优质医疗服务资源下沉难以执行,不能满足多层次的健康需求.例如,大型医院门诊病人中,有85%以上患者为常见病或多发病,导致资深医生超负荷工作,无法将主要精力和时间解决疑难杂症和危急症患者上;偏远地区的疾病人群,得不到优质医疗服务,其结果是小病拖成大病;工作繁忙的亚健康人群止步于长时间的就诊等待,导致慢性疾病得不到早期预防和及时健康管理.

2015年12月,国家卫计委按照国家发改委《关于智慧城市健康发展的指导意见》文件要求,制定了智慧医疗评价指标体系框架和智慧医院评价指标,并公布了第一批智慧医院试点单位.同时,部分城市也提出了智慧医疗的建设理念和方案,推动了智慧医院在我国医疗行业的应用和发展.如,武汉大学人民医院于2016年3月在湖北省率先开启quot;云上医疗quot;,积极打造智慧医疗系统.

3 智慧医疗系统

3.1 智慧医疗系统

基于物联网的智慧医疗系统,主要目的是让医院有限的医疗和人力资源得到最大发挥,让亚健康人群及时获得预防性诊疗,也让患者享受到方便、快速、均等的医疗服务.因此该系统需要满足以下几个方面:

(1)系统规范化、标准化.规范化和标准化是智慧医疗系统构建的基础,也是智慧医疗系统与其他系统兼容和扩展的保证.因此系统设计时,各类感知设备应有统一的数据采集规范,各种网络应有统一的数据通信标准.

(2)系统易操作.目标用户为各个年龄层的患者和亚健康人群,系统只有简单便捷、交互人性化,才能满足用户的实际需求.

(3)系统可拓展性和灵活性.系统在设计中应为新应用研发预留相应的外部接口,同时不影响原有应用的使用效果,这样方便用户自由灵活使用.

(4)系统安全性.医疗数据涉及患者的个人健康敏感信息,系统需要多层次、多措施增强应用服务的安全性,比如在数据传输时可采用权限控制管理、通信数据加密和无线局域网防护等手段.

3.2 系统架构

基于物联网的智慧医疗系统总体架构图,见图1,主要包括基础层、感知层、网络层、应用层和用户层等五级层次[9].

(1) 基础层:即智慧医疗系统中的quot;物quot;,包括医生、病人、医疗设备、药品、消毒器械等所有医疗资源对象[10].

(2)感知层:主要通过机器对机器(Machine-to-Machine,M2M)无线接入、无线射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)和传感器网络获取基础层的实时信息数据,比如医护人员位置、患者健康信息、医疗设备资产和药品存放记录等,实现对医疗资源信息的可视化统一管理.

(3)网络层:通过3G/4G网络、宽带互联网、自组织网络和无线体域网络等对感知层采集的数据进行实时传输.

(4)应用层:主要包括智慧医院系统、区域卫生平台和家庭健康系统3个方面的应用[11].比如智慧医院系统可实现慢性病、传染病的监护与跟踪护理,实现医学装备的定位和应急调配等;区域卫生平台可实现各层级医院均质化的诊断水平,助力分级诊疗[12];家庭健康系统可实现个性化的健康信息管理,让亚健康人群在家享受方便、快速、均等的医疗服务.

表1 我国医疗信息化发展历程

(5)用户层:物联网标准的定义对象是可感知的、可互动的、可控制的,系统需要支持医疗机构、协同会诊中心、家庭/个人、企业和银行等用户通过云服务和系统软件获取相应服务,实现相关医疗信息的交互.

3.3 智慧医疗系统的核心

智慧医疗系统以物联网技术为基础,以quot;感、知、行quot;为核心[13],旨在建立一个优质医疗服务资源逐级下沉,分级诊疗逐步实现,医疗数据更互联互通、更便捷移动、更高效共享的智慧医疗平台.quot;感quot;即利用多类传感器能够实时、精确、便捷地采集各种医疗数据并通过网络技术传送到医疗数据中心;quot;知quot;即利用大数据存储与处理平台,应用数据挖掘和知识发现理论对医疗历史数据进行可靠、快速、高效地建模与分析[14];quot;行quot;即将实时数据与历史数据的分析结果,通过云服务等方式快速、准确地提供给用户作为参考.quot;感、知、行quot;关系示意图,见图2.

4 基于物联网的智慧医疗系统应用

4.1 移动医疗系统

移动医疗是基于物联网的智慧医疗系统最具潜力的应用之一[15],也是区域医疗卫生信息化的主要方向.它泛指通过使用通信技术进行医疗数据非本地共享的系统,且功能涵盖非本地医学急救、监护、诊断、治疗、咨询、保健和远程教育等诸多方面[16].以下将通过家庭健康监护系统这个示例来说明智慧医疗系统在移动医疗方面的应用.

随着传感器技术的快速发展,多种无线医疗传感器组成的无线传感网络面向家庭监护成为可能[17].无线医疗传感器是一种高精度、小体积、低功耗、高度自动化的便携式设备,能够检测相应的生命体征数据.家庭健康监护系统示意图,见图3.

家庭健康监护系统利用多种植入式、可穿戴式和接近式等无线医疗传感器采集人体的各种生理参数,如脑电图(EEG)、血压(BP)、心电图(ECG)、肌电图(EMG)等[18],自动将生命体征数据上传至终端设备;为每一名用户建立一个实时动态的电子健康档案,让quot;死quot;档案变quot;活quot;.在任何一个嵌入式设备如Android智能手机上安装一个APP,就可以代替PC机成为监护系统的控制终端.系统利用终端设备的蓝牙、GPRS或Wi-Fi接口实现数据库的远程共享,用户和医生双方只需凭借登陆密码就可随时随地查询相关的生命体征数据,以及医生的健康管理方案建议,实现医疗数据的共享.

家庭健康监护系统将可穿戴技术与远程医疗相结合,在不影响用户正常工作和生活质量的前提下,又不受时间和地点的限制[19],实现健康监护的小型化、网络化、家庭化,对慢性疾病的预防和诊疗具有非常重要的意义[20].

4.2 医学装备管理系统

医学装备管理是基于物联网的智慧医疗系统在医院管理方面重要的应用.随着科技的进步,现代医疗卫生服务越来越依赖于先进的医学装备,而大型医院的医学装备种类数量庞大、相关资料繁多、管理手段单一简单、无法实时追踪使用情况,这些都对医学装备全生命周期管理工作提出了挑战.

医学装备管理系统利用物联网技术主要是对医学装备产生的信息进行管理,包括无源医学装备管理和有源医学装备管理两个部分[21].医学装备自身固有的信息称为基本信息,如装备名称、厂家、供货商、购置日期、院内编码、序列号等;同时,医学装备在使用的过程中不断产生新的信息,称为使用信息,如使用科室、用途、保管人、使用状态、使用时间、使用位置、质控日期、维修记录等.

对于无源医学装备,比如急救车、氧气瓶、血压计等,通过RFID传感器实时采集该装备的使用信息和工作状态[22],并定时上传至数据中心;对于有源医学装备,比如监护仪、呼吸机、空气消毒机等,通过安装在电源插头处的无线功率传感器检测该装备的用电负载和周围的无线信号强度[23],并通过无线传感器网关实时上传至数据中心.数据中心根据上传的数据,利用室内定位与机器学习技术,实时分析医学装备的使用信息.管理者可以使用软件系统实时查询装备的使用信息,以便信息统计分析;同时可以对在用医学装备进行追踪管理.

医学装备管理系统能为管理者提供科学合理地购置、使用和维护医学装备方案,对于提高医院的工作效率,降低运营成本,提升医疗服务质量具有举足轻重的重要作用[24].

4.3 智慧医院服务系统

智慧医院服务系统是基于物联网的智慧医疗系统在医患服务方面最重要的应用场景.长期以来,医疗卫生服务是以医院为中心的,患者进到医院就医最直接的体验就是长时间排队.智慧医院服务系统是以患者为中心,可以将医院、医生和患者连接起来,实现医疗信息的即时传递,把医院服务窗口延伸到患者手机上[25],如在线咨询、预约诊疗、候诊提醒、诊疗报告查询、药品配送等便捷服务,改善患者的就医体验.

对于普通患者,去医院就医前,可通过智慧医院服务系统进行医院查询、就医指导、预约挂号,就医后凭借一卡通,便可门诊全流程使用;还可通过该系统进行候诊查询、检验检查报告查询、门诊处方线上支付、用药提醒以及预住院管理等;这样不仅节省了患者宝贵的时间,而且减轻了医护人员的工作量,提高了医疗服务质量.对于区域医疗患者或特殊病情患者,可通过该系统进行远程就医;医生通过临床路径中结构化、标准化的临床诊疗数据[26]快速有效地了解患者病情,以便做出针对性的医疗措施,大大减少误诊和医疗事故的发生.

智慧医院服务系统可打破地域、时间、专家资源不均等限制,整合时间碎片,为患者提供更为开放、均等的医疗服务,并开启全新、便捷的就医体验;同时,还可以最大限度地发挥大型医院专家对基层医院的帮扶作用.

5 总结与展望

本系统基于物联网实现医疗数据的有效采集,并通过云计算、大数据处理完成医疗信息的即时传递和实时共享,提高医疗资源利用率,降低就医成本,改变传统就医模式,有利于促进疾病由治疗性干预到预防性干预的方式转变.基于物联网的智慧医疗系统能为用户提供医疗健康互动服务保障,是推动健康中国建设,实现病有所医的重要途径.

随着物联网技术的持续发展,可以预见,在不久的将来,以物联网为基础的智慧医疗系统将逐渐成为大众百姓生活必不可少的一部分.当然,该系统还存在很大的优化空间,需要投入更多的精力去研究,才能为智慧医院建设插上腾飞的翅膀.

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Development and Applications of Smart Health Care System Based on Internet of Things

XU Junjie, CHEN Jun
Department of Equipment, Renmin Hospital of Wuhan University, Wuhan Hubei 430060, China

Abstract:The emergence of Internet of things technology promotes the further development of smart medical system, so that medical data can be maximized in the diagnosis and treatment. Today, patient-centered smart medical platforms are more likely to be built.Firstly, this paper summarized the current situation and existing problems of medical informatization in China, and introduced the basic architecture and core technology of the intelligent medical system based on the Internet of things. Then, the application of intelligent medical system based on Internet of things was analyzed. At the end of this paper, the future development direction of intelligent medical system based on the Internet of things was prospected.

Key words:Internet of things; medical data; smart health care; smart hospital; mobile medical

基于物联网的智慧医疗系统及其发展应用

引言