物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧醫(yī)療服務(wù)應(yīng)用范文

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摘要:伴隨著“智慧城市”概念的提出，醫(yī)療行業(yè)實現(xiàn)著從傳統(tǒng)方式以“醫(yī)生”為中心到智能方式以“患者”為中心的轉(zhuǎn)變。本文重點介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的WSN技術(shù)，并實現(xiàn)了對患者的遠程監(jiān)測。使人們從“有病再看病”實現(xiàn)了“沒病先預防”。為今后醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展提供了一個可參考的方向。

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)；智慧醫(yī)療；WSN

引言

伴隨著通信技術(shù)的發(fā)展，逐漸興起的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)在了我們生活的方方面面。從環(huán)境數(shù)據(jù)感知到通信服務(wù)，人們提出了許多不同的概念來描述物聯(lián)網(wǎng)的真正含義。智慧城市建設(shè)中通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用機器學習、大數(shù)據(jù)技術(shù)處理城市交通情況，通過定位和射頻技術(shù)管理城市的停車位情況，通過實時定位和監(jiān)測了解物流的配送情況等等方面都取得了顯著的效果。隨著城市規(guī)模不斷擴大，人口老齡化和國家生育政策的放開使得老年人和孩子們的數(shù)量與日俱增，醫(yī)療環(huán)境也面臨著巨大的壓力，傳統(tǒng)的病人-醫(yī)生面對面以“醫(yī)生”為中心診療模式顯然已經(jīng)跟不上了時代的發(fā)展。智慧醫(yī)療作為智慧城市建設(shè)中的一個部分，提出了一種以“患者”為中心的思想。

1智慧醫(yī)療

在傳統(tǒng)的就醫(yī)方式中，存在以下問題：第一，通過醫(yī)院獨立的醫(yī)療設(shè)備手工收集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)僅僅存儲在每個醫(yī)院自己的數(shù)據(jù)庫中，如果涉及到轉(zhuǎn)診，數(shù)據(jù)就要重新再收集一遍，很浪費時間和醫(yī)療資源，數(shù)據(jù)分散在各個醫(yī)院對于患者來說不能建立自己的健康檔案，對于醫(yī)生來說不能進行數(shù)據(jù)的整合分析；第二，就醫(yī)資源分布不均，有了大病以后很可能因為沒有好的醫(yī)生或醫(yī)療條件及時診治而錯過了最佳治療時間；第三，醫(yī)療體系缺少預防和監(jiān)控體系，一旦發(fā)病很可能已經(jīng)處于晚期。因此，能出現(xiàn)一種高效率的診療方法變得非常重要。智慧醫(yī)療是指以患者為中心，利用超大規(guī)模集成、嵌入式系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、機器學習、云計算和人工智能技術(shù)等先進的信息技術(shù)將有限的醫(yī)療資源實現(xiàn)更多人的共享，改善醫(yī)療服務(wù)流程的一種醫(yī)療方式[1]。

2物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種使物與物連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這種網(wǎng)絡(luò)通過射頻識別技術(shù)（RFID）、傳感技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、全球定位技術(shù)等感知技術(shù)，通過主控制器的處理，按照短距離無線通信規(guī)定的協(xié)議，把物體與網(wǎng)絡(luò)、物體與物體連接起來，進行信息傳遞，實現(xiàn)智能化的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[2]。（1）RFID技術(shù)目前，利用最多的就是RFID技術(shù)，這種技術(shù)一般都用來進行信息采集。RFID由三大部分組成，應(yīng)答器（標簽）、閱讀器和應(yīng)用系統(tǒng)。在醫(yī)療領(lǐng)域中幾乎遍及各個環(huán)節(jié)，比如說醫(yī)院藥品的監(jiān)控領(lǐng)域，從藥品的成分、生產(chǎn)時間，用法用量到中途的物流運輸，再到醫(yī)院患者的使用，中間的每一個環(huán)節(jié)都可以通過掃一掃“標簽”變得一目了然。在藥品的使用過程中，如果藥品過期，RFID系統(tǒng)還可以進行適當?shù)奶嵝?，對藥物進行適當處理，避免醫(yī)療事故的發(fā)生。在醫(yī)院醫(yī)療管理方面，手術(shù)管理和母嬰防盜系統(tǒng)的建立使得醫(yī)院對于人員的管理和設(shè)備的管理更加井井有條，只有帶有標簽并被正確識別的人或物品才能進入指定區(qū)域進行相應(yīng)的工作。在醫(yī)護方面，病人帶有錄入自己信息的RFID標簽，當醫(yī)生或護士進行治療時，帶有識別功能的閱讀器掃一掃“標簽”即可對病人的病情有了如指掌，進行后續(xù)的治療活動。另外，在醫(yī)療垃圾監(jiān)控、血液管理等方面，RFID技術(shù)都有廣泛的應(yīng)用。（2）WSN技術(shù)WSN（WirelessSensorNetwork）的全稱是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它可以進行遠距離傳感通信，如果在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)放置大量的微型傳感器就可以形成通信節(jié)點，采集到信息以后可以通過無線通信的方式返回給相應(yīng)的數(shù)據(jù)平臺進行數(shù)據(jù)處理。已被廣泛應(yīng)用在了軍事、航空、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居等領(lǐng)域。（3）嵌入式系統(tǒng)技術(shù)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中的一項相對復雜的技術(shù)，綜合了包括計算機軟硬件、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)在內(nèi)的很多技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、通過軟硬件的適當組合以完成某些特定功能的專用計算機系統(tǒng)。因其系統(tǒng)本身擁有微處理器和存儲器等硬件，可以進行數(shù)據(jù)處理。在智慧醫(yī)療中多應(yīng)用在醫(yī)療儀器領(lǐng)域，如佩戴基于嵌入式的便攜心電監(jiān)護儀，可以為用戶提供心電圖監(jiān)測和診斷服務(wù)，從而減輕了醫(yī)院的負擔。如果監(jiān)測到的心電圖機器無法確認，可通過網(wǎng)絡(luò)傳送至遠程醫(yī)院，供專家診斷，并獲得反饋信息[3]。（4）全球定位技術(shù)利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實時進行定位、導航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)在醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的應(yīng)用范圍主要是獲取地理位置的信息，已獲得更好的醫(yī)療幫助。

3基于WSN技術(shù)的智慧醫(yī)療服務(wù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，加速了醫(yī)療方式的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了醫(yī)生對患者，醫(yī)院對就醫(yī)環(huán)境的有效管理。尤其是WSN技術(shù)的進步，通過海量的傳感器網(wǎng)絡(luò)采集患者信息，使得“遠程醫(yī)療”服務(wù)和“家庭護理”服務(wù)得以實現(xiàn)，讓患者可以享受到便捷、平等的醫(yī)療保障。同時，智慧醫(yī)療服務(wù)還應(yīng)該滿足以下幾個方面的特點：（1）規(guī)范性智慧醫(yī)療的系統(tǒng)要規(guī)范化、標準化[4]。只有規(guī)范化和標準化才是與其他系統(tǒng)兼容的保證。傳感設(shè)備采集的數(shù)據(jù)一定要有統(tǒng)一的標準，網(wǎng)絡(luò)通信要遵循統(tǒng)一的通信規(guī)則。（2）發(fā)展性智慧醫(yī)療體系是一個長遠的計劃，它的可發(fā)展性是毋庸置疑的，至今沒有一個統(tǒng)一的全面的概念去解讀它，這就要求對它的內(nèi)容不斷擴充，不斷完善，適應(yīng)社會每一個階段的發(fā)展，所以這個平臺應(yīng)該是對新的應(yīng)用開放，要預留適當?shù)慕涌?，并且不能影響當前的使用效果。?）易操作性智慧醫(yī)療面向?qū)ο蟮氖轻t(yī)生和患者，所以要有友好的操作界面，給操作者很好的使用反饋。（4）可持續(xù)性要保持傳感器和其他設(shè)備的的持續(xù)工作，不要因為供電或能量系統(tǒng)缺少而引起數(shù)據(jù)的丟失。（5）靈敏性環(huán)境的細微變化都可以被監(jiān)測處理，也可以準確的利用定位系統(tǒng)定位識別。（6）保密性產(chǎn)生的個人健康敏感數(shù)據(jù)被保密，提升系統(tǒng)的安全性。

3.1智慧醫(yī)療系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)最早的研究工作。使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得物聯(lián)網(wǎng)的效率大大增加。如圖1所示，WSN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要分為四個層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層和接口層[5]。（1）感知層傳感器是一種依據(jù)佩戴的信息進行識別的裝置，感知層通過傳感器來獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，是監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)。溫度傳感器、心電圖（ECG）、血壓、血糖、肌電圖、心率、氧飽和度、陀螺儀、運動傳感器和加速度計是智能醫(yī)療中常用的傳感器。傳感器有助于監(jiān)控多個生命體征[6]，也可以用來監(jiān)測醫(yī)療設(shè)備的使用情況和藥品的存放情況。本層次主要完成的功能就是數(shù)據(jù)的獲取。可以在傳感器上應(yīng)用嵌入式內(nèi)存，在大型服務(wù)器上進行數(shù)據(jù)分析。智能手機、平板電腦等都可以作為存儲信息計算數(shù)據(jù)的重要工具。（2）網(wǎng)絡(luò)層在整個智慧醫(yī)療的系統(tǒng)框架中，連接技術(shù)起到了相當大的作用。無線技術(shù)是智能醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)的支柱，一些高度集成的設(shè)備可以通過無線連接技術(shù)，利用物聯(lián)網(wǎng)對健康實施遠程監(jiān)測。本層次主要完成的功能就是數(shù)據(jù)的傳輸。不同的無線技術(shù)通過不同的物理設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中，在信息交換中起著至關(guān)重要的作用。在短距離的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸中，RFID在智能醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用被認為是非常有前景的，特別是超高頻（UHF）標簽的出現(xiàn)，提高了傳感和計算能力，使得無線射頻技術(shù)很容易實施低成本監(jiān)測和傳輸患者生命體征[7]。NFC是一種非接觸式近距離通信技術(shù)，適用于短距離范圍（理論上小于10cm，但實際上約為4cm）。由于NFC的接近性特點，以及其易用性，該技術(shù)非常適合患者去查詢他們的健康檔案。BLE是一種低消耗藍牙技術(shù)，在保持同等通信范圍的同時采用這種技術(shù)可以顯著降低功耗和成本。ZigBee也是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，在距離短、功耗低且對傳輸速率要求不高的設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸。遠程網(wǎng)絡(luò)可用GPRS。（3）服務(wù)層本層主要任務(wù)是進行數(shù)據(jù)的處理。可以從以下三個方面來進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處理：面向應(yīng)用程序的、面向?qū)ο蟮暮兔嫦蛘Z義的[8]。面向應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)需要負責建立個體傳感器和應(yīng)用程序之間的安全的信息網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)進行安全管理，做到數(shù)據(jù)的加密輸入和解密輸出。面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)要求適應(yīng)應(yīng)用程序的實時性、持續(xù)性，靈敏度高，在低功耗下保持較高的效率，并可以進行智能化處理。面向語義的計算平臺的框架通常要適應(yīng)不同的上下文環(huán)境，能夠基于先前獲得的信息，利用自然語言分析處理技術(shù)來豐富用戶體驗，具有普適計算的能力，如數(shù)據(jù)庫管理、最優(yōu)化、人機交互和機器學習算法等。（4）接口層本層主要任務(wù)是數(shù)據(jù)的使用。接口層是使用智慧醫(yī)療系統(tǒng)的個人和機構(gòu)。機構(gòu)通常包括醫(yī)療機構(gòu)、家庭、企業(yè)等用戶通過相應(yīng)APP和系統(tǒng)軟件獲取服務(wù)相應(yīng)入口，實現(xiàn)相關(guān)醫(yī)療的信息的體驗。智慧醫(yī)療服務(wù)的目的是想打造一個有發(fā)展的、便捷的、移動的、高效的醫(yī)療數(shù)據(jù)互相聯(lián)通的平臺。

3.2智慧醫(yī)療服務(wù)的設(shè)計

在這里通過舉例醫(yī)院的智能病房來說明智慧醫(yī)療服務(wù)的過程。在傳統(tǒng)的醫(yī)院病房中，醫(yī)療數(shù)據(jù)的采集和病房環(huán)境的監(jiān)測，都需要醫(yī)護人員手動進行，而且在醫(yī)療數(shù)據(jù)的收集方面很容易形成“信息孤島”，不容易進行數(shù)據(jù)的分析與共享。通過無線射頻技術(shù)與傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，可以實現(xiàn)病房的智能管理，加速智慧醫(yī)療的系統(tǒng)進程。圖2顯示了智能病房的實現(xiàn)過程。在數(shù)據(jù)采集方面分為通過傳感器采集和RFID采集兩個子集。在環(huán)境信息采集方面，可通過溫濕度傳感器、煙霧傳感器等來采集病房的數(shù)據(jù)，患者可以使用加載有監(jiān)測血壓、心率等功能的傳感器手環(huán)采集身體特征數(shù)據(jù)。以RFID形式采集的數(shù)據(jù)主要集中在患者的一些基本信息，比如說住院號、患者姓名、患者年齡、入院時間、病房號、診斷結(jié)果等等，同時采集醫(yī)護人員的信息，將患者和相應(yīng)的醫(yī)護人員關(guān)聯(lián)在一起，記錄每次醫(yī)護人員對患者的操作記錄，通過相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器。在數(shù)據(jù)處理方面，系統(tǒng)主要完成的是對采集來的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫處理，將患者的信息和醫(yī)護人員信息分別建立數(shù)據(jù)庫，方便查看歷史信息和關(guān)聯(lián)信息，患者信息字段如表1所示,醫(yī)護人員信息字段如表2所示。在通過端口讀取完成數(shù)據(jù)以后，進行數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)端口，端口分為醫(yī)護人員使用端口和患者使用端口，當醫(yī)護人員在醫(yī)護端通過身份認證以后，就可以監(jiān)測患者的血壓、心率，心電圖等等并記錄治療流程，如果患者需要轉(zhuǎn)診，轉(zhuǎn)診醫(yī)生可通過讀取相應(yīng)信息記錄了解患者病情也省去了重復檢查的時間，同時系統(tǒng)支持數(shù)據(jù)的實時刷新。在患者端，患者通過智能設(shè)備接入APP患者端，可實時查看生理數(shù)據(jù)及一些檢驗結(jié)果及費用明細，可隨時呼叫醫(yī)護人員，同時APP還提供了提醒服務(wù)，提醒患者的吃藥時間和治療時間，也可以提供病房餐的配送。

4智慧醫(yī)療服務(wù)的其他應(yīng)用

4.1健康生活方面

現(xiàn)代人的醫(yī)療模式已經(jīng)從傳統(tǒng)的“有病再就醫(yī)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁o病先預防”，健康的生活方式很重要，通過智能設(shè)備可以實現(xiàn)對健康的日常管理。在健身運動方面，佩戴智能手表進行健身運動時，通過提取卡路里的消耗量、健身姿勢的改變量、健身活動持續(xù)的時間量等特征值，根據(jù)相應(yīng)算法，就可以監(jiān)測出身體汗液酸堿度的變化，氧氣的攝入量和心率的變化量，還可以設(shè)置步行或徒步旅行路線，伴隨著定位，有助于監(jiān)督使用者的位置和活動，給他們的健身活動提出相關(guān)的建議并幫助他們實現(xiàn)健身目標。在食品檢測方面，我們可以在冰箱上配置好傳感器和攝像頭，一旦食物超過保存期變質(zhì)變味，傳感器就會通過氣味的變化提醒食物可能的變化，讓人們可以不開冰箱通過攝像頭來看一下需要處理的食物。在食品溯源方面，我們通過掃描食物上配備的RFID標簽就可以追溯食品的產(chǎn)地和成份，了解其具有哪些營養(yǎng)，不能和哪些食物同食，建議烹飪方法等。

4.2家庭護理方面

通過佩戴具有“IPV6”網(wǎng)址的可穿戴傳感器，定期獲取關(guān)于孩子或年邁父母的健康信息，實時監(jiān)控他們的健康狀況，一旦體溫、血壓或心率突然變化就會及時通知家人。尤其是傳感器具有網(wǎng)絡(luò)地址以后，可以定位跟蹤分析孩子或父母的位置，一旦突發(fā)狀況，家人可以根據(jù)傳感器接收到的地址信息，呼叫救護車進行緊急處理。在遠程醫(yī)療上，通過把每名用戶去醫(yī)院的就醫(yī)記錄進行整合，建立一個完整檔案，通過可穿戴傳感器監(jiān)測到的生命體征數(shù)據(jù)可以隨時對檔案進行數(shù)據(jù)更新，通過執(zhí)行器、微型控制器、處理器和云計算[9]，在物聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下獲得準確的結(jié)果和醫(yī)療保健方法。使用者只是通過APP查詢，就可看到結(jié)果，也可以聯(lián)系醫(yī)生進行治療方案的制定。這種以“預防”為主的智能醫(yī)療模式對慢性病的診斷起到了很好的效果[10]。

4.3環(huán)境監(jiān)測方面

WBAN（Wirelessbodyareanetworks，無線身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）是社區(qū)衛(wèi)生健康監(jiān)測的基本組成部分，有助于在一個地方或社區(qū)周圍建立一個網(wǎng)絡(luò)。多個WBAN構(gòu)成了智慧醫(yī)療網(wǎng)，多個WBAN構(gòu)成了智慧醫(yī)療網(wǎng)，可以形成共同合作體系。社區(qū)網(wǎng)絡(luò)可能包括學校、住宅區(qū)和醫(yī)院，這有助于在偏遠地區(qū)提供高效率的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。在監(jiān)測某一地區(qū)的地方病或流行病爆發(fā)的狀況時，如果受感染的人數(shù)突然增加，對于傳感器所傳回的信息可以提前制定疏散醫(yī)院管理計劃，騰出病人的急救通道與病房供給，保證所需醫(yī)療設(shè)備或資源的供應(yīng)，比如說血液庫準備的充足血量提供需要輸血的人。從生活中的健康監(jiān)測發(fā)展到醫(yī)院的生命體征監(jiān)測，通過機器學習算法和人工智能，智慧醫(yī)療也在不斷提高自身的服務(wù)范圍和服務(wù)的質(zhì)量[11]，一些傳感設(shè)備可以幫助研究人員更好的改進模型來處理不同條件下的醫(yī)療。

5總結(jié)與展望

本文從物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、智慧醫(yī)療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用三個方面，來闡述智慧醫(yī)療服務(wù)。在數(shù)字時代，智能醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)成為了一個跨學科的研究領(lǐng)域。從傳統(tǒng)醫(yī)療服務(wù)到智能醫(yī)療服務(wù)的轉(zhuǎn)變是一個緩慢和穩(wěn)定的過程，完善體系結(jié)構(gòu)中涉及的工作原理和技術(shù)，探索醫(yī)療保健服務(wù)中大數(shù)據(jù)的安全性和隱秘性，研究如何使用云輔助架構(gòu)和集成多種技術(shù)以確保智慧醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，一直是各地研究人員關(guān)注的內(nèi)容。我相信隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療過程的不斷完善，技術(shù)人員和醫(yī)護人員的共同努力，智慧醫(yī)療服務(wù)的未來將會越來越好。

參考文獻

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作者：劉芳 單位：牡丹江醫(yī)學院