物聯(lián)網(wǎng)如何革新醫(yī)療保健領(lǐng)域

摘要：本文將深入探討 IoT 在醫(yī)療保健服務(wù)交付方面的作用，仔細(xì)研究使其能實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)，并討論目前 IoT 為醫(yī)療保健領(lǐng)域帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/203216.htm

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；IoT；醫(yī)療

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.1.001

首要事項(xiàng)：了解 IoT

目前與 IoT 相關(guān)的醫(yī)療保健系統(tǒng)基于 IoT 的基本定義，即通過安全服務(wù)層 （SSL） 彼此相連，捕捉和分享重要數(shù)據(jù)信息的終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，該服務(wù)層與云中的中央指令和控制服務(wù)器相連。首先，讓我們來了解一下這會(huì)帶來怎樣的轉(zhuǎn)變，這對(duì)人們采集、記錄和分析數(shù)據(jù)的意義，不僅僅是醫(yī)療保健業(yè)，還幾乎包括當(dāng)今的各個(gè)行業(yè)。

正如物聯(lián)網(wǎng)一詞創(chuàng)造者所述，終端設(shè)備互聯(lián)這個(gè)概念是“一件大事”[1]。1999 年 Kevin Ashton 在一次商業(yè)演講上首次使用了這一短語，十年之后解釋說，“目前，計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)幾乎完全依靠人來獲取信息。問題是，人們的時(shí)間、精力和精確度有限，也就是說，人們不善于捕捉真實(shí)世界的數(shù)據(jù)。” 解決方法是像他一貫認(rèn)為，支持終端設(shè)備自行收集信息，無需人工干預(yù)。

在IoT（物聯(lián)網(wǎng)）中終端設(shè)備直接連接到數(shù)據(jù)，并彼此互連的出現(xiàn)非常重要，原因有二：

1. 傳感器和連接技術(shù)的進(jìn)步支持終端設(shè)備采集、記錄和分析過去無法訪問的數(shù)據(jù)。在醫(yī)療領(lǐng)域，這意味著人們能夠隨著時(shí)間的推移采集患者數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)預(yù)防性保健，支持早期診斷急性并發(fā)癥，并推動(dòng)人們了解治療（通常是藥理治療），有助于改善患者的健康狀況。

2. 終端設(shè)備能夠自行采集數(shù)據(jù)，消除人輸入數(shù)據(jù)的局限性，終端設(shè)備能夠在醫(yī)生需要數(shù)據(jù)的時(shí)候，以其所需的方式自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)，這種自動(dòng)化可減少錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)。在幾乎任何行業(yè)，減少錯(cuò)誤都意味著提高效率、降低成本、提升質(zhì)量。然而，這是醫(yī)療保健領(lǐng)域的特殊需求，同時(shí)也利害攸關(guān)，因?yàn)樵卺t(yī)療領(lǐng)域，人為失誤可能意味著生與死的差別。

IoT 基本構(gòu)件無處不在

雖然思科咨詢服務(wù)部總經(jīng)理Joseph Bradley 表示“如今有 1% 的事物實(shí)現(xiàn)了互連”[2] 。

當(dāng)前，IoT 概念已經(jīng)在能源（如智能照明、智能電網(wǎng)）和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域采用。根據(jù)eWeek2的一個(gè)有關(guān)思科與記者的會(huì)議電話報(bào)告表示：“隨著連接的不斷增加，IoT為企業(yè)和全球經(jīng)濟(jì)帶來的價(jià)值也只會(huì)增加。”eWeek 報(bào)告描述了思科的愿景是已超越 IoT到實(shí)現(xiàn) IoE（萬物聯(lián)網(wǎng)）。這就是思科所述的連接系統(tǒng)，不僅包括終端設(shè)備，還包括人、數(shù)據(jù)和流程，“幾乎包括連接到互聯(lián)網(wǎng)或穿越了互聯(lián)網(wǎng)的任何事物。”思科預(yù)計(jì)，到 2020 年 IoE 為全球經(jīng)濟(jì)帶來的價(jià)值將達(dá)到 14.4 萬億美元。

不過，那是另一回事。讓我們回到 IoT，看看它當(dāng)前是如何用于醫(yī)療保健業(yè)的，并探討它如何使醫(yī)療保健業(yè)變得更好。

IoT 在醫(yī)療保健領(lǐng)域已經(jīng)起動(dòng)

IoT 在多種醫(yī)療保健應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，一方面可以管理慢性疾病，另一方面還可以預(yù)防疾病，以下示例展示了 其已然發(fā)揮的重大潛力。

臨床護(hù)理：生理狀態(tài)需要密切關(guān)注的入院患者可借助 IoT 驅(qū)動(dòng)的無創(chuàng)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)。此 類解決方案采用傳感器采集全面的生理信息，并通過網(wǎng)關(guān)和云分析和存儲(chǔ)信息，然后將分析后的數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送給護(hù)理人員，進(jìn)行深入的分析和審查。它取代了專業(yè)醫(yī)務(wù)人員定期過來檢查患者的生命體征這種流程，相反，它提供連續(xù)的自動(dòng)化信息流。這樣，除了通過連續(xù)關(guān)注提高護(hù)理質(zhì)量外，人們還能降低護(hù)理成本，因?yàn)闊o需護(hù)理人員主動(dòng)參與數(shù)據(jù)采集和分析。

此類系統(tǒng)的一個(gè)示例是 Masimo Radical-7，這是適用于臨床環(huán)境的健康監(jiān)測(cè)儀，它能夠采集患者的數(shù)據(jù)并以無線方式傳輸，用于連續(xù)顯示或通報(bào)。監(jiān)測(cè)結(jié)果可完整、詳細(xì)地展示患者的狀態(tài)，讓臨床醫(yī)生能夠隨地進(jìn)行審查。該監(jiān)測(cè)儀集成了飛思卡爾的 i.MX 應(yīng)用處理器技術(shù)，增強(qiáng)了圖形功能，能夠以超高分辨率顯示信息，還具有觸摸用戶界面，使該技術(shù)簡(jiǎn)單易用。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)：全球有許多人由于無法享用有效的健康監(jiān)測(cè)而導(dǎo)致健康受損。現(xiàn)在，通過 IoT 實(shí)現(xiàn)連接的小型、功能強(qiáng)大的無線解決方案可讓健康監(jiān)測(cè)服務(wù)走向這些患者，而不是讓患者去尋求健康監(jiān)測(cè)服務(wù)。使用這些解決方案，人們可以從多種傳感器安全捕捉患者的健康數(shù)據(jù)，采用復(fù)雜的算法分析這些數(shù)據(jù)，然后通過無線連接與專業(yè)醫(yī)護(hù)人員分享數(shù)據(jù)，這樣，醫(yī)護(hù)人員就能夠給出適合的健康建議（圖1）。

因此，慢性病患者出現(xiàn)并發(fā)癥的可能性減小，急性并發(fā)癥可以在患病前診斷出來。例如，可以全天候監(jiān)控正在服用洋地黃治療的心血管疾病患者，以防止藥物中毒。從心電圖（EKG）上可以很容易地檢查出心律不齊的病癥，如果心電圖數(shù)據(jù)指示心臟血氧不足，可以更快發(fā)現(xiàn)心臟問題。匯集的數(shù)據(jù)還可以向人們提供信息，做出更加有利于健康的選擇，采取更多醫(yī)療保健預(yù)防方法。為此，飛思卡爾推出了家庭健康中心參考平臺(tái)（Freescale Home Health Hub reference platform），如圖2。

及早干預(yù)/預(yù)防：健康的人也能從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控其日常活動(dòng)和生活中受益。例如，獨(dú)居老人可能希望有一臺(tái)監(jiān)控設(shè)備，可以在其日常活動(dòng)中檢測(cè)出摔倒或其他突發(fā)情況，并將情況報(bào)告給緊急響應(yīng)人員或家庭成員。另外，運(yùn)動(dòng)員，如遠(yuǎn)足或騎自行車的可以終身從這樣的解決方案中受益，尤其是如果它能作為一個(gè)可穿戴技術(shù)提供的話。

飛思卡爾技術(shù)已被集成到一些此類解決方案中。Sonamba日常監(jiān)控解決方案，針對(duì)老年群體，使用有策略地部署的傳感器來監(jiān)控其日常活動(dòng)，并將異常情況通過手機(jī)報(bào)告給護(hù)理服務(wù)提供者或家庭成員。飛思卡爾向Sonamba提供應(yīng)用處理和基于ZigBee的無線連接。飛思卡爾技術(shù)也被嵌入到Numera Libris移動(dòng)個(gè)人健康門戶中，該門戶旨在檢測(cè)出摔倒情況，無論在家里還是外出時(shí)，都能夠管理個(gè)人健康狀況。

這些只是基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療保健解決方案的幾個(gè)例子，目前更多案例正在涌現(xiàn)。但是，正如一名記者指出，“未來的真正景象是，這些小型應(yīng)用能匯聚成一個(gè)完整的大應(yīng)用想象一下，如果您是一名忘記吃藥的病人親屬。您收到告警，能夠知道他們的位置，遠(yuǎn)程檢查他們的生命體征，確認(rèn)他們是否生病，然后您的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)告知哪家醫(yī)院床位空余最多，最通暢的到達(dá)路線，甚至在哪兒停車。[5]”

支持技術(shù)：使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于醫(yī)療保健業(yè)成為可能

前面所述的醫(yī)療保健實(shí)例中，成功使用物聯(lián)網(wǎng)主要依賴于一些支持技術(shù)。沒有它們，就不可能獲得健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用所需的可用性、連接性和功能。

智能傳感器結(jié)合了傳感器和微控制器，可以精確測(cè)量、監(jiān)控和分析各種健康狀況指標(biāo)，使人們能夠在醫(yī)療保健領(lǐng)域發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的作用。這些指標(biāo)可以包括心率和血壓，以及血糖或血氧飽和度水平等基本生命體征。智能傳感器甚至可以放入藥瓶中，并連接到網(wǎng)絡(luò)，指示病人是否已按時(shí)按量服用了藥物。為了使智能傳感器高效工作，微控制器組件必須包含幾個(gè)基本功能：

低功耗運(yùn)行，這是保持器件小型化和延長(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵，也是物聯(lián)網(wǎng)器件要保持可用所必不可少的一個(gè)特性。飛思卡爾長(zhǎng)期提供低功耗處理，現(xiàn)在致力于實(shí)現(xiàn)完全無電池的器件，可利用能量收集技術(shù)通過使用超低功耗的DC-DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。

集成的高精度模擬功能，使傳感器能夠以較低的成本獲得高精度。飛思卡爾提供的這種支持技術(shù)是在微控制器內(nèi)包含模擬組件例如高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和低功耗運(yùn)算放大器。

圖形用戶界面（GUI），使顯示器件能提供具有生動(dòng)細(xì)節(jié)的大量信息，并能很容易地訪問這些信息，從而提高可用性。飛思卡爾的i.MX應(yīng)用處理器具有很高的圖形處理性能，可支持先進(jìn)的GUI開發(fā)。

網(wǎng)關(guān)是一個(gè)信息中心：收集傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行分析，然后通過廣域網(wǎng)（WAN）技術(shù)將其傳送給云。網(wǎng)關(guān)可用于診所或家庭環(huán)境；在后者，它們可以組成更大的連接資源，在家中就能管理能源、娛樂和其他系統(tǒng)。飛思卡爾家庭健康中心參考平臺(tái)包括一個(gè)網(wǎng)關(guān)組件。醫(yī)療器件設(shè)計(jì)者還可以使用該平臺(tái)來創(chuàng)建遠(yuǎn)程訪問器件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

無線網(wǎng)絡(luò)打破了以太網(wǎng)和USB等傳統(tǒng)有線解決方案的物理限制。飛思卡爾提供微控制器，支持基于主流無線標(biāo)準(zhǔn)的無線連接，包括供個(gè)人設(shè)備使用的個(gè)人局域網(wǎng)（PAN），有藍(lán)牙和藍(lán)牙低功耗（BLE），以及診所或醫(yī)院局域網(wǎng)（LAN）使用的Wi-Fi 和藍(lán)牙連接。由于標(biāo)準(zhǔn)眾多，我們不得不面對(duì)醫(yī)療保健領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：標(biāo)準(zhǔn)。

連接標(biāo)準(zhǔn)：使物聯(lián)網(wǎng)器件協(xié)同工作

對(duì)于大量復(fù)雜器件需要彼此通信的任何環(huán)境來說，標(biāo)準(zhǔn)都是一個(gè)固有挑戰(zhàn)--這也正是醫(yī)療保健領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)的情況。一位分析師稱 “更廣泛的通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)”[6]是推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)普及的關(guān)鍵。

幸運(yùn)的是，標(biāo)準(zhǔn)化組織正在攜手護(hù)理服務(wù)提供者，努力創(chuàng)建監(jiān)控器件之間的無線通信指南。康體佳健康聯(lián)盟（Continua Health Alliance）成立于2006年，是醫(yī)療保健公司和技術(shù)公司的聯(lián)盟組織，旨在建立可互操作的個(gè)人健康解決方案指南，而飛思卡爾是該組織的成員之一。康體佳健康聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)布了一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以確保互操作性；今后，購(gòu)買康體佳認(rèn)證器件的機(jī)構(gòu)可確保與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的其他認(rèn)證器件互連。

康體佳器件標(biāo)準(zhǔn)是大型標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的一部分，大型環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)包括由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）建立的信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）建立的工程標(biāo)準(zhǔn)。

在無線技術(shù)中， IEEE為 LAN設(shè)定Wi-Fi（IEEE 802.11）和ZigBee（IEEE 802.15.4）網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。為PAN設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)包括藍(lán)牙、BLE，以及IEEE 802.15.4j和IEEE 802.15.6，這些都是與體域網(wǎng)（BAN）相關(guān)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)包括GSM/UMTS和CDMA。專有無線網(wǎng)絡(luò)仍然在醫(yī)療環(huán)境的常規(guī)應(yīng)用特別是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中發(fā)揮作用，但隨著行業(yè)不斷向標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)發(fā)展，其作用似乎被削弱。

飛思卡爾方案

飛思卡爾開發(fā)和打造用于整個(gè)IoT 驅(qū)動(dòng)的醫(yī)療保健系統(tǒng)的嵌入式技術(shù)，包括：

采集患者數(shù)據(jù)的傳感器；

處理、分析并通過無線方式傳輸數(shù)據(jù)的微控制器；

支持豐富的圖形用戶界面的微處理器；

醫(yī)療保健專用網(wǎng)關(guān)，通過該網(wǎng)關(guān)將傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析并發(fā)送至云。

參考文獻(xiàn)：

[1]Kevin Ashton.[R/OL]（2009-6-22）， www.rfidjournal.com

[2]Burt J.Cisco： Internet of Everything Already Worth Billions in Profits[R/OL].（2013-6-23）.www.eweek.com

[3]Fisher L. The Internet of Things： In Action[R/OL].（2013-5-19）.thenextweb.com

[4]Brisbourne A.The Internet of Things Isn’t as New as It Seems[R/OL].（2013-2-8）.www.forbes.com

[5]Casserly M.What Is ‘The Internet of Things’？ How Connected Devices Are Set to Change Our Lives[R/OL].（2013-5-29）.www.pcadvisor.co.uk

[6]Chui M， Loffler M， Roberts R.The Internet of Things. McKinsey Quarterly， March 2010