智慧健康與云計算

胡 哲，向 菲，金新政

（華中科技大學健康信息資源研究中心，湖北 武漢 430030）

智慧健康與云計算

胡 哲，向 菲，金新政*

（華中科技大學健康信息資源研究中心，湖北 武漢 430030）

近年來，隨著人們對健康自我管理的要求的提高、健康大數據和云計算技術的興起，智慧健康和云計算兩個領域的融合愈加緊密。為探究云計算在智慧健康系統中發揮的作用，本文從智慧健康的體系架構入手，確定云計算所處的數據處理層與網絡層和感知層的功能關系。針對云計算在智慧健康系統中的功能，本文從健康數據安全與隱私保護和健康數據的可靠程度兩個方面進行了深入的分析并提出相關的建議。

智慧健康；云計算；健康數據

0 引言

據中國互聯網絡信息中心（CNNIC）發布第37次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》，截至2015年12月底:我國的網民規模達到6.88億，互聯網的普及率達50.3%［1］。互聯網的快速發展直接推動了“互聯網+”這一研究熱點的出現，特別是醫療健康領域。目前，在全球范圍內許多用戶都會通過因特網來搜索有關的健康信息，互聯網為用戶獲得所需的健康信息提供了極大的便利［2-3］。隨著物質生活水平的提高，人們對自身的健康水平有了更高的要求，再加之智能技術、健康技術以及網絡技術的逐步成熟，使得智慧健康逐漸成為國內外醫療健康領域的研究熱點。21世紀是一個“大數據時代”，智慧健康的研究和發展過程中必然伴隨著龐大的健康數據，大數據為云計算技術與健康產業的融合很好地實現了這些健康大數據的存儲和傳輸過程，除此之外，云計算平臺提供的數據分析功能也充分地挖掘了這些健康數據的潛在價值。云計算已經成為智慧健康系統中不可或缺的一部分，如何利用云計算平臺更高效地、安全地保證健康數據的接收、存儲與傳輸將會成為智慧健康研究中的重點。

1 智慧健康的概念與云計算技術

1.1 智慧健康的概念

世界衛生組織（WHO）對健康（wellness）的定義是：健康不僅是軀體沒有疾病，還包括心理健康、社會適應良好和有道德，而早在世界衛生組織1948年成立之時憲章中對健康的定義中還沒有強調道德健康。隨著科學技術的進步和人們健康觀念的轉變，健康的內涵處于動態變化之中，同時醫學模式和服務方式也在發生著巨大的變化，因此也就出現了第一代、第二代、第三代健康的演變。近幾年來，智能傳感技術、云計算技術、網絡通訊技術、健康技術的突飛猛進以及人們對以自我為主導的健康模式的追求，促進了新一代健康的出現，也就是我們今天的智慧健康。對于智慧健康概念，目前尚未有相對權威或被廣泛認可的說法。有的學者提出智慧健康是應用現代化的大數據、網絡信息技術以及智能技術來改進傳統的醫療模式，提倡和促進自我健康管理的一種健康模式［4］；也有學者提出智慧健康是以智能技術、健康技術和網絡技術為支撐，為人類健康提供服務功能的復雜動態系統［5］。結合其他學者對智慧健康的相關研究以及前文的論述，本文從醫學模式、健康內涵、服務方式和健康技術四個維度對智慧健康進行定義：智慧健康是以生物-心理-社會-道德的醫學模式為指導，通過利用現代化的智能傳感技術、網絡通訊技術、云計算技術以及醫療健康技術為支撐來實現對健康的自我管理的新一代健康。

1.2 云計算技術

云計算技術作為一個新興的技術，是繼1980年代大型計算機到C/S模式大轉變之后的又一次影像深遠的巨大技術進步，在許多領域特別是醫療衛生領域得到了廣泛應用，目前對云計算比較權威的定義就是美國國家標準與技術研究院（NIST）給出的定義：云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問，進入可配置的計算機資源共享池（資源包括網絡、服務器、應用軟件、服務），這些資源能夠被快速提供，同時投入很少的管理工作，或與服務器供應商進行很少的交互。因此，從本質上來看，云計算是一種分布式的系統，它將一定規模的計算資源與存儲資源利用互聯網進行整合，然后以不同的形式提供給需求用戶［6］。相比于傳統的計算機運算方式，云計算的獨有的特點主要體現在：（1）規模大。提供云服務的多家企業都擁有幾十萬計的服務器，具有強大的計算能力；（2）虛擬處理與實時共享。云計算借助于互聯網可以向任何位置的用戶提供來自“云”的資源，并不要求用戶訪問位于某一具體實體機上的資源，而且可以實現不同設備之間的資源傳輸與實時共享；（3）高性價比。承載資源的“云”由較為廉價的節點所構成，但卻提供可以存儲大量數據的云存儲平臺，以及可完成類似于超級計算這樣強大的云計算任務［7-8］。綜合分析上述云計算的主要特點我們可以知道，云計算技術的主要功能就是對來自于云平臺數據接口的各種大數據進行存儲和共享，再根據需求計算與分析這些數據來解決相關的問題。智慧健康的發展，伴隨著海量的健康數據，如何有效利用這些數據對云計算技術提出了新的要求，健康大數據對存儲和計算的高要求間接推動了云計算技術的發展及其與云計算的結合，而人們利用云計算技術對健康大數據進行充分計算和分析又可以很好地幫助發現和解決相關的健康問題，云計算技術已經成為智慧健康發展過程中不可或缺的一部分。

2 智慧健康系統中的云計算平臺

智慧健康旨在幫助用戶自主管理健康，而實現這一功能則需要一套由多個功能模塊或功能層組成的智慧健康體系來共同完成。目前，國內外對智慧健康系統都有較多的研究，借助于相關學者對智慧健康系統架構以及物聯網、云計算體系架構的研究成果，本文將智慧健康體系架構主要劃分為五層［9］：（1）對象層。這一層主要是健康數據的來源層，可以分為人和健康設備兩個部分，人主要包括用戶自身以及相關醫務人員，而健康設備主要是用于記錄各項生命體征和健康指標的電子設備；（2）數據感知層。主要是通過移動可穿戴式設備以及二維碼標簽和標識器、RFID標簽和讀寫器感知和記錄健康數據；（3）數據處理層。主要包括健康大數據和云計算平臺，接受數據感知層的健康數據，完成對這些數據的存儲和分析計算；（4）網絡層。利用無線（比如WiFi技術）和有線（如3G、4G技術等）等網絡通訊技術對處理層的數據進行傳輸和共享，主要確保數據傳輸的安全保密性和實時性；（5）應用服務層。主要是利用處理后的健康大數據為用戶提供相關的健康服務，包括生命體征檢測、個人健康管理以及視頻會診等。在整個體系架構中，云計算平臺主要發揮著“承上啟下”的作用，下文將主要介紹云計算平臺所處的數據處理層與感知層和網絡層之間的關系及其功能的實現。見下圖1。

圖1 云計算技術在智慧健康系統中的功能圖

2.1 接收感知層健康數據

感知層通過一系列的智能傳感器（比如智能手環、血壓測量儀、心電測量儀等）感知并記錄相關的生命體征和健康指標數據，不同類型的傳感器收集不同的健康數據，并沿著傳感器節點匯聚到用戶可管理的管理節點，這在一定程度上也保證了健康數據的可區分度和準確度；除此之外，數據感知層還可以利用物聯網技術（比如二維碼和條形碼識別器、RFID標簽和讀寫器）自動識別并記錄這一類數據。借助于數據端口可以將由智能傳感器和物聯網技術得到的健康數據傳送至云計算平臺，云平臺再對這些數據進行存儲并根據用戶的健康需求分析數據，再進行健康數據的傳輸與共享。

2.2 借助網絡層傳輸健康數據

云計算這一分布式系統可以通過互聯網為任何位置的用戶提供實時的、高效的計算與存儲資源，在智慧健康體系結構中，位于數據處理層的云計算技術借助于上層的網絡通訊技術（包括有線和無線）傳輸健康數據為需求用戶提供健康服務。通訊技術的快速發展引領我們邁入4G時代，滿足了健康數據的龐大性、復雜性和多樣性對數據傳輸高效率與高質量的要求，網絡的可及性和客戶端的低門檻操作性使得用戶能夠隨時隨地獲得相關的健康信息以及享受健康服務。網絡通訊技術的成熟既促進了“健康云資源”的發展，又為用戶獲取健康服務提供了多元化的途徑。

3 討論

3.1 加強對健康數據安全與隱私的保護

智慧健康體系中的云計算平臺中必然會存儲和傳輸龐大的健康數據，對于用戶而言，其首要的安全目標就是保證健康數據在存儲和傳輸過程中的安全以及對于敏感類健康數據的隱私保護。提供云服務的大多都是帶有商業性質的企業，這就很難保證云服務商不會惡意泄露用戶的健康數據來為自己謀利或者是直接利用平臺本身存儲的用戶的健康數據，通過分析用戶行為間接地掌握用戶的習慣來針對性地提供健康服務［10］。隨著網絡信息技術的進步，存儲在“云”中的健康數據可能遭遇網絡入侵而被泄露，也有可能在傳輸的過程中被第三方非法截取［11］。因此，我們可以從安全技術和政策制定兩個方面來加強對健康數據安全和隱私的保護。首先是在完善安全技術方面，安全技術可以從存儲安全和傳輸安全兩個角度考慮，存儲安全是指數據需要在安全的地方進行存儲，這就包括利用相關的物理隔離或邏輯隔離技術對健康數據進行隔離以及入侵檢測和防火墻的設置，為了防止自然因素帶來的不可抗力的影響以及病毒、黑客的入侵造成的數據丟失，還可以對存儲的健康數據進行備份設置；傳輸安全就是指健康數據在傳輸的過程中的安全性，在多數情況下都會采取加密傳輸的方法，包括對稱和非對稱密鑰技術、數字簽名和第三方認證技術等［10，12］。其次就是加速相關的政策制定，目前對云計算中隱私數據的保護政策并不成熟，云計算技術作為一個具有極大網絡經濟效益的新興領域，法律所具有的滯后性這一特點也必然會影響云計算本領域以及與其相關聯的領域的發展，從長遠來看，這在將來也會給社會帶來巨大的矯正成本［13］。因此，在云計算與其他產業進行融合發展的初期，就應當加速制定相關的監管政策以及法律，加強對云服務商的監督和管制。

3.2 提高健康數據的可靠程度

從智慧健康體系架構可看出，我們在收集、處理、傳輸這些健康數據之后，最終還是要回歸到信息服務這一層面，即提供相關的醫療健康服務。因此，為了提供有效、準確且高質量的健康服務，我們需要通過完善每個環節來提高健康數據的可靠性。首先要提高智能傳感器感知健康數據的精確性，為后續的健康數據分析打下基礎。我們可以通過在物聯網技術的基礎上構建一個包括有不同類別傳感器的感知體系，每種傳感器能感知并收集其對應的生命體征和相關健康指標的數據，再通過網絡通訊技術將這些健康數據發送至云平臺為用戶提供健康服務［14］；當然，在對數據進行計算之前我們還可以利用Benford法則等評估算法對這些健康數據進行質量檢測［15］。其次就是完善云計算平臺的數據分析技術。面對如此龐大且關系復雜的健康數據，云計算平臺需要具備海量數據分析、存儲和訪問、管理以及并行處理的能力，最具有代表性的就是Google公司研發的三大云計算技術GFS、MapReduce和Bigtable就可以很好的實現數據的實時傳輸、海量分析和協同處理功能［16］。在利用云計算技術進行數據分析之前，我們首先要對數據進行預處理，然后再采用聚類、分類等方法對數據歸類和關聯，最后再借助云計算技術來實現對健康大數據的超級計算。最后就是確保健康數據在傳輸過程中的保真度。網絡通訊技術的進步在很大程度上提高了數據傳輸的速度，但是確保數據傳輸的質量也同等重要。為盡可能地降低健康數據在傳輸過程中的誤碼率，一方面我們可以使用高質量的硬件設備保證信號的傳輸，另一方面還可以通過采用面向信道編碼的糾錯技術、結合編解碼器與信道編碼的糾錯技術以及相關的控制擁塞技術來實現［17］。

4 結語

近幾年來在“互聯網+”熱潮的推動之下，作為新一代健康的智慧健康成為了新的研究熱點并得到了迅速的發展，伴隨著這一新的健康模式的是極具研究和開發潛力的健康大數據。云計算技術滿足了對這些健康數據的存儲、計算分析和共享的要求，因此云計算這一領域也與智慧健康聯系的更為緊密。云計算在智慧健康系統中通過數據接口接收數據感知層的數據，對健康數據進行處理之后又借助于網絡層傳輸到應用層服務于需求方，但其在智慧健康系統中的應用還不是很成熟，因此仍需要在技術上和政策上加以規范，這樣才能保證兩者真正的融合以及健康地發展。

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Smart Health and Cloudcomputing

HU Zhe， XIANG Fi， JIN Xin-zheng*
（Research Centre of Health Information Resource， HUST， Wuhan 430030， Hubei， China）

Recently， with the rising requirements of self-management to improve people's health， and the rapid development of health big data and Cloudcomputing technology， the integration of Smart Health and Cloudcomputing is becoming increasingly closer. To research the role the Cloudcomputing plays in the Smart Health system， the paper starts with the architecture of Smart Health， then determines the functional connection of data processing layer where the Cloudcomputing belongs to with the network layer and the perceived layer. According to the function of Cloudcomputing in the system of Smart Health， the paper does in-depth analysis on the aspects of health data security and privacy， and the reliability of health data，then it also makes some recommendations.

Smart Health； Cloudcomputing； Health Data

“國家科技支撐計劃項目”資助（項目編號：2008BAI52B00）

胡哲，男，本科生在讀，專業：信息管理與信息系統。

金新政，男，華中科技大學同濟醫學院 管理學教授，研究生導師，系華中科技大學健康信息資源研究中心主任。主要研究方向是信息管理、衛生事業管理和軟科學。