基于物聯網的智慧醫療系統及其發展應用

許俊杰,陳軍

武漢大學人民醫院 設備處,湖北 武漢 430060

基于物聯網的智慧醫療系統及其發展應用

許俊杰,陳軍

武漢大學人民醫院 設備處,湖北 武漢 430060

物聯網技術的出現,促進了智慧醫療系統的進一步發展,使醫療數據能夠在診療中得到最大程度發揮,現如今,以患者為中心的智慧醫療平臺的構建具有了更大的可能性.本文首先綜述了我國醫療信息化發展現狀及存在的問題,并介紹了基于物聯網的智慧醫療系統的基本構架與核心技術,然后分析了基于物聯網的智慧醫療系統應用情況.最后,對基于物聯網的智慧醫療系統的未來發展方向做出了展望.

物聯網;醫療數據;智慧醫療;智慧醫院;移動醫療

引言

隨著人們生活和工作節奏的加快以及社會、經濟、環境等因素的變化,我國人口老齡化趨勢逐漸顯現,慢性病發病率與亞健康人群比例也在逐年增高.而看病難、看病貴、看病不及時、看病不放心等諸多問題,已成為我國醫療衛生服務科學發展亟待解決的難題.

2015年3月,國務院頒布《全國醫療衛生服務體系規劃綱要(2015～2020年)》,明確提出開展健康中國云服務計劃,積極應用移動互聯網、物聯網、云計算、可穿戴設備等新技術,推動惠及全民的智慧醫療服務[1].物聯網即通過射頻識別、傳感器、二維碼、全球定位系統等各種裝置,按照約定的協議,將任何物品與互聯網連接起來,實現人與物體、物體與物體之間的通信與互動[2].物聯網為優化醫療就醫體驗、改善醫療服務質量和提高人民健康水平提供了新手段,對于推進健康中國建設,實現病有所醫的目標具有重要而深遠的意義.

本文簡單介紹了基于物聯網的智慧醫療系統,充分利用物聯網技術,能夠實現優質醫療服務資源逐級下沉,分級診療逐步實現,醫療數據更互聯互通、更便捷移動、更高效共享,有助于建立有序就診秩序,提高資源整體利用效率.

1 智慧醫療概述

早在2004年,美國食品藥品管理局就采取大量實際行動,擬通過規范物聯網技術在藥物運輸、銷售、防偽、追蹤體系的應用[3],來推動智慧醫療的發展.隨后,歐盟委員會提出的quot;i2010計劃quot;、日本提出的quot;U-Japan戰略quot;和韓國提出的quot;U-Korea戰略quot;都是通過信息技術的發展[4],促進醫療健康領域的應用建設,讓民眾隨時隨地享受智慧醫療服務.2008年,IBM公司進一步提出了quot;智慧地球quot;理念,即通過物聯網技術實現醫療的信息互聯、共享協作、臨床創新、診斷科學和公共衛生預防[5].

智慧醫療是將物聯網技術、云計算技術、大數據處理技術等應用于醫療領域,以患者為中心,利用先進的信息技術將有限的醫療資源實現更多人的共享,改善醫療服務流程的醫療體系[6].這個體系主要由數據獲取、知識發現和遠程服務3個階段組成.其中,數據獲取由物聯網完成,知識發現主要依靠醫療云強大的大數據處理能力進行,遠程服務由云端服務與輕便的智能醫療終端共同提供.

2 我國醫療信息化現狀

我國醫療信息化起步于上世紀70年代末,其發展歷程[7],見表1.從表1可以看出我國醫療信息化發展態勢良好,但建設進展緩慢,大多以業務流程信息化思想為指導[8],醫療數據共享程度低,存在quot;信息孤島quot;,無法提高醫療服務質量和工作效率[9].

長期以來,基于物聯網技術的分級診療制度不完善,大型醫院超負荷運營,基層醫療資源被長期閑置,導致優質醫療服務資源下沉難以執行,不能滿足多層次的健康需求.例如,大型醫院門診病人中,有85%以上患者為常見病或多發病,導致資深醫生超負荷工作,無法將主要精力和時間解決疑難雜癥和危急癥患者上;偏遠地區的疾病人群,得不到優質醫療服務,其結果是小病拖成大病;工作繁忙的亞健康人群止步于長時間的就診等待,導致慢性疾病得不到早期預防和及時健康管理.

2015年12月,國家衛計委按照國家發改委《關于智慧城市健康發展的指導意見》文件要求,制定了智慧醫療評價指標體系框架和智慧醫院評價指標,并公布了第一批智慧醫院試點單位.同時,部分城市也提出了智慧醫療的建設理念和方案,推動了智慧醫院在我國醫療行業的應用和發展.如,武漢大學人民醫院于2016年3月在湖北省率先開啟quot;云上醫療quot;,積極打造智慧醫療系統.

3 智慧醫療系統

3.1 智慧醫療系統

基于物聯網的智慧醫療系統,主要目的是讓醫院有限的醫療和人力資源得到最大發揮,讓亞健康人群及時獲得預防性診療,也讓患者享受到方便、快速、均等的醫療服務.因此該系統需要滿足以下幾個方面:

(1)系統規范化、標準化.規范化和標準化是智慧醫療系統構建的基礎,也是智慧醫療系統與其他系統兼容和擴展的保證.因此系統設計時,各類感知設備應有統一的數據采集規范,各種網絡應有統一的數據通信標準.

(2)系統易操作.目標用戶為各個年齡層的患者和亞健康人群,系統只有簡單便捷、交互人性化,才能滿足用戶的實際需求.

(3)系統可拓展性和靈活性.系統在設計中應為新應用研發預留相應的外部接口,同時不影響原有應用的使用效果,這樣方便用戶自由靈活使用.

在少數民族連片特困鄉村中進行移民搬遷是一種對旅游扶貧路徑進行的大力支持的行為，主要原因在于，大部分少數民族連片特困鄉村都屬于生態脆弱的地區，在此進行生活的人口不能夠對生態環境進行良好的保護，也就導致該地區的環境在不斷地遭到破壞，而進行移民搬遷則能夠促使當地的生態環境逐漸得到恢復，有利于提高該地區景色的觀賞性，從而對外來游客產生吸引的作用。但是需要注意的是，進行移民搬遷之后還應給予相關人民群眾妥善的安置，避免其由于生活暫時不習慣以及受安土重遷思想影響重新搬回原地。

(4)系統安全性.醫療數據涉及患者的個人健康敏感信息,系統需要多層次、多措施增強應用服務的安全性,比如在數據傳輸時可采用權限控制管理、通信數據加密和無線局域網防護等手段.

3.2 系統架構

基于物聯網的智慧醫療系統總體架構圖,見圖1,主要包括基礎層、感知層、網絡層、應用層和用戶層等五級層次[9].

圖1 系統總體架構圖

(1) 基礎層:即智慧醫療系統中的quot;物quot;,包括醫生、病人、醫療設備、藥品、消毒器械等所有醫療資源對象[10].

(2)感知層:主要通過機器對機器(Machine-to-Machine,M2M)無線接入、無線射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)和傳感器網絡獲取基礎層的實時信息數據,比如醫護人員位置、患者健康信息、醫療設備資產和藥品存放記錄等,實現對醫療資源信息的可視化統一管理.

(3)網絡層:通過3G/4G網絡、寬帶互聯網、自組織網絡和無線體域網絡等對感知層采集的數據進行實時傳輸.

(4)應用層:主要包括智慧醫院系統、區域衛生平臺和家庭健康系統3個方面的應用[11].比如智慧醫院系統可實現慢性病、傳染病的監護與跟蹤護理,實現醫學裝備的定位和應急調配等;區域衛生平臺可實現各層級醫院均質化的診斷水平,助力分級診療[12];家庭健康系統可實現個性化的健康信息管理,讓亞健康人群在家享受方便、快速、均等的醫療服務.

表1 我國醫療信息化發展歷程

(5)用戶層:物聯網標準的定義對象是可感知的、可互動的、可控制的,系統需要支持醫療機構、協同會診中心、家庭/個人、企業和銀行等用戶通過云服務和系統軟件獲取相應服務,實現相關醫療信息的交互.

3.3 智慧醫療系統的核心

圖2 感知行關系示意圖

4 基于物聯網的智慧醫療系統應用

4.1 移動醫療系統

移動醫療是基于物聯網的智慧醫療系統最具潛力的應用之一[15],也是區域醫療衛生信息化的主要方向.它泛指通過使用通信技術進行醫療數據非本地共享的系統,且功能涵蓋非本地醫學急救、監護、診斷、治療、咨詢、保健和遠程教育等諸多方面[16].以下將通過家庭健康監護系統這個示例來說明智慧醫療系統在移動醫療方面的應用.

隨著傳感器技術的快速發展,多種無線醫療傳感器組成的無線傳感網絡面向家庭監護成為可能[17].無線醫療傳感器是一種高精度、小體積、低功耗、高度自動化的便攜式設備,能夠檢測相應的生命體征數據.家庭健康監護系統示意圖,見圖3.

家庭健康監護系統利用多種植入式、可穿戴式和接近式等無線醫療傳感器采集人體的各種生理參數,如腦電圖(EEG)、血壓(BP)、心電圖(ECG)、肌電圖(EMG)等[18],自動將生命體征數據上傳至終端設備;為每一名用戶建立一個實時動態的電子健康檔案,讓quot;死quot;檔案變quot;活quot;.在任何一個嵌入式設備如Android智能手機上安裝一個APP,就可以代替PC機成為監護系統的控制終端.系統利用終端設備的藍牙、GPRS或Wi-Fi接口實現數據庫的遠程共享,用戶和醫生雙方只需憑借登陸密碼就可隨時隨地查詢相關的生命體征數據,以及醫生的健康管理方案建議,實現醫療數據的共享.

圖3 家庭健康監護系統示意圖

家庭健康監護系統將可穿戴技術與遠程醫療相結合,在不影響用戶正常工作和生活質量的前提下,又不受時間和地點的限制[19],實現健康監護的小型化、網絡化、家庭化,對慢性疾病的預防和診療具有非常重要的意義[20].

4.2 醫學裝備管理系統

醫學裝備管理是基于物聯網的智慧醫療系統在醫院管理方面重要的應用.隨著科技的進步,現代醫療衛生服務越來越依賴于先進的醫學裝備,而大型醫院的醫學裝備種類數量龐大、相關資料繁多、管理手段單一簡單、無法實時追蹤使用情況,這些都對醫學裝備全生命周期管理工作提出了挑戰.

醫學裝備管理系統利用物聯網技術主要是對醫學裝備產生的信息進行管理,包括無源醫學裝備管理和有源醫學裝備管理兩個部分[21].醫學裝備自身固有的信息稱為基本信息,如裝備名稱、廠家、供貨商、購置日期、院內編碼、序列號等;同時,醫學裝備在使用的過程中不斷產生新的信息,稱為使用信息,如使用科室、用途、保管人、使用狀態、使用時間、使用位置、質控日期、維修記錄等.

對于無源醫學裝備,比如急救車、氧氣瓶、血壓計等,通過RFID傳感器實時采集該裝備的使用信息和工作狀態[22],并定時上傳至數據中心;對于有源醫學裝備,比如監護儀、呼吸機、空氣消毒機等,通過安裝在電源插頭處的無線功率傳感器檢測該裝備的用電負載和周圍的無線信號強度[23],并通過無線傳感器網關實時上傳至數據中心.數據中心根據上傳的數據,利用室內定位與機器學習技術,實時分析醫學裝備的使用信息.管理者可以使用軟件系統實時查詢裝備的使用信息,以便信息統計分析;同時可以對在用醫學裝備進行追蹤管理.

醫學裝備管理系統能為管理者提供科學合理地購置、使用和維護醫學裝備方案,對于提高醫院的工作效率,降低運營成本,提升醫療服務質量具有舉足輕重的重要作用[24].

4.3 智慧醫院服務系統

智慧醫院服務系統是基于物聯網的智慧醫療系統在醫患服務方面最重要的應用場景.長期以來,醫療衛生服務是以醫院為中心的,患者進到醫院就醫最直接的體驗就是長時間排隊.智慧醫院服務系統是以患者為中心,可以將醫院、醫生和患者連接起來,實現醫療信息的即時傳遞,把醫院服務窗口延伸到患者手機上[25],如在線咨詢、預約診療、候診提醒、診療報告查詢、藥品配送等便捷服務,改善患者的就醫體驗.

對于普通患者,去醫院就醫前,可通過智慧醫院服務系統進行醫院查詢、就醫指導、預約掛號,就醫后憑借一卡通,便可門診全流程使用;還可通過該系統進行候診查詢、檢驗檢查報告查詢、門診處方線上支付、用藥提醒以及預住院管理等;這樣不僅節省了患者寶貴的時間,而且減輕了醫護人員的工作量,提高了醫療服務質量.對于區域醫療患者或特殊病情患者,可通過該系統進行遠程就醫;醫生通過臨床路徑中結構化、標準化的臨床診療數據[26]快速有效地了解患者病情,以便做出針對性的醫療措施,大大減少誤診和醫療事故的發生.

智慧醫院服務系統可打破地域、時間、專家資源不均等限制,整合時間碎片,為患者提供更為開放、均等的醫療服務,并開啟全新、便捷的就醫體驗;同時,還可以最大限度地發揮大型醫院專家對基層醫院的幫扶作用.

5 總結與展望

本系統基于物聯網實現醫療數據的有效采集,并通過云計算、大數據處理完成醫療信息的即時傳遞和實時共享,提高醫療資源利用率,降低就醫成本,改變傳統就醫模式,有利于促進疾病由治療性干預到預防性干預的方式轉變.基于物聯網的智慧醫療系統能為用戶提供醫療健康互動服務保障,是推動健康中國建設,實現病有所醫的重要途徑.

隨著物聯網技術的持續發展,可以預見,在不久的將來,以物聯網為基礎的智慧醫療系統將逐漸成為大眾百姓生活必不可少的一部分.當然,該系統還存在很大的優化空間,需要投入更多的精力去研究,才能為智慧醫院建設插上騰飛的翅膀.

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本文編輯 王婷

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

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.

Internet of things; medical data; smart health care; smart hospital; mobile medical

TN929.5;TP391

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.10.031

1674-1633(2017)10-0118-04

2016-07-19

2016-07-31

作者郵箱:xujunjie0206@163.com