移動云環境下遠程醫療監護研究*

姚俊明 邢 丹

(濟寧醫學院醫學信息工程學院 日照 276826)

1 引言

隨著我國社會經濟的高速發展，人口老齡化、亞健康、老年慢性疾病等社會現象加劇，高質量、方便快捷的醫療服務需求增多。醫療資源稀缺且分布不均，醫聯體相互分割導致的信息孤島，醫療費用的持續增長，加重人們的經濟負擔，同時也導致醫療服務水平及效率較低，致使醫患關系沒有顯著改善。遠程醫療是為了解決當前嚴重的醫患問題而采取的措施之一，在政府的牽頭下，通信、網絡、IT軟件等大多數公司積極參與[1]，前期確實收到預期效果，但也出現諸多問題，大致可從3方面來分析：第一，患者的參與積極性較低。傳統的醫療模式必須當面接受醫生的問診才放心，對這種新的醫療模式產生抵制、不信任情緒。第二，醫療系統間存在縫隙、協作程度低、信息孤島、管理難度大等問題，造成醫療資源無法有效地整合使用，存在嚴重浪費的現象。第三，由于受到網絡技術、通信設備、體征檢測設備等方面的影響，患者的生命體征數據無法準確、實時傳輸到服務器，可能延長醫院專家會診，甚至影響診斷患者不能及時獲取醫生的治療方案，延誤治療時機。

針對遠程醫療存在的問題[2]以及移動云的優勢，提出將移動云應用于遠程醫療監護中的方案。利用云計算強大的資源池、高計算能力、無容量限制的存儲空間等優勢改善移動終端的性能，用戶將所有數據存儲和程序運行移至云端，無需依賴特定的終端，任何時間和地點均可自由訪問云端的數據處理結果。既降低業務成本，又能為用戶提供滿意的醫療服務。實驗證明該方案可以在互聯網、移動網絡環境下實時監護病患，給遠程醫療帶來全新的應用體驗，從而提升醫療監護的成功率[3-4]。

2 研究現狀

2.1 遠程醫療

2.1.1 國外 國外遠程醫療大多在家庭、社區及農村地區，采用現代化通訊技術提供醫療預防、醫療健康等服務。從國際上看，遠程醫療的應用逐步走向社區、走向家庭，更多地面向個人，提供定向、個性的服務。隨著物聯網技術的發展與智能手機的普及，遠程醫療也開始與云計算、云服務、大數據分析結合起來，眾多的智能健康醫療產品逐漸面世，遠程醫療從疾病救治發展到疾病預防的階段。目前，美國及歐洲國家在遠程醫療的開展和普及方面表現突出，具有較多的遠程醫療站點和較高的居民覆蓋率。美國醫療主管部門統計數據顯示，全美范圍超過60%的健康服務機構和50%的醫院在不同程度上應用了遠程醫療服務。在美國遠程醫療服務首先是滿足患者獲取專科咨詢建議，可以通過電話、電子郵件和雙向音視頻等不同交流模式。現在又推出"Plug-n-Play"直接連接家庭TV作為遠程視頻終端。2017年美國NomadHealth推出遠程醫療板塊，將醫生直接與遠程醫療雇主聯系起來，醫生可直接在家中進行臨床工作。遠程醫療公司Sappira研發的一款新型產品APPHeyDoctor，可以讓醫生通過短信對某些疾病開具處方。HealthPartners研發的遠程監控血壓儀來管理患者的高血壓，醫生對患者的生理數據進行檢查、分析并干預治療。Zoom公司研發推出的基于EpicEHR的ZoomforHealth遠程醫療平臺，通過上下文感知技術在遠程醫療工作流程中直接向病人或醫護人員發起視頻。大型連鎖藥店運營商沃爾格林(Walgreens)與紐約長老會(NewYork-Presbyterian，NYP)衛生系統達成共識，在其旗下零售藥店段瑞德店內提供即時緊急遠程護理服務。根據美國遠程醫療協會的統計，2017年1 900多萬的美國人接受某種形式的遠程醫療服務。由此可見遠程醫療新概念、新合作模式將不斷涌出。

2.1.2 國內 國內遠程醫療雖然起步較晚，但相關醫療機構已經開展了針對遠程醫療的應用，如浙江大學醫學院、解放軍總醫院、河北大學附屬醫院、北京清華長庚醫院均開設遠程醫療信息平臺。河南大學淮河醫院國家遠程醫療協同中心[5-6]形成線上線下相結合的協同機制，實現與已有遠程醫療平臺數據接口互通。鄭州大學第一附屬醫院國家遠程醫療中心[7]借助于華為云數據中心，打造遠程醫療系統ICT基礎架構。作為全球首家中文國際遠程醫療項目，2015年啟動的由中日友好醫院與美國華人醫師網絡醫院聯合開展的中美華人醫師遠程醫療合作項目能為中美患者提供國際化的遠程醫療，中國患者只需通過免費咨詢電話就可以預約到美國的華人醫師。這些平臺為我國遠程醫療的有效開展奠定了良好的基礎。

2.2 遠程醫療監護

2.2.1 概述 目前遠程健康監護的研究大多針對某種或某幾種特定的監測指標，面向慢性病患者、孕婦、老年人、醫療機構內病重患者和有保健需要的亞健康人群等，技術大多采取物聯網、移動設備、傳統網絡搭建小型監測系統，通過采集無線體域網(Wireless Body Area Networks，WBAN)中的生命體征進行監測。健康檢測系統通常由傳感器、通訊和數據處理部分組成，又在監測目標和采取的方法方面有所區別。有些研究針對檢測跌倒、位置跟蹤和日常的某種活動(如睡眠)，或是針對某種認知性疾病(如阿爾茨海默氏癥)或某種生物疾病(如心臟病)。健康檢測的效果還與網絡中傳感設備的存儲、處理、通信方式、帶寬及能源管理有關。同時也存在檢測系統內的網絡缺乏統一的標準和管理。

2.2.2 國外 遠程醫療監護已被廣泛應用。在監測方面，美國加州研發推出的Self-quanters APP軟件，通過佩戴手表式的血壓監測器對用戶的血壓進行全天候實時監測；用睡眠監控儀對睡眠過程中的呼吸狀態進行監控，再將收集到的數據傳輸至云數據處理中心，最后形成健康曲線圖并可由此獲取專家建議。美國高通公司研究推出一款家庭中心平臺，可通過血糖、血壓等檢測儀將感應信號傳輸至云數據庫以供醫務人員參考。在泰國，醫護者利用移動設備提醒肺結核患者按時服藥，有效提高患者用藥的依從性。印度某生物公司研發推出uChek軟件，患者通過智能手機下載應用程序后，利用攝像頭拍攝讀取測試棒的顏色，然后程序會自動分析尿液中的各項指標，以判斷用戶的身體健康狀況。德國某生物公司研發的一種鏡頭，借助蘋果智能手機將此設備置于患者皮膚上，當自動對焦后完成圖像捕捉，然后手機上的應用程序可以自動進行圖像分析，以實現皮膚疾病的診斷，捕捉的圖像還可以通過云服務器傳送至醫療機構，可給醫生診治提供幫助。在監控方面目前移動醫療跟蹤功能已被廣泛應用于印度等地區疾病預警系統中。

2.2.3 國內 國外成功實踐帶給我國很多借鑒，我國實際上也已經有與之相關的健康監測APP、醫藥電商平臺、問診平臺等共2 000多款應用，例如春雨掌上醫生、好大夫在線、5U家庭醫生、家庭用藥助手等軟件，但我國大多數醫療APP仍處在信息初級收集與整理階段，如血壓監測、血糖監測、嬰幼兒體側、孕婦監測等。

2.3 移動云在遠程醫療中的應用

主要體現在移動云具有的主要特征、優勢以及基于因特網的集群系統提供的服務在遠程醫療解決方案中的有效應用。文獻[3]介紹MCC遠程醫療解決方案，結合諸如4G之類的先進網絡通信技術，旨在將傳統醫療中存在的醫療錯誤、小物理存儲以及安全和隱私問題、移動設備性能等局限性最小化，其重點工作在云端。文獻[4]介紹針對云計算提供按需服務，靈活、廣泛的網絡訪問和資源池等優勢，在集成智能移動設備的基礎上，提出遠程醫療云，作為云時代的遠程醫療解決方案；其重點工作也在云端。

2.4 基于移動云環境開展遠程醫療的必要性

如上所述，現存的遠程醫療監測平臺因存在諸多局限性無法發揮其優勢，核心問題依然需要解決。另外盡管云計算在遠程醫療領域的研究很多，但仍處于早期階段，如在移動設備(方便、通用性和效率)與強大的云服務(網絡延遲、安全性)之間尋求平衡等。有很多文獻僅是討論基礎架構，大部分應用只研究設計一個部署方案，案例具有區域局限性，缺乏在遠程醫療領域內統一的線上線下服務架構體系。本文圍繞遠程醫療監護平臺進行整體性研究，探討云計算集成到移動環境中的方案，克服移動設備在性能、醫療環境和數據安全方面的局限性，通過遠程醫療云靈活的解決方案以及其提供的優質服務，實現用戶在不同上下文中的請求，改善醫患關系，進而提高遠程醫療監護水平。

3 移動云在遠程醫療監護中的優勢

3.1 概述

移動云在提供醫療服務時，用戶的生理數據存儲在云端，云端擁有足夠的資源池，提供高計算能力、強大的數據處理能力和多種形式的醫療健康服務。移動終端只承擔與用戶的交互，移動互聯網絡負責所有數據的傳輸，從而可提高移動終端設備的各項性能。

3.2 促進遠程醫療系統間醫療信息資源的全面有效整合

為提供高效的移動云服務，各醫療機構必須利用云計算的協同工作能力以集中共建共享醫療資源平臺，將各層次以及線上線下醫療資源進行有機整合，使其標準化和規范化，建立分級、協同的醫療服務模式[1],充分利用各種醫療資源，從而提升整體醫療水平和效率。

3.3 促進基于移動云的遠程醫療模式深入

遠程醫療最終是為提升醫療水平服務，僅手機等移動設備就能獲得及時診斷和治療，對高發病人群，如老年人、殘疾人和慢性病患者實行遠程家庭監護，大大降低醫療成本。

3.4 提高醫療效率

移動云應用于遠程醫療，充分利用先進的信息化技術，以移動云計算技術為中心，集數據存儲、分析、處理于一體，實現數據檢測、分析、挖掘與傳輸同步完成，醫生能夠實時查看存儲在云服務平臺上的患者生命體征數據及相關病歷資料,進行遠程會診并下達醫囑，患者及家屬能夠及時接收到醫囑信息，從而大大提高醫療效率，進而有效改善醫患關系。

4 移動云環境下遠程醫療監護框架

將移動云應用在遠程醫療監護中，旨在整合并有效充分利用現有醫療資源，提升遠程醫療的效率，從而實現電子雙向轉診, 減少重復診療行為,緩解大醫院的就診壓力并能充分發揮中小醫院的作用[12]。設計了移動云環境下的遠程醫療監護框架結構，見圖1。該框架中主要包括云用戶、云服務平臺和醫院專家3部分。云終端用戶即患者，微型可穿戴傳感終端設備采集其心率、脈搏、血壓、血糖、血氧、體溫、呼吸頻率等生理參數[8-10]，然后通過4G/5G[11]移動通信技術和網絡上傳到云服務平臺。微云可以借助于第3方的公有云、私有云以及社區云，如Google、微軟、亞馬遜、IBM、通信公司、網絡提供商等都可提供云服務，云服務平臺主要用來承載業務的接入以及各類信息的下發，利用云計算的存儲、分析、提醒等[12]服務、管理等功能將生理參數進行智能分析、整合、挖掘并存儲和呈現，同時通過身份驗證檢索個人電子檔案、過敏史、過往治療記錄等信息，多種信息的結合可以對患者的生理指標進行預分析，方便醫院專家會診、確診。醫療機構讀取云服務平臺存儲和呈現的生理參數并結合預分析的結果，組織專家對患者的身體狀況進行研究會診，最終確診并給出診療方案，下達醫囑，醫囑被上傳到云服務平臺，通過短信、彩信、語音提示等方式告知患者或家屬、親友等監護者。另外，患者也可通過Web/WAP網站詳細查看個人的診療記錄、病理數據、醫療報告[12-13]以及醫生給出的干預措施和意見,及時了解個人身體健康狀況,及早采取針對性措施,以便控制病情發展[12-13]。從而提供一個用戶和醫療機構雙向選擇的醫療服務平臺。

圖1 移動云環境下的遠程醫療監護框架

5 移動云環境下遠程醫療監護業務流程

5.1 概述

基于移動云的遠程醫療監護是一個實時動態的數據集成過程，以云服務平臺為中心，以移動云計算為技術支撐，以移動通信技術和互聯網為數據傳輸通道，對移動云終端用戶提供監護醫療。移動云環境下的遠程醫療監護業務流程，見圖2。

圖2 移動云環境下的遠程醫療監護業務流程

5.2 數據采集

在移動云環境下要想對患者做出快速準確的醫囑，采集到實時有效的生命體征數據是必然的先決條件。患者的心率、血壓、體溫、血糖、血氧和呼吸頻率等生命體征數據[8-10]可以通過便攜的可穿戴式傳感設備，也可以通過內置傳感器的智能手機獲取。這些生命體征數據實時通過移動互聯網或無線網絡傳輸到云服務監控中心，醫療專家對采集到的數據進行會診并給出治療方案。移動云計算[14]實現的必要條件就是高效、高質量的數據傳輸，上傳到云計算中心的生命體征數據必須保證其實時準確性，所有數據在整個生命周期內需完全、一致和準確。因為生命體征數據具有數據量大、采樣頻率高等特點[15]，數據上傳過程中可能受到網絡中斷、微型傳感設備等外在因素的影響，造成云與端數據不一致現象[16]，從而導致專家無法給出準確的醫囑。針對此種情況可以采取異步通信機制、網絡節點遷移[15]等辦法解決。另外，可以間隔一定時間再次采集患者的數據，對多次采集到的數據進行智能化分析整合存儲，以供專家使用。

5.3 數據處理

云計算的核心部分,云服務平臺將采集到的生命體征數據進行分析、過濾、挖掘，最后把有價值的數據進行云存儲。醫學專家從云服務平臺提取患者的數據，同時通過身份驗證檢索出相應的電子健康檔案、以往的發病史以及治療記錄，通過會診、確診給出醫囑，然后把醫囑發布到云服務平臺；云服務平臺通過移動互聯網或無線網絡把醫囑傳輸給患者或者家屬、親友等監護者的智能手持設備上并發出語音提示或預警信號，這樣患者或者監護者就可以按照醫囑上面的處理條目接受針對性的治療；另外醫囑也可以以短信、文件流、網頁等形式發送給社區醫療機構，利用社區醫療資源給予相應治療。

5.4 數據應用

醫院專家對患者的上傳至云服務器的生命體征數據進行檢索、分析、挖掘后下達醫囑，醫囑被上傳到云服務器進行云存儲，同時發送給云用戶移動終端設備，監護者和患者即可及時獲取專家研究出的治療方案。移動云環境下的遠程醫療監護還需要當地社區醫療機構的積極參與，考慮到監護者不在患者身邊或不在當地，或監護者與患者由于移動終端設備的局限性以及意外故障造成醫囑無法正確接收或延遲，此種情況下社區醫療機構就必須及時提醒或派送醫療人員到現場對患者實施治療。另外，醫療數據還可以擴展應用，云服務平臺存儲的生命體征數據及治療記錄、個人電子檔案、專家醫囑等數據既可以作為教學案例，還可以作為科研人員的科研資料；同時科研人員也可以把自己的最新科研成果上傳到云服務平臺，從而實現數據的再利用。2018年濟寧醫學院附屬醫院專科聯盟信息平臺上線運行，實現各地醫院、科室及醫療機構間的交互對接，使遠程監護、會診、查房形式多樣化。如ICU持續監護提高重癥患者的生存率和治愈率；家庭健康監護實現醫療進家庭；另外，在冠心病監護病房、新生兒監護室和手術室等也取得了前所未有的效果。經專家評估該平臺有效提高疾病救治能力及醫院的科研創新能力、幫扶能力，緩解基層群眾看病難的問題。

6 結語

遠程醫療是國家“十二五”規劃的重點內容之一，是構建現代化醫療服務系統和智慧醫療的關鍵技術之一。隨著移動互聯網的發展以及“互聯網+”和“三網融合”戰略的實施，遠程醫療成為必然趨勢。不斷智能化的移動終端設備、5G技術[11]的普及以及充分發揮移動云的計算存儲能力，移動云環境下的遠程醫療監護必將趨于功能更加完善、性能更加強大、服務更加便捷，云服務端與云用戶之間的數據交換更加快速準確，真正實現隨時、隨地實時遠程醫療監護，更有效地為公眾提供醫護和健康服務，同時更加有利于醫療資源的整合，為今后創建新的遠程移動醫療服務模式和醫療健康服務打下堅實基礎。