基于物聯網的智慧醫療系統研究

白 楓

山東省濟南市章丘區人民醫院，山東 濟南 250200

0 引言

近年來，傳統醫療操作復雜、信息閉塞、醫患糾紛不斷升級等諸多問題的暴露直觀反映了傳統醫療與群眾就醫需求之間矛盾的不斷加劇，如此形勢下，全面推進智慧醫療建設成為各大醫院需要思考的重大課題。2015年，國務院出臺了《全國醫療衛生服務體系規劃綱要（2015—2020年）》，其中明確指出“要構建智慧醫療系統”，以高科技手段提升醫院診療水平、優化就醫流程、改善醫療服務質量與效果，這無疑為醫院智慧醫療的建設提供了方向。文章結合物聯網的內涵及技術種類，總結了智慧醫療適用的物聯網技術，并就基于物聯網技術的智慧醫療系統的架構與應用模式進行了設計與開發，旨在為物聯網在智慧醫療系統中的深入應用提供支持。

1 物聯網概述

國際電信聯盟（ITU）對物聯網進行了定義，即根據約定協議，采用二維碼識讀設備、射頻識別裝置、紅外感應器、GPS系統或激光掃描器等傳感設備，將任何物品與互聯網相連接，并實現信息互聯互通，從而實現自動識別、智能監控、跟蹤定位與智慧管理的網絡技術。物聯網具有三大典型特點。（1）綜合感知。綜合感知是物聯網技術的核心特點，是通過在物體上設置可被傳感設備識別的信息，如二維碼、電子標簽等，賦予物體相應的感知力，繼而達到隨時隨處識別、獲取物體信息的目的。（2）高效通信。物聯網可以依據約定協議進行通信，這極大地保證了信息傳送的可靠性，加上物聯網通信過程中涉及不同實體間軟硬件的轉換，因而能夠有效保障通信的高效性。（3）智慧管理。在云計算、大數據、AI等技術的支持下，物聯網能夠有效完成海量數據的收集、分析、處理與存儲，進而對各類物體進行精準識別、實時監控、科學定位與智慧管理[1]。

物聯網在互聯網的基礎之上，集傳感、通信、計算機信息等多元技術于一體，形成了基于泛化的傳感網絡，實現了應用層面深度與廣度的拓展，加上全面的感知與度量、泛在的介入與互聯、深度的分析與回控，物聯網極大地保證了相關業務運行的穩定性與可靠性[2]。因此，近年來物聯網技術在各行各業、各個領域均有廣泛的應用，醫療行業作為對現代化程度要求較高的領域，應用物聯網技術進行智慧化建設更是大勢所趨。

2 智慧醫療及適用的物聯網技術

作為“智慧地球”的重要組成部分，“智慧醫療”簡稱WIT120，是近年來興起的醫療名詞。智慧醫療是指在物聯網技術、云技術、人工智能技術等的支持下，以病患為中心，實現病患與醫務人員、醫療設備及其機構之間的互聯互通，實現有限醫療資源的充分共享，持續改善醫療服務流程的體系。智慧醫療的核心是利用物聯網建立病患與醫務人員、醫療設備及醫療機構間的互動平臺，加上云技術、人工智能的支持，提供智能化醫療服務功能。隨著國家重視程度的提高和技術的持續投入，智慧醫療的建設將惠及越來越多的群眾[3]。

智慧醫療體系適用的物聯網技術主要涉及射頻識別技術與云技術。其中，射頻識別技術屬于非觸式自動識別無線通信技術，是利用RFID識別特定目標并讀取數據，該技術打破了以往識別目標必須建立機械或光學接觸的限制。在智慧醫療體系中，射頻識別技術能夠有效用于病患追蹤、醫療器械管理、藥物識別等領域，避免假藥在藥品供應鏈中的流通，優化醫療服務流程，縮短患者就診時間，對于提升智慧醫療服務的水平意義重大。云技術即云計算技術，是一種根據使用量付費的全新網絡模式，能夠提供便捷、高效、按需的網絡訪問，讓用戶快速進入可配置的計算資源共享池。在智慧醫療體系中，云技術主要用于海量醫療數據的存儲管理、資源調動、虛擬機配置管理、服務質量優化等方面。

3 基于物聯網的智慧醫療系統的設計

3.1 需求分析

（1）建設標準的規范化、統一化。建設標準是智慧醫療系統建設的基礎，也是保障系統兼容性與可擴展性的基本。在系統設計與開發的過程中，需要統一各類感知系統的數據，采用統一的數據通信標準，確保系統設定與應用的簡單、便捷。

（2）建設系統的人性化、易操作。鑒于系統的目標用戶全面覆蓋各個年齡段及亞健康群體，需要簡化程序，建立便捷化、人性化的交互手段，以滿足用戶的操作需求。

（3）建設系統的靈活性、可拓展性。在系統設計時要留下充足的空間用于系統更新與功能拓展，還要為新應用研發預留對應的外部接口，如此可以既不干擾原應用的使用，又便于用戶的靈活操作。

（4）系統數據的安全性、可靠性。智慧醫療系統需要收集和存儲海量的醫療數據，其中涉及病患的隱私及敏感信息。在系統設計與開發時要采取有效的信息安全保護措施，如數據傳輸過程中的權限控制、通信數據的數字加密、無線局域網的安全防護等技術，以確保用戶信息的安全。

3.2 系統架構的設計

構建的物聯網技術支持下的智慧醫療系統，主要以“感、知、行”三大功能為核心，強調通過醫療資源的建設完成分級診療，保障醫療服務信息間的互聯互通。為了實現這一目的，既需要借助多維傳感設備精準采集醫療數據并傳遞到醫療大數據平臺，又需要在大數據技術支持下對海量數據進行建模分析，挖掘病患的潛在信息，還要及時將數據結果傳送至用戶，為其全面了解自身健康狀況提供依據。據此建立的智慧醫療系統架構如圖1所示。

圖1 基于物聯網的智慧醫療系統架構

如圖1所示，物聯網支持下的智慧醫療系統架構自下至上分別包括基礎層、感知層、網絡層、應用層與用戶層共5層。其中，基礎層涉及智慧醫療系統中的“人”與“物”，包括醫護人員、醫療器材、設備、藥品等資源。感知層負責獲取基礎層的“人”與“物”的數據信息，如病患健康數據、醫生位置、藥品存儲記錄等，該層是各類傳感技術及設備的集成層，包括“物”對“物”間的無線射頻識別技術、網絡傳感技術、GPS技術等，該層為醫療資源的可視化與標準化管理提供了技術支持。網絡層負責實時傳輸感知層所采集的信息，該層集成了4G和5G網絡、寬帶互聯網、自組織網絡、無線網絡等多種網絡形式，可以滿足不同使用者的差異化網絡需求。應用層涉及智慧醫院、區域衛生及家庭健康三大平臺，其中，智慧醫院平臺可以提供疾病實時監控與護理服務，區域衛生平臺可以為用戶提供各層級醫院的均等化的診斷服務，家庭健康平臺則可以為家庭及個人提供個性化的、更具針對性的健康管理與服務，使亞健康群體在家亦可享受便捷的診療服務。用戶層實現了醫院、協同會診中心、家庭和個體、企業、銀行及公共交通服務等多元用戶的集成，用戶可借助云平臺、軟件等獲取所需服務類型，并利用物聯網實現醫療數據與信息的深度交互[4]。

3.3 應用模式的設計

基于物聯網的智慧醫療系統主要涉及三種應用模式，即數據交互模式、身份注冊與注銷模式、用戶使用模式。

3.3.1 數據交互模式

智慧醫療系統的數據交互應用模式主要涉及采集終端與智慧醫療系統的數據交互、智慧醫療系統與醫院服務器的數據交互及系統管理軟件與醫院服務器的數據交互。以采集終端與智慧醫療系統的數據交互為例，病患用戶利用采集終端在規定時間內（如清晨空腹時）采集健康數據（如血糖、血壓）時，終端會先進行初始化操作，隨后與網絡層連接，進行入網操作；入網成功后，終端會利用CoAP協議向NB服務器發送智慧醫療系統平臺的ID與KEY請求認證；服務器接收信息后會提取CoAP信息中的payload部分，在TCP協議支持下將信息傳送至系統；系統接收信息后會對ID、KEY進行認證，隨后終端會將患者的健康信息封裝并發送至系統；NB服務器接收后會解包并發回終端響應信息，并利用TCP協議將信息發送至智慧醫療系統；系統收到信息會將其存入數據庫中，此時用戶終端會顯示數據上傳成功。具體過程如圖2所示。

圖2 采集終端數據傳輸流程圖

3.3.2 身份注冊與注銷模式

身份注冊與注銷模式也是智慧醫療系統常用的應用模式。其中，注冊模式涉及醫生、患者與管理員三種注冊模式。以醫生注冊模式為例，醫生注冊需要在管理員的幫助下完成。管理員在系統中錄入醫生姓名等基本信息后，為其設置用戶名與密碼，其中，用戶名默認為醫生編號，密碼默認為統一的初始密碼，注冊后醫生可自行登錄并修改密碼；隨后，管理員將醫生權限值設置為“2”，代表允許其登錄系統進行病患接診等操作；醫生注冊完成后系統會將其信息上傳至數據庫中。若醫生要離職，需要進行注銷，回收已離職醫生的權限，使之無法使用系統，該模式也需要管理員操作。由管理員登錄系統進入注銷模塊，選擇所需注銷的醫生，輸入其編號與密碼，將權限設置為“0”，代表醫生已經失去系統的使用權限，管理員提交后即完成注銷。

3.3.3 用戶使用模式

用戶使用模式是醫生利用系統對病患進行診斷，且病患可登錄系統查看自身診斷結果的模式。為了實現該模式，醫生需要先通過掛號診斷模塊接收病患，若所選病患還未申請采集終端，則需要先填寫病患的疾病信息并作出診斷、提供對應的治療方案。若病患病情嚴重，醫生需要引導患者注冊系統并申請采集終端；若病情較輕，可結束此次診斷，并選擇接收下一個病患，直至工作時間結束。若病患需要申請采集終端，需要在其信息模塊內輸入病患身份證號查看其歷史診斷數據，再利用醫療輔助模塊進行診斷并獲取治療方案，將其錄入診斷對話框內并上傳至數據庫，這樣病患可自主登錄系統查看診斷結果[5]。

4 結束語

綜上所述，以物聯網為基礎構建的智慧醫療系統不僅能夠實現優質醫療服務資源的逐級下沉，提升醫院有限醫療與人力資源的利用率，還可以實現分級診療的目的，確保醫療數據的互聯互通與充分共享，對于建立規范有序的就診秩序、為病患提供更高效便捷的醫療服務發揮著十分重要的作用。物聯網涉及的技術類型眾多，文章只對部分技術在智慧醫療系統中的應用進行了初步探討，后續還有很多相關工作有待深入研究。不僅如此，文章所構建的基于物聯網的智慧醫療系統還有很大的提升空間，還需投入更多的財力和精力去進一步完善。