物联网技术在智能医疗行业中的应用研究

李浩源贾纳尔孙涛

1.大庆师范学院 2.乌鲁木齐职业大学 3.大庆师范学院



物联网技术在智能医疗行业中的应用研究

李浩源1贾纳尔2孙涛3

1.大庆师范学院 2.乌鲁木齐职业大学 3.大庆师范学院

近几年，物联网热浪席卷中国，在“两化融合”和“感知中国”的国家战略背景下，物联网发展受到了政府、产业、资本等各层面的高度关注。在卫生信息化建设基础上，应用物联网相关技术，通过健康和医疗相关设备和系统间的信息自动集成及智能分析共享，建立旨在提供统一便捷、互联互通、高效智能的预防保健、公共卫生和医疗服务的智能医疗保健环境。本文介绍了物联网的特征和相关技术，阐述了其在医疗健康领域中的应用现状。在此基础上提出了物联网在社区智能医疗中的应用模型，并分析了物联网在医疗健康领域中的实际应用。最后对物联网在智能医疗行业中发展前景进行了预测和展望。关键字：物联网 医疗行业 智能

1　绪论

在网络技术得以深远发展的今天，人与人之间的通讯已经不能满足信息化社会对通信的要求了。传感技术、RFID和网络技术的成熟使人与物品，物品与物品之间的通信成为可能，这就带来了物联网概念，它被称为继计算机、互联网与移动通信网之后，世界信息产业的第四次浪潮。世界上每个国家都想在关于物联网的研究上面占据高地，因为不久的将来，物联网将替代互联网成为信息世界的主导技术，所以，物联网在出现的一瞬间就占据了世界各大媒体的主要版面，成为人们最热衷讨论的话题之一。物联网（The Internet of things）概念最早见诸于1999年比尔·盖茨的《未来之路》，正式提出是在2005年国际电信联盟会议上。而近年来，随着互联网技术、传感器网络等科学技术的迅猛发展，物联网被广泛提上日程。

1.1物联网的概念

物联网：Internet of Things（IOT），也称为Web of Things。是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控 、连接 、互动的物体或过程 ，采集其声、光 、热 、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络 。其 目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

总体来说，物联网的概念可以从两个层面进行理解：首先，物联网能够实现与外界信息的交换传递是对互联网技术的应用，但不同的是，物联网不论是在深度还是广度上都要远远超过互联网；其次，物联网相对互联网所面对的用户端，已经发展到了世界万物。它的网络结构的搭建是在人与任何物体之间，所以这样的一张网络是错综复杂的，同时也是对那些基础技术的高端应用。归根到底，物联网是一张能够实现所有独立无生命物体之间的信息交互的网，是一张能让人们体验到怎样与物体进行对话的网，他的出现是世界信息技术的一个里程碑。

1.2物联网的特征

首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。

其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。

最后，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。

2　物联网在智能医疗中的应用现状

2.1智能社区医疗服务的技术简介

2.1.1智能社区医疗服务系统的体系结构

智能社区医疗服务系统的构建主要是对物联网技术的应用，主要原因是由于社区医疗服务系统中的数据获取非常重要。社区医疗系统体系的构建不同于其他物联网应用的领域，它有着自己独特的信息收集，信息处理，和信息传送的方式，物联网技术在智能社区医疗服务中的应用应该从三个层次来理解：

①“物”就是社区医疗系统的对象层面，包括医生，社区患者，和医疗设施和机械。

②“联”就是信息的收集和传递，也就是信息的互联，物联网面对的对象应该是可感应、互动和处理控制的。

③“网”就是整个系统的流程连接，智能社区医疗服务的概念，必须是基于标准化的医疗流程。

物联网在社区医疗服务系统中应用的概念核心如图1所示。物联网技术的应用牵引着整条主线，包括全对象、全功能、全空间、全过程管理，整个管理过程都是相辅相成的，有一方面的短板整个系统的功能就无法实现，管理上就会出现漏洞，所以整个管理过程要求严谨，精细。从物联网的技术层面来讲，物联网技术在社区医疗服务中的应用要有统一的技术标准为参照物，我们的应用理念是用复杂的信息技术，去创造简约的社区医疗系统体系，用简约的社区医疗系统体系去完善社区医疗的标准，纵观全国整套医疗体系，最难做到的就是医疗行业统一的标准，而物联网技术的应用将从本质上推进社区医疗服务乃至整个医疗系统的改进。

图1　物联网在社区医疗服务应用的核心理念

2.1.2智能社区医疗服务的系统设计概述

智能社区医疗服务的系统总体分为四方面，包括 RFID 应用子系统，远程病情检测子系统，HIS（Hospital Information System），和患者定位子系统，具体如图2 所示。

图2　智能社区医疗应用系统

智能社区医疗服务系统应该是一个覆盖整个社区的网络结构，智能社区医疗服务应用系统和各个子系统之间是通过如下方式来实现的，在每个社区居民的家里有一个能够感应 RFID的无线感知终端设备，社区居民通过 RFID 子系统进入到智能社区医疗系统中，将个人的人体生理各项参数输入并存储到此系统中，让系统能够对社区每位居民的身体情况有所备份，系统自动生成并建立数据库。然后通过远程病情检测子系统由系统和医护人员对传输来的数据进行统计、分析、诊断和报警，在社区居民身边的可视化界面中给出其自身的身体健康分析报告和医生处方，然后对社区居民的医疗保健行为进行指导，同时将社区用户的信息通过云端处理器将电子档案上传至 HIS 子系统的数据库，以便给社区医院的专家医生诊断，为社区用户提供进一步的医疗处方，如果遇到复杂和社区医院无法解决的症状也可将社区用户信息上传至大型医院进行会诊。对于患者定位子系统的应用，社区用户可以将便携式的定位器随身携带也可用手机替代，当出现紧急情况和远离社区医院时系统自动报警，这一技术应用对一些特殊病症的患者有着非一般的意义，比如老年痴呆，精神障碍，和急性心脑血管病患者有了患者定位系统可以随时随地的对其进行跟踪，了解其身体状况。同时可以建立社区医疗服务范围内的电子地图，让医护人员可以快速、准确的到达患者身边。

从宏观来看整个智能社区医疗系统的构建和实现如下图3所示。

这一条龙式的智能社区医疗系统的实现都是以物联网技术为依托，通过传感装置智能采集信息，在经过前端智能技术对信息精心加工处理，再经由传输层将所获得的社区用户的信息传送到信息决策和存储数据库，并借助云计算技术这一后端智能技术对信息进行决策和存储，形成完整的智能社区医疗系统。这一系统实现的技术构架共分为三层，分别是：用户信息接收（感知）层，网络传输层和应用服务层。如图4所示。

2.2物联网在智能医疗中的应用领域

首先对于资源管理的可视化技术，借助物联网及RFID技术 ，可以实现药品，从生产到配送，再到防伪和溯源，可全程实现数字化监控。再者，对于医疗的数字化，包括对病人进行统一的数字化管理，母婴识别的数字化等。

2.2.1药品防伪

应用RFID技术，在每种药品上贴上RFID标签，该标签的内容包含了从药品的研发生产到销售使用的各环节的信息，用户通过手持阅读器靠近标签便可轻松读取上面的信息，从而可以是用户更加放心的服用药品，免除了假冒伪劣药物的担心。

2.2.2药品溯源

药品使用者一旦发现该药品有任何不放心及不明了的地方，皆可通过药品盒上的RFID标签进行溯源，通过核对标签上的生产地，生产日期，配送流程及销售单位，便可知道该药品的问题出现在了那一个环节，从而针对于此，便可进行有效的追溯。

2.2.3家庭医疗

目前，很多患者的病症都是在家发作，并且在无人照料的情况化，这样患者就很难得到及时有效的治疗，导致错过最佳治疗时间，给病人家属带来了极大的伤痛。为了避 免这种情况，基于物联网可以设置一种家庭医疗解决方案，使病人独 自一人在家时，也能得到医院医师的指点和救助 。

该方案是基于物联网技术构建的，将病人监测系统安装在病人房间，而终端则和医院相连，于此同时，还有报警系统，求助系统，以及各种感应和检测装置，这些装置的两端分别安装于病人家中和医院中。这样便实现了医院能够实时监测病人的状况。

可视监测系统，通过它医院的人员可以不问断的照看病人，一旦发现有任何异样，便可及时赶往病人家中进行救治。报警及求助系统，病人通过此装置，可以主动和医院进行联系，向医师说明自己的病情，以得到医师合理有效的治疗建议。与此同时，病人家中还安装有各种生理数据检测装置，通过这些，医院的医生便可远程对病人的各项生理数据进行采集，分析，从而推断病人的病情发展，对治疗方案做出及时有效的修改。该家庭医疗方案，彻底解决了病人独自在家中无人照料的问题。因此，可以进行推广使用。

2.3射频识别技术在社区医疗领域的应用

2.3.1一卡通

我国大型医院在医疗方面面临“看病难”问题的主要原因是在医院就诊的患者过多，病人将大部分时间都浪费在了挂号、就诊、各项检查的排队中。在社区医院中“看病难”的主要原因是社区医院有着跟大医院相同的繁琐程序。智能社区医疗服务中对 RFID 技术的应用可以解决社区医院所面临的问题，让社区居民的就医过程更加高效和方便。社区医院的服务对象主要是社区的老龄层、儿童、和需要日常护理的慢性疾病患者，因此我们可以选用远距离的 RFID 技术将患者的个人基本信息、血型、以往病例、家庭住址和联系方保存在 RFID 卡中，同时在医院门口装上 RFID卡的读卡器，患者在进入社区医院时，经过读卡器对 RFID 卡中信息的读取将，智能社区医疗服务系统便可自动识别出患者的各项信息，这样就省去了挂号，医院手工录入这些繁琐的步骤，也可避免患者叙述不清和医生录入失误所造成的医疗事故，在很大程度上省去了在社区医院的就诊时间，也可大大提高社区医院的医疗效率，由于 RFID 卡中记录这患者所有的信息，便可当作就诊的“一卡通”来使用。

2.3.2RFID 病患标签和工作卡

这种应用可以再社区医院广泛推广。跟大医院相同，社区医院也会有许多住院患者，这些患者的健康状况需要快速的识别和 24 小时的监护，便于患者佩戴的腕状 RFID 病患标签，在记录个人信息和治疗方案同时，也可以将患者的治疗阶段和康复水平记录在内。由于社区医院的患者大部分都是一个社区的居民，从地域上来说可能患者在家庭和社区医院之间的活动比较频繁，这样一来，患者标签可以发挥其整合脉搏，体温传感器和报警的功能，通过电子标签的应用，可以防止老年患者的走失等情况，以及在能够在患者发生危险时快速定位，从而达到实时监控的目的。

RFID 技术还可应用社区医院工作人员的管理当中，将医护人员的基本信息输入到个人信息卡中，医护人员通过刷卡就可以将信息传到医院的数据库进行储存，这项应用可以对工作人员进行身份的识别、权限的管理和医护人员日常考勤情况的管理。例如电子考勤、门禁、工作情况统计、电子病历授权等。早在 2007 年我国就已经出台了有关于 RFID 卡在医疗行业的发展方向的规划。我们将配合医疗改革的深入以及卫生系统“十二五”卫生信息化的目标与任务，认真落实卫生领域 IC卡及 RFID 技术应用发展规划，推进物联网在医疗卫生领域的应用，为病人提供更加安全有效的医疗卫生服务

2.3.3远程病情和健康监测系统

远程监测系统的使用指的是，人们足不出户就可以将身体的各种体征数据传递到社区医生的面前，社区医生通过对所传信息的分析诊断，给出一个合适的治疗方案，这项技术的应用对象是社区里那些行动不便和患有高危病症的患者，同样可以应用到对老人的日常护理当中，家中无人的时候，对老年人使用远程监测系统可以预防并对突发事件进行紧急处理。远程监测系统的工作原理是，在需要用到远程监测的人群身边安装简单的医疗传感器，对其身体的各项体征数据进行收集，然后将数据上传社区医院的远程监测数据库，同时呈现在医生的面前，医生可以对患者进行远程的诊断和治疗。所收集到的数据还可以通过无线网络进行传递，所以，智能手机和平板电脑都成为了医疗诊断的助手，这样一来，远程监测系统不仅能够在室内进行使用，在室外同样也可以进行使用，远程监测系统的应用在智能社区医疗服务中是重点发展的领域。

2.3.4定位系统

智能社区医疗服务中定位系统的使用应该和远程监测系统相结合，定位系统是能够将患者的地理位置信息实时传送到社区医院数据库，这样在患者出现危急情况时，社区医护人员可以快速准确到达患者身边，对患者进行救治。智能社区医疗服务中的定位系统的主要应用人群是那些患有残疾、老年痴呆、和精神疾病的人群，他们对地理位置的识别能力较差，当出现紧急情况或者走失的情况下就用到了物联网的定位系统。物联网中能够进行定位的技术包括 GPS 定位、蜂窝定位、和无线室内环境定位等，但是在社区医疗服务中应用的定位系统是 GPS定位，这一技术是最常用的卫星定位系统，社区医院应用这一技术只需要在医院内安装一个特有的 GPS接收器和一条卫星通信的准用天线，以提高信息接受的精确度。智能社区医疗服务在这一领域的应用推动了社区医疗服务的发展。

3　物联网在社区智能医疗中的应用模型

3.1基于物联网的社区健康管理模型

3.1.1总体架构

以社区居民为对象，了解慢性病健康管理服务在我国城市社区的发展现状，调查本地区居民健康状况，结合社区医疗信息化建设进行讨论，总结社区健康管理服务发展中存在的问题，最后建立社区居民健康管理模型。融合物联网技术，通过医学传感器（血压计、血氧仪、心电ECG等）形成个人区域内的无线传感器网络，通过远程传输模块将数据传至社区医疗服务中心服务器，构建“个人一社区”健康管理模型。其总体架构，见图5。

图5　“个人一社区”健康管理系统总体架构

3.1.2 个人健康管理模型

慢性病患者是健康管理的中心，慢性病个人级主要用于采集简单的生理数据，对血氧、血压、体温等进行连续监控，将监控数据通过无线网络实时发送到相应的社区服务中心。按照“个人一社区”2级体系模型，将社区健康管理服务架构分为5层：硬件感知层、数据处理层、网络传输层、数据存储层、应用层。（1）硬件感知层：完成数据的采集感知功能，包括个人环境传感器和控制器。负责完成社区居民生理指标、健康参数等信息的采集。（2）数据处理层：通过感知层获得的个人生理信息，通过采集点和网络传输到存储中心进行处理。（3）网络传输层：各采集点的数据通过网络设备与社区存储中心形成一个整体。实现多种通信网络（包括因特网、 SG/4G， WiFi等）在医疗物联网应用环境中的覆盖和部署。（4）数据存储层：由数据库服务器和云存储服务组成，完成系统的数据存储和读写操作。（5）应用层：由中心管理系统、监控系统、采集点管理系统等组成。实现所有数据的处理和相关扩展功能。

根据社区居民的健康管理需求，个人健康管理级主要针对常规生理指标进行持续监控，为个人健康档案的动态管理提供数据支持，为慢性病的诊断提供理论基础。传感器设备通过WiFi或ZigBee等无线网络与移动设备通信，并按照可配置的频率把采集到的数据实时传输到移动设备，获取数据后，首先进行初步过滤和处理，去掉冗余信息，然后把数据传送到社区服务中心后台的数据库，做进一步分析处理。健康管理系统的个人客户端采用Android系统进行软件开发。考虑所占存储空间较小而且具备所有的SQL功能，移动设备选择SQLite作为数据库进行存储。

3.2关键技术

3.2.1存储模式

针对健康服务中普遍存在的海量数据存储与管理问题，研究可定制的海量数字资源管理技术，实现对上层应用的技术支撑。按照国家基本公共卫生服务规范，开发一个基于物联网和云计算的社区医疗服务平台，利用云平台的存储技术搭建社区医疗信息存储共享平台对居民健康数据进行管理，将居民的电子健康档案信息存储在网络上，居民家庭和医疗机构能随时随地安全共享健康信息，同时也便于卫生部门统计分析，低成本地对社区医疗机构进行信息化与标准化管理。采用云计算技术来构建社区医疗服务平台的集中管理模式，与传统分散独立的模式相比有很大的优越性。在云医疗服务平台上集中建立社区居民的健康档案，记录每个居民所有的健康信息，同时云计算服务还可以对海量的居民健康档案进行数据挖掘，统计分析居民的健康状况。对于居民，拥有专属的健康存储网络备份空间，通过移动网络的接人，随时随地查询本人的健康状况，在平时生活中注意保养，预防疾病的发生。对于医生，可以根据居民的健康状况记录在紧急医疗事件时制定更准确的治疗方案。建立完善电子健康档案信息系统后，医务人员根据病人的电子健康档案信息及临床表现进行必要的检查，动态地观察患者病情变化，并做出诊治处理意见，提高医疗质量和医疗效率。

3.2.2个人健康信息评估系统测评

健康信息评估是健康管理的基础工具和关键技术。健康评估系统不仅用于日常保健，还可用于对疾病的长期预防、持续监控，最终达到对居民进行健康教育、提高健康意识的目的。个人健康信息评估系统主要是用以管理、分类评估数据，以友好方式向服务对象提供个人健康管理处方和良好的健康管理服务。通过将评估规则数据和服务对象健康检查数据进行分类处理，使其能够确定个人健康维护计划、进行个人生活方式行为指导与管理等。建立健康信息评估系统包括以下3个步骤。（1）设计社区居民健康管理评估问卷，建立自评健康基本数据集。（2）基于调查问卷和统计分析，构建健康信息评估模型，评价模型效度和信度。（3）构建个人健康信息评估系统，并且在临床对系统进行测试、验证和优化。需要选择一定样本量的人群进行健康体检，建立健康档案，用来评估系统的有效性，是否能够做到生理指标的异常报警与误报排除、慢性疾病风险评估与分层等。

4　结束语

智能医疗物联网应用可以实现人与物的互联互通，多个对象不同维度的数据汇聚成大量数据，以物联网技术进一步对这些数据进行挖掘，对各种健康风险因素进行全面检测分析，通过远程无线健康管理服务平台，可大大缓解看病难的困境。在健康管理、慢性病管理、医疗救助，移动医护服务，医用资源管理，远程手术，电子健康档案，区域健康检查等方面，智能医疗物联网都有很大的发挥空间。

尽管从物联网技术来看，国内目前已经存在一些相对成熟的产品，但并未形成大规模发展，而且国家还未出台更具体的政策，产业的发展仍需大力引导。不过，在新的医疗体制改革的推动下，智能医疗作为实用性强、贴近民生、市场需求较为旺盛的领域之一，必将成为发展重点。尤其是‘十二五’期间二三线城市和农村地区的医疗信息化建设加速推进，智能医疗健康管理引来发展契机。

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