物聯網技術下的智慧醫療服務應用范文

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摘要:伴隨著“智慧城市”概念的提出，醫療行業實現著從傳統方式以“醫生”為中心到智能方式以“患者”為中心的轉變。本文重點介紹了基于物聯網的WSN技術，并實現了對患者的遠程監測。使人們從“有病再看病”實現了“沒病先預防”。為今后醫療行業的發展提供了一個可參考的方向。

關鍵詞:物聯網；智慧醫療；WSN

引言

伴隨著通信技術的發展，逐漸興起的物聯網技術出現在了我們生活的方方面面。從環境數據感知到通信服務，人們提出了許多不同的概念來描述物聯網的真正含義。智慧城市建設中通過物聯網技術，利用機器學習、大數據技術處理城市交通情況，通過定位和射頻技術管理城市的停車位情況，通過實時定位和監測了解物流的配送情況等等方面都取得了顯著的效果。隨著城市規模不斷擴大，人口老齡化和國家生育政策的放開使得老年人和孩子們的數量與日俱增，醫療環境也面臨著巨大的壓力，傳統的病人-醫生面對面以“醫生”為中心診療模式顯然已經跟不上了時代的發展。智慧醫療作為智慧城市建設中的一個部分，提出了一種以“患者”為中心的思想。

1智慧醫療

在傳統的就醫方式中，存在以下問題：第一，通過醫院獨立的醫療設備手工收集數據，這些數據僅僅存儲在每個醫院自己的數據庫中，如果涉及到轉診，數據就要重新再收集一遍，很浪費時間和醫療資源，數據分散在各個醫院對于患者來說不能建立自己的健康檔案，對于醫生來說不能進行數據的整合分析；第二，就醫資源分布不均，有了大病以后很可能因為沒有好的醫生或醫療條件及時診治而錯過了最佳治療時間；第三，醫療體系缺少預防和監控體系，一旦發病很可能已經處于晚期。因此，能出現一種高效率的診療方法變得非常重要。智慧醫療是指以患者為中心，利用超大規模集成、嵌入式系統、大數據、機器學習、云計算和人工智能技術等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一種醫療方式[1]。

2物聯網的關鍵技術

物聯網技術是一種使物與物連接的網絡技術，這種網絡通過射頻識別技術（RFID）、傳感技術、嵌入式系統技術、全球定位技術等感知技術，通過主控制器的處理，按照短距離無線通信規定的協議，把物體與網絡、物體與物體連接起來，進行信息傳遞，實現智能化的識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[2]。（1）RFID技術目前，利用最多的就是RFID技術，這種技術一般都用來進行信息采集。RFID由三大部分組成，應答器（標簽）、閱讀器和應用系統。在醫療領域中幾乎遍及各個環節，比如說醫院藥品的監控領域，從藥品的成分、生產時間，用法用量到中途的物流運輸，再到醫院患者的使用，中間的每一個環節都可以通過掃一掃“標簽”變得一目了然。在藥品的使用過程中，如果藥品過期，RFID系統還可以進行適當的提醒，對藥物進行適當處理，避免醫療事故的發生。在醫院醫療管理方面，手術管理和母嬰防盜系統的建立使得醫院對于人員的管理和設備的管理更加井井有條，只有帶有標簽并被正確識別的人或物品才能進入指定區域進行相應的工作。在醫護方面，病人帶有錄入自己信息的RFID標簽，當醫生或護士進行治療時，帶有識別功能的閱讀器掃一掃“標簽”即可對病人的病情有了如指掌，進行后續的治療活動。另外，在醫療垃圾監控、血液管理等方面，RFID技術都有廣泛的應用。（2）WSN技術WSN（WirelessSensorNetwork）的全稱是無線傳感器網絡，它可以進行遠距離傳感通信，如果在監測區域內放置大量的微型傳感器就可以形成通信節點，采集到信息以后可以通過無線通信的方式返回給相應的數據平臺進行數據處理。已被廣泛應用在了軍事、航空、救災、環境、醫療、保健、家居等領域。（3）嵌入式系統技術嵌入式系統技術是物聯網中的一項相對復雜的技術，綜合了包括計算機軟硬件、傳感器技術、集成電路技術、電子應用技術在內的很多技術。嵌入式系統是以計算機技術為基礎、通過軟硬件的適當組合以完成某些特定功能的專用計算機系統。因其系統本身擁有微處理器和存儲器等硬件，可以進行數據處理。在智慧醫療中多應用在醫療儀器領域，如佩戴基于嵌入式的便攜心電監護儀，可以為用戶提供心電圖監測和診斷服務，從而減輕了醫院的負擔。如果監測到的心電圖機器無法確認，可通過網絡傳送至遠程醫院，供專家診斷，并獲得反饋信息[3]。（4）全球定位技術利用GPS定位衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統，稱為全球衛星定位系統。全球定位系統在醫療衛生事業的應用范圍主要是獲取地理位置的信息，已獲得更好的醫療幫助。

3基于WSN技術的智慧醫療服務

物聯網技術的發展，加速了醫療方式的轉變，實現了醫生對患者，醫院對就醫環境的有效管理。尤其是WSN技術的進步，通過海量的傳感器網絡采集患者信息，使得“遠程醫療”服務和“家庭護理”服務得以實現，讓患者可以享受到便捷、平等的醫療保障。同時，智慧醫療服務還應該滿足以下幾個方面的特點：（1）規范性智慧醫療的系統要規范化、標準化[4]。只有規范化和標準化才是與其他系統兼容的保證。傳感設備采集的數據一定要有統一的標準，網絡通信要遵循統一的通信規則。（2）發展性智慧醫療體系是一個長遠的計劃，它的可發展性是毋庸置疑的，至今沒有一個統一的全面的概念去解讀它，這就要求對它的內容不斷擴充，不斷完善，適應社會每一個階段的發展，所以這個平臺應該是對新的應用開放，要預留適當的接口，并且不能影響當前的使用效果。（3）易操作性智慧醫療面向對象的是醫生和患者，所以要有友好的操作界面，給操作者很好的使用反饋。（4）可持續性要保持傳感器和其他設備的的持續工作，不要因為供電或能量系統缺少而引起數據的丟失。（5）靈敏性環境的細微變化都可以被監測處理，也可以準確的利用定位系統定位識別。（6）保密性產生的個人健康敏感數據被保密，提升系統的安全性。

3.1智慧醫療系統結構

無線傳感器網絡是物聯網最早的研究工作。使用無線傳感器網絡結構使得物聯網的效率大大增加。如圖1所示，WSN網絡結構主要分為四個層次：感知層、網絡層、服務層和接口層[5]。（1）感知層傳感器是一種依據佩戴的信息進行識別的裝置，感知層通過傳感器來獲得相關數據，是監測系統的基礎。溫度傳感器、心電圖（ECG）、血壓、血糖、肌電圖、心率、氧飽和度、陀螺儀、運動傳感器和加速度計是智能醫療中常用的傳感器。傳感器有助于監控多個生命體征[6]，也可以用來監測醫療設備的使用情況和藥品的存放情況。本層次主要完成的功能就是數據的獲取。可以在傳感器上應用嵌入式內存，在大型服務器上進行數據分析。智能手機、平板電腦等都可以作為存儲信息計算數據的重要工具。（2）網絡層在整個智慧醫療的系統框架中，連接技術起到了相當大的作用。無線技術是智能醫療網絡的支柱，一些高度集成的設備可以通過無線連接技術，利用物聯網對健康實施遠程監測。本層次主要完成的功能就是數據的傳輸。不同的無線技術通過不同的物理設備連接到網絡中，在信息交換中起著至關重要的作用。在短距離的無線網絡傳輸中，RFID在智能醫療領域的應用被認為是非常有前景的，特別是超高頻（UHF）標簽的出現，提高了傳感和計算能力，使得無線射頻技術很容易實施低成本監測和傳輸患者生命體征[7]。NFC是一種非接觸式近距離通信技術，適用于短距離范圍（理論上小于10cm，但實際上約為4cm）。由于NFC的接近性特點，以及其易用性，該技術非常適合患者去查詢他們的健康檔案。BLE是一種低消耗藍牙技術，在保持同等通信范圍的同時采用這種技術可以顯著降低功耗和成本。ZigBee也是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術，在距離短、功耗低且對傳輸速率要求不高的設備之間進行數據傳輸。遠程網絡可用GPRS。（3）服務層本層主要任務是進行數據的處理。可以從以下三個方面來進行數據結構的處理：面向應用程序的、面向對象的和面向語義的[8]。面向應用程序的結構需要負責建立個體傳感器和應用程序之間的安全的信息網絡，數據進行安全管理，做到數據的加密輸入和解密輸出。面向對象的結構要求適應應用程序的實時性、持續性，靈敏度高，在低功耗下保持較高的效率，并可以進行智能化處理。面向語義的計算平臺的框架通常要適應不同的上下文環境，能夠基于先前獲得的信息，利用自然語言分析處理技術來豐富用戶體驗，具有普適計算的能力，如數據庫管理、最優化、人機交互和機器學習算法等。（4）接口層本層主要任務是數據的使用。接口層是使用智慧醫療系統的個人和機構。機構通常包括醫療機構、家庭、企業等用戶通過相應APP和系統軟件獲取服務相應入口，實現相關醫療的信息的體驗。智慧醫療服務的目的是想打造一個有發展的、便捷的、移動的、高效的醫療數據互相聯通的平臺。

3.2智慧醫療服務的設計

在這里通過舉例醫院的智能病房來說明智慧醫療服務的過程。在傳統的醫院病房中，醫療數據的采集和病房環境的監測，都需要醫護人員手動進行，而且在醫療數據的收集方面很容易形成“信息孤島”，不容易進行數據的分析與共享。通過無線射頻技術與傳感器網絡的結合，可以實現病房的智能管理，加速智慧醫療的系統進程。圖2顯示了智能病房的實現過程。在數據采集方面分為通過傳感器采集和RFID采集兩個子集。在環境信息采集方面，可通過溫濕度傳感器、煙霧傳感器等來采集病房的數據，患者可以使用加載有監測血壓、心率等功能的傳感器手環采集身體特征數據。以RFID形式采集的數據主要集中在患者的一些基本信息，比如說住院號、患者姓名、患者年齡、入院時間、病房號、診斷結果等等，同時采集醫護人員的信息，將患者和相應的醫護人員關聯在一起，記錄每次醫護人員對患者的操作記錄，通過相應網絡上傳到服務器。在數據處理方面，系統主要完成的是對采集來的數據進行數據庫處理，將患者的信息和醫護人員信息分別建立數據庫，方便查看歷史信息和關聯信息，患者信息字段如表1所示,醫護人員信息字段如表2所示。在通過端口讀取完成數據以后，進行數據處理，將數據發送給數據服務端口，端口分為醫護人員使用端口和患者使用端口，當醫護人員在醫護端通過身份認證以后，就可以監測患者的血壓、心率，心電圖等等并記錄治療流程，如果患者需要轉診，轉診醫生可通過讀取相應信息記錄了解患者病情也省去了重復檢查的時間，同時系統支持數據的實時刷新。在患者端，患者通過智能設備接入APP患者端，可實時查看生理數據及一些檢驗結果及費用明細，可隨時呼叫醫護人員，同時APP還提供了提醒服務，提醒患者的吃藥時間和治療時間，也可以提供病房餐的配送。

4智慧醫療服務的其他應用

4.1健康生活方面

現代人的醫療模式已經從傳統的“有病再就醫”轉變為“無病先預防”，健康的生活方式很重要，通過智能設備可以實現對健康的日常管理。在健身運動方面，佩戴智能手表進行健身運動時，通過提取卡路里的消耗量、健身姿勢的改變量、健身活動持續的時間量等特征值，根據相應算法，就可以監測出身體汗液酸堿度的變化，氧氣的攝入量和心率的變化量，還可以設置步行或徒步旅行路線，伴隨著定位，有助于監督使用者的位置和活動，給他們的健身活動提出相關的建議并幫助他們實現健身目標。在食品檢測方面，我們可以在冰箱上配置好傳感器和攝像頭，一旦食物超過保存期變質變味，傳感器就會通過氣味的變化提醒食物可能的變化，讓人們可以不開冰箱通過攝像頭來看一下需要處理的食物。在食品溯源方面，我們通過掃描食物上配備的RFID標簽就可以追溯食品的產地和成份，了解其具有哪些營養，不能和哪些食物同食，建議烹飪方法等。

4.2家庭護理方面

通過佩戴具有“IPV6”網址的可穿戴傳感器，定期獲取關于孩子或年邁父母的健康信息，實時監控他們的健康狀況，一旦體溫、血壓或心率突然變化就會及時通知家人。尤其是傳感器具有網絡地址以后，可以定位跟蹤分析孩子或父母的位置，一旦突發狀況，家人可以根據傳感器接收到的地址信息，呼叫救護車進行緊急處理。在遠程醫療上，通過把每名用戶去醫院的就醫記錄進行整合，建立一個完整檔案，通過可穿戴傳感器監測到的生命體征數據可以隨時對檔案進行數據更新，通過執行器、微型控制器、處理器和云計算[9]，在物聯網協助下獲得準確的結果和醫療保健方法。使用者只是通過APP查詢，就可看到結果，也可以聯系醫生進行治療方案的制定。這種以“預防”為主的智能醫療模式對慢性病的診斷起到了很好的效果[10]。

4.3環境監測方面

WBAN（Wirelessbodyareanetworks，無線身體區域網絡）是社區衛生健康監測的基本組成部分，有助于在一個地方或社區周圍建立一個網絡。多個WBAN構成了智慧醫療網，多個WBAN構成了智慧醫療網，可以形成共同合作體系。社區網絡可能包括學校、住宅區和醫院，這有助于在偏遠地區提供高效率的監測網絡。在監測某一地區的地方病或流行病爆發的狀況時，如果受感染的人數突然增加，對于傳感器所傳回的信息可以提前制定疏散醫院管理計劃，騰出病人的急救通道與病房供給，保證所需醫療設備或資源的供應，比如說血液庫準備的充足血量提供需要輸血的人。從生活中的健康監測發展到醫院的生命體征監測，通過機器學習算法和人工智能，智慧醫療也在不斷提高自身的服務范圍和服務的質量[11]，一些傳感設備可以幫助研究人員更好的改進模型來處理不同條件下的醫療。

5總結與展望

本文從物聯網的技術、智慧醫療系統的結構和應用三個方面，來闡述智慧醫療服務。在數字時代，智能醫療領域已經成為了一個跨學科的研究領域。從傳統醫療服務到智能醫療服務的轉變是一個緩慢和穩定的過程，完善體系結構中涉及的工作原理和技術，探索醫療保健服務中大數據的安全性和隱秘性，研究如何使用云輔助架構和集成多種技術以確保智慧醫療服務質量，一直是各地研究人員關注的內容。我相信隨著物聯網技術的發展，醫療過程的不斷完善，技術人員和醫護人員的共同努力，智慧醫療服務的未來將會越來越好。

參考文獻

[1]武瓊,陳敏.智慧醫療的體系架構及關鍵技術[J].中國數字醫學,2013,8(8):98-100.

[2]李源,成有才,田申.基于物聯網技術的智能家居系統設計[J].通信與信息技術,2019(1):48-49+36.

[3]霍鋮宇,寧新寶,卞春華,何愛軍,吳旭輝.基于嵌入式技術的便攜式心電監護儀[J].計算機工程,2008(17):223-224.

[4]許俊杰,陳軍.基于物聯網的智慧醫療系統及其發展應用[J].中國醫療設備,2017(10):118-121+131.

[9]牟思.淺談物聯網的關鍵技術及計算機物聯網的應用[J].軟件,2018,39(6):189-191.

[10]俞磊.基于物聯網技術的智慧醫院架構及服務訪問研究[D].合肥:合肥工業大學,2014.

作者：劉芳 單位：牡丹江醫學院