結(jié)合無線鏈接/智能傳感器　醫(yī)療系統(tǒng)提高健康照護(hù)質(zhì)量

醫(yī)療保健領(lǐng)域?qū)⒋笈e導(dǎo)入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范疇已由工業(yè)、建筑、家庭延伸至醫(yī)療領(lǐng)域。藉由將多個傳感器采集之?dāng)?shù)據(jù)傳輸至云端進(jìn)行分析，醫(yī)療設(shè)備或系統(tǒng)可提供給醫(yī)護(hù)人員、病患甚至是家屬有效的訊息，進(jìn)而提升醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量與效率。

在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中，各種終端裝置直接分享采集的信息，并透過云端更快速、更準(zhǔn)確地收集、記錄和分析新的數(shù)據(jù)。這為多個行業(yè)帶來各種可能，它們可以實(shí)現(xiàn)各種有趣的夢想，如汽車能夠感知磨損和損耗，并自行安排維護(hù)操作;火車能夠動態(tài)地計(jì)算并向候車乘客報(bào)告預(yù)計(jì)到達(dá)時間。

醫(yī)療保健領(lǐng)域是最能從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中受益的行業(yè);物聯(lián)網(wǎng)原理已經(jīng)用于改善護(hù)理接入，提高護(hù)理質(zhì)量，最重要的是降低醫(yī)療費(fèi)用，藉由遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)，可為偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們提供醫(yī)護(hù)服務(wù)，并能應(yīng)用于監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，提供源源不斷、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，幫助醫(yī)護(hù)人員做出更好的決策。

隨著物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)日益成熟，更多令人興奮的新型物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動醫(yī)療保健應(yīng)用和系統(tǒng)隨之出現(xiàn)。

藉由基于無線傳感器的系統(tǒng)，采集之前無法獲得的患者醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可為過去無法獲得護(hù)理的人們提供護(hù)理服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的革新，同時大幅降低醫(yī)療保健成本并提高醫(yī)療保健質(zhì)量。本文將探討物聯(lián)網(wǎng)時代醫(yī)療保健領(lǐng)域最新動態(tài)及未來走向，討論其為醫(yī)療保健領(lǐng)域帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

今日物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的醫(yī)療保健系統(tǒng)，是基于采用物聯(lián)網(wǎng)作為裝置間的網(wǎng)絡(luò)之基本定義，意即裝置透過位于云端之中央指揮與控制服務(wù)器的安全服務(wù)層(SSL)彼此相互連結(jié)，藉此擷取和分享重要數(shù)據(jù)。此方式不只可用于醫(yī)療保健領(lǐng)域，更可擴(kuò)展到各個行業(yè)，協(xié)助人們進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、記錄與分析。

醫(yī)療系統(tǒng)提升數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性

正如物聯(lián)網(wǎng)一詞創(chuàng)造者所述，終端裝置互聯(lián)這個概念是「一件大事」。1999年Kevin Ashton在一次商業(yè)演講上首次使用了這一短語，10年之后他對此解釋，目前，計(jì)算機(jī)及因特網(wǎng)幾乎完全依靠人來獲取信息。問題是，人們的時間、精力和精確度有限，也就是說，人們不善于捕捉真實(shí)世界的數(shù)據(jù)。而解決方法是像他一貫認(rèn)為的，支持終端裝置自行收集信息，無須人工干預(yù)。

在物聯(lián)網(wǎng)中，終端裝置直接連接到數(shù)據(jù)并彼此互連的出現(xiàn)非常重要，主要有兩項(xiàng)促成原因：

.傳感器和連接技術(shù)的進(jìn)步，支持終端裝置采集、記錄和分析過去無法訪問的數(shù)據(jù)。在醫(yī)療領(lǐng)域，這意味著人們能夠隨著時間的推移采集患者數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)預(yù)防性保健，支持早期診斷急性并發(fā)癥，并推動人們了解治療(通常是藥理治療)有助于改善患者的健康狀況。

.終端裝置能夠自行采集數(shù)據(jù)，消除人輸入數(shù)據(jù)的局限性，終端裝置能夠在醫(yī)生需要數(shù)據(jù)的時候，以其所需的方式自動獲取數(shù)據(jù)，這種自動化可減少錯誤風(fēng)險(xiǎn)。在幾乎任何行業(yè)，減少錯誤都意味著提高效率、降低成本、提升質(zhì)量;然而，這是醫(yī)療保健領(lǐng)域的特殊需求，同時也利害攸關(guān)，因?yàn)樵卺t(yī)療領(lǐng)域，人為失誤可能意味著生與死的差別。

物聯(lián)網(wǎng)具備龐大經(jīng)濟(jì)效益

雖然思科(Cisco)咨詢服務(wù)部總經(jīng)理Joseph Bradley表示，如今僅有1%的事物實(shí)現(xiàn)了互連，然而多個行業(yè)正在創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的基本構(gòu)件。以下為幾個實(shí)例：

.家庭和建筑自動化

數(shù)字營銷長Lauren Fisher將Nest Learning Thermostat做為證明，該裝置采集有關(guān)家庭環(huán)境和屋主的溫度喜好數(shù)據(jù)，并自行進(jìn)行默認(rèn)，從而在該信息的背景下高效地運(yùn)行。該技術(shù)框架為能源供貨商提供連接，以更好地管理能源網(wǎng)。

.汽車設(shè)計(jì)和制造

虛擬行動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商Alex Brisbourne介紹了汽車業(yè)越來越廣泛將自動化應(yīng)用設(shè)計(jì)到汽車中，提供維護(hù)監(jiān)測、燃油和里程管理、駕駛員安全及其他功能，整合這些功能的成本很低但盈利潛力巨大;同時，基于云端計(jì)算的服務(wù)器，可分析數(shù)據(jù)并自動采取行動，例如，在適當(dāng)?shù)臅r候自動安排維護(hù)預(yù)約，這將進(jìn)一步推動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

.公共交通/智能城市

倫敦iBus系統(tǒng)的八千多輛公交車均配備了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)功能，以及多種可傳輸車輛位置及當(dāng)前進(jìn)展數(shù)據(jù)的其他傳感器，因此公車站的告示牌可顯示某輛公交車即將到達(dá)的詳細(xì)信息。

物聯(lián)網(wǎng)概念已經(jīng)在能源如智慧照明、智慧電網(wǎng)和工業(yè)自動化等領(lǐng)域被采用。根據(jù)eWeek2一份有關(guān)思科與記者的電話會議報(bào)告表示，隨著連接的不斷增加，物聯(lián)網(wǎng)為企業(yè)和全球經(jīng)濟(jì)帶來的價(jià)值也將會增加。eWeek報(bào)告描述了思科的愿景是已超越物聯(lián)網(wǎng)到實(shí)現(xiàn)萬物聯(lián)網(wǎng)(IoE)，不僅包括終端裝置，還包括人、數(shù)據(jù)和流程，幾乎包括連接到因特網(wǎng)或穿越了因特網(wǎng)的任何事物。思科預(yù)計(jì)，到2020年IoE為全球經(jīng)濟(jì)帶來的價(jià)值，將達(dá)到14萬4,000億美元。

接著，回到物聯(lián)網(wǎng)如何用于醫(yī)療保健產(chǎn)業(yè)，并探討它如何使該產(chǎn)業(yè)變得更好。

物聯(lián)應(yīng)用展現(xiàn)醫(yī)療價(jià)值

物聯(lián)網(wǎng)在多種醫(yī)療保健應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，一方面可以管理慢性疾病，另一方面還可以預(yù)防疾病，以下例子展示出其已然發(fā)揮的重大潛力：

.臨床護(hù)理

生理狀態(tài)須要密切關(guān)注的入院患者，可借助物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的無創(chuàng)監(jiān)測實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測。此類解決方案采用傳感器采集全面的生理信息，并通過網(wǎng)關(guān)和云端分析，同時儲存信息，然后將分析后的數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送給護(hù)理人員，進(jìn)行深入的分析和審查。

此方式取代了專業(yè)醫(yī)務(wù)人員定期前往檢查患者的生命體征這種流程，相反的，它提供連續(xù)的自動化信息流。這樣連續(xù)的關(guān)注除了提高護(hù)理質(zhì)量外，還能降低護(hù)理成本，因?yàn)闊o需護(hù)理人員主動參與數(shù)據(jù)采集和分析。

此類系統(tǒng)的一個示例為Masimo Radical-7，這是適用于臨床環(huán)境的健康監(jiān)測儀，它能夠采集患者的資料并以無線方式傳輸，用于連續(xù)顯示或通報(bào)。監(jiān)測結(jié)果可完整、詳細(xì)地展示患者的狀態(tài)，讓臨床醫(yī)生能夠隨地進(jìn)行審查。該監(jiān)測儀整合了飛思卡爾(Freescale)的i.MX應(yīng)用處理器技術(shù)，以增強(qiáng)圖形功能，能夠以超高分辨率顯示信息，并具有觸控用戶接口，使該技術(shù)簡單易用。

.遠(yuǎn)程監(jiān)測

全球有許多人因無法享用有效的健康監(jiān)測而導(dǎo)致健康受損。現(xiàn)在，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接的小型、功能強(qiáng)大的無線解決方案，可讓健康監(jiān)測服務(wù)走向這些患者，而不是讓患者去尋求健康監(jiān)測服務(wù)。使用這些解決方案，人們可以從多種傳感器安全擷取患者的健康數(shù)據(jù)，并利用復(fù)雜的算法進(jìn)行分析，然后通過無線連接與專業(yè)醫(yī)護(hù)人員分享，這樣，醫(yī)護(hù)人員就能夠給出適合的健康建議(圖1)。

圖1　遠(yuǎn)程患者監(jiān)測示意圖

因此，慢性病患者出現(xiàn)并發(fā)癥的可能性將降低，且急性并發(fā)癥可以在患病前診斷出來。例如，可以全天候監(jiān)控正在服用洋地黃治療的心血管疾病患者，以防止藥物中毒。從心電圖(EKG)上可以很容易地檢查出心律不齊的病癥，如果心電圖數(shù)據(jù)指示心臟血氧不足，可以更快發(fā)現(xiàn)心臟問題。匯集的數(shù)據(jù)還可以向人們提供信息，使其做出更加有利于健康的選擇，采取更多醫(yī)療保健預(yù)防方法。

另一個實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的例子為飛思卡爾家庭健康中心參考平臺(Home Health Hub Reference Platform)(圖2)，此平臺采用i.MX應(yīng)用處理技術(shù)，并與遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)中的無線連接和電源管理等關(guān)鍵功能緊密整合，因而能采集和共享患者健康信息。集線器從各種傳感器獲取患者數(shù)據(jù)，然后安全地儲存在云端中，提供給參與病患護(hù)理的人員。這樣的數(shù)據(jù)匯集設(shè)備將很快普及，它們不僅能收集醫(yī)療健康數(shù)據(jù)，還能管理家中的其他傳感器網(wǎng)絡(luò)，如智能能源、消費(fèi)電子、家庭自動化和安全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

圖2　家庭健康中心參考平臺

.及早干預(yù)/預(yù)防

健康的人也能從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控其日?；顒雍蜕钪惺芤妗＠?，獨(dú)居老人可能希望有一臺監(jiān)控設(shè)備，可以在其日?；顒又袡z測出摔倒或其他突發(fā)情況，并將情況報(bào)告給緊急響應(yīng)人員或家庭成員。另外，如遠(yuǎn)足或騎自行車等運(yùn)動族群也可以終身從這樣的解決方案中受益，尤其是如果它能成為一項(xiàng)可穿戴裝置。

相關(guān)解決方案如飛思卡爾的Sonamba日常監(jiān)控解決方案，針對老年族群，以策略性部署的傳感器來監(jiān)控其日常活動，并將異常情況經(jīng)手機(jī)報(bào)告給護(hù)理服務(wù)人員或家庭成員。此外，還有Numera Libris行動個人健康網(wǎng)關(guān)，旨在檢測出摔倒情況，無論在家中還是外出時，都能管理個人健康狀況。

以上為基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療保健解決方案的幾個例子，目前更多案例正在涌現(xiàn)。但是，未來的真正景象是，這些小型應(yīng)用能匯聚成一個完整的大應(yīng)用，舉例而言，忘記吃藥的病人親屬將可收到告警，知道病患現(xiàn)在的位置，并可遠(yuǎn)程檢查他們的生命體征，確認(rèn)他們是否生病;同時，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)可告知哪家醫(yī)院床位空余最多、最通暢的到達(dá)路線，甚至在哪停車。

整合MCU　智能傳感器實(shí)現(xiàn)醫(yī)療監(jiān)控

前面所述的醫(yī)療保健實(shí)例，能成功使用物聯(lián)網(wǎng)，主要依賴于一些支持技術(shù)。沒有它們，就不可能獲得健康監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用所需的可用性、連接性和功能。

智慧傳感器結(jié)合了傳感器和微控制器(MCU)，可以精確測量、監(jiān)控和分析各種健康狀況指標(biāo)，使人們能夠在醫(yī)療保健領(lǐng)域發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的作用。這些指標(biāo)可以包括心率和血壓，以及血糖或血氧飽和度水平等基本生命體征。智慧傳感器甚至可以放入藥瓶中，并連接到網(wǎng)絡(luò)，指示病人是否已按時按量服用藥物。為了使智慧傳感器高效工作，MCU必須包含幾個基本功能：

.低功耗運(yùn)行

這是保持裝置小型化和延長電池壽命的關(guān)鍵，也是物聯(lián)網(wǎng)裝置要保持可用不可少的一項(xiàng)特性。

.整合的高精度模擬功能

此技術(shù)使傳感器能夠以較低的成本獲得高精度。

.圖形用戶接口(GUI)

此接口使顯示設(shè)備能提供具有生動細(xì)節(jié)的大量信息，并能很容易地讀取這些信息，從而提高可用性。

網(wǎng)關(guān)是一個信息中心，可收集傳感器數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行分析，然后通過廣域網(wǎng)(WAN)技術(shù)將其傳送給云端。網(wǎng)關(guān)可用于診所或家庭環(huán)境，在后者，它們可以組成更大的連接資源，以便在家中就能管理能源、娛樂和其他系統(tǒng)。

連接標(biāo)準(zhǔn)推動物聯(lián)網(wǎng)普及

對于大量復(fù)雜裝置須要彼此通訊的任何環(huán)境來說，標(biāo)準(zhǔn)都是一個固有挑戰(zhàn)，這也正是醫(yī)療保健領(lǐng)域所面臨的情況。更廣泛的通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，是推動物聯(lián)網(wǎng)普及的關(guān)鍵。

幸運(yùn)的是，標(biāo)準(zhǔn)化組織正攜手護(hù)理服務(wù)提供商，努力創(chuàng)建監(jiān)控裝置之間的無線通信指南?？刁w佳健康聯(lián)盟(Continua Health Alliance)成立于2006年，是醫(yī)療保健公司和技術(shù)公司的聯(lián)盟組織，旨在建立可互操作的個人健康解決方案指南?？刁w佳健康聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)布了一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以確?；ゲ僮餍?今后，購買康體佳認(rèn)證裝置的機(jī)構(gòu)，可確保與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的其他認(rèn)證裝置互連。

康體佳裝置標(biāo)準(zhǔn)是大型標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的一部分，大型環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)包括由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)建立的信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及電機(jī)電子工程師協(xié)會(IEEE)建立的工程標(biāo)準(zhǔn)。

在無線技術(shù)中，IEEE為局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)設(shè)定無線局域網(wǎng)絡(luò)(Wi-Fi)(IEEE 802.11)，和ZigBee(IEEE 802.15.4)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn);為個人局域網(wǎng)絡(luò)(PAN)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)包括藍(lán)牙(Bluetooth)、BLE，以及IEEE 802.15.4j和IEEE 802.15.6，這些都是與人體局域網(wǎng)絡(luò)(BAN)相關(guān)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)包括全球行動通訊系統(tǒng)(GSM)/通用行動電信系統(tǒng)(UMTS)和分碼多任務(wù)存取(CDMA)。專有無線網(wǎng)絡(luò)仍然在醫(yī)療環(huán)境的常規(guī)應(yīng)用，特別是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中發(fā)揮作用，但隨著產(chǎn)業(yè)不斷向標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)發(fā)展，其作用似乎被削弱。

醫(yī)療保健掀革　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用扮要角

預(yù)測已久的醫(yī)療保健物聯(lián)網(wǎng)革命已經(jīng)開始，本文所舉的幾個例子就是明證。而且，這些還只是眾所周知的冰山一角，因?yàn)樾碌陌咐诓粩喑霈F(xiàn)，以滿足對于可擔(dān)負(fù)、可接入護(hù)理的迫切需要。同時，我們看到，物聯(lián)網(wǎng)在自動化的基本構(gòu)件和機(jī)器對機(jī)器(M2M)通訊的不斷建立，帶來服務(wù)層增加而完善基礎(chǔ)設(shè)施。