基于物联网下的智慧医疗体系架构及其应用

郑改成

(太原理工大学轻纺工程学院，山西 晋中 030600)



基于物联网下的智慧医疗体系架构及其应用

郑改成

(太原理工大学轻纺工程学院，山西 晋中 030600)

智慧医疗，也称医疗物联网，在我国少数城市已经开始部署和投入使用。本文在阐述智慧医疗相关概念基础上，重点介绍了智慧医疗的技术体系及功能体系架构，并对各组成部分的分类、作用进行了相关介绍。最后强调了智慧医疗的信息安全要求，列举了智慧医疗的部分应用。

物联网；智慧医疗；移动健康；无线躯体传感网；移动通信网；无线局域网

智慧医疗(Smart Healthcare)是物联网应用下的一个分支，是国家十一五中长期战略发展规划之一。卫生部早在2010年就提出卫生系统3251工程建设，即建设国家、省、地(市)三级卫生信息平台；完善公共卫生信息应用系统、医疗卫生服务系统、新型农村医疗信息应用系统、药品管理信息应用系统和卫生综合管理系统；建立居民电子健康档案(相关报道，2020年完成该目标)和电子病历基础数据库；健全覆盖全行业的卫生信息专网[1]。

在未来若干年，医疗行业将融入到人工智慧、传感器技术、计算机网络、大数据、云计算和无线通信当中，走向真正意义上的智能化。可有效地缓解“医疗成本高、渠道少、覆盖面低，大医院人满为患，社区医院无人问津、就诊手续繁琐以及看病难、看病贵”等问题[2]。

智慧医疗的概念尚无统一定语。百度定义为“通过打造健康档案区域医疗信息平台，利用最先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构和医疗设备之间的互动，逐步达到全民医疗健康信息化”；文献[1]认为“智慧医疗可被定义为生命科学和信息技术相互融合的交叉科学”，其核心也是百度所给出的定义。从业务类型上讲，智慧医疗含健康管理、区域医疗、卫生服务活动和远程医疗等；而技术上含电子健康档案、电子病历、数据库元数据集和无线医疗病房等[1]。

就一个城市而言，智慧医疗的物理组成可分为智慧医院系统、区域卫生系统和家庭健康系统三部分。毋庸置疑，智慧医院是核心关键，它由数字医院和提升应用两部分组成。数字医院由医院信息系统(HIS)、实验室信息系统(LIS)、医学影像信息的存储系统(PACS)，医生工作站四部分构成，可实现患者的诊疗信息和行政管理信息的收集、存储、处理、提取和交换；提升应用包括远程图像传输，海量数据计算处理等，以实现远程会诊、临床决策、处方、探视、报警等；家庭健康系统是最贴近群众的健康保障，可对慢性病、老弱幼妇患者进行远程监护，对智障、残疾、传染病等特殊人群进行监测；区域卫生系统含区域卫生平台及公共卫生系统[2]。

智慧医疗具有互联性、协作性、预防性、普及性、可靠性、创新性等特点。经授权的医生能随时查阅患者病历、档案等，患者也可自主选择更换医生或医院[2]。

1 物联网体系下的智慧医疗体系架构

智慧医疗的体系架构是以物联网架构为平台的，如图1所示[1，2]。

1) 感知层。主要由无线医疗传感器节点组成，也称为无线躯体传感网(BSN，body sensor network)或体域网[1]，主要对人体生理和疾病状态进行实时测量与监视。这些智能的网络化感知终端应用场景可分为四类，分别是：①社区/医院场景，含功能检查、内窥检查、实验、病理、射线、超声波诊断等终端，放射、理化、核医学、激光、透析护理等治疗类终端和消毒、制冷、血库、制/配药等辅助类终端；②家庭/个人场景，主要是一些常规的生理/生命指标参数监测终端，如无线智能血压计、血糖仪、心率仪等；③车载/移动、野外救灾场景，属于急救应用场合[1]。

感知层终端也可分为位置固定型和移动型(含智能手机、PDA等)。后者用以满足移动健康类业务，如家庭/个人场景、急救类应用场景的诊断和治疗。该层是智慧医疗的“眼睛”，是信息反馈环节，其测量数据的准确性和安全性直接影响到医生对患者病情和病理的推断，一旦出现纰漏和安全问题，就会导致医生的错误判断，造成病情延误和患者的生命安全。因此该层在数据监测、保护、处理、抗干扰及网络安全保护环节的硬件、软件系统的设计与开发显得尤为重要。目前，医疗健康感知终端以数字化、接口标准化、低功耗低成本化等为发展趋势[1]，一些具有时代发展特点的医疗终端正在逐步得到应用，如数字化生物传感诊断，机器人器械辅助诊断，网络医疗终端、微创化医疗终端等[1]。

2) 网络层。网络层用来实现感知层与应用层之间数据的双向远近距离的传输、云计算、打包压缩、抗干扰、文本格式化等处理，或者说实现二者之间数据的在线和实时共享。其架构是建立在固定通信和移动通信网络基础之上的。固定通信网络可以国家电子政务外网作为平台，以此部署卫生部门所有的纵向业务信息系统，该平台纵向覆盖国家、省(直辖市)、地(市)、县(市、区)级的政府职能部门，并实现乡镇(街道)、村(社区)的网络接入；而横向覆盖各级政府卫生行政机构、医院、公共卫生中心、医保中心等的网络接入。移动通信网架构也称为mHealth平台(移动健康平台)，它将患者侧的移动健康设备、医务人员侧的医疗设备和一些应用服务器作为终端接入网络[1]。

图1 智慧医疗技术体系

无线局域网(WLAN)技术是现阶段能够满足移动医疗通信的首选技术，其突破了有线网络终端移动不方便、部署复杂、布线凌乱等局限性，可安装覆盖在病房、急诊、ICU、手术室等需要医护人员移动工作的区域。为了确保信号的连续性，采用AP(Access Point，无线访问节点)中的FIT AP(瘦型AP)部署方式，能使患者侧和医务人员侧的mHealth终端实现真正地无缝漫游，而不会发生掉线、中断等事故；在安全方面，采用常用的IEEE802.11b无线局域网标准，其电波的的辐射功率在2英寸半径内约为2 μw/cm2，大大小于FCC(美联邦通信委员会)要求的极限值1 000 μw/cm2；其次，WLAN设备在调制方式与使用频段上与医疗设备不同，而不会产生相互干扰，在信息安全方面，多采用IEEE802.11i认证与加密，即采用先进的周密的WPA2(WiFi Protected Access，WiFi网络保护访问)加密措施， 以增加数据保护能力[1]。

移动通信网络是WLAN组网的基柱。图2所示为医疗信息移动通信网络的功能架构[1]，其硬件主体由移动健康平台、患者侧和医务人员侧移动健康诊断/医疗终端设备三部分组成。

◆ 移动健康平台(mHealth Platform)，是智慧医疗的业务支撑，也是一个IT平台。其中的门户网站(Web Portal)为签约者、患者及医务人员提供业务操作和观察入口；B2B管理模块为健康实施企业(医院、卫生服务中心、疾控中心、医保等)提供管理功能。例如医院方为医务人员提供访问权限，医保中心或行政部门向医院提供患者和医务人员的费用结算信息等；B2B医疗数据交换模块负责移动健康平台与医疗企业的数据库之间的数据信息往来。

◆ 患者侧的移动健康设备 具体如前所述。在此要强调的是这些设备中均安装有移动网络SIM卡。SIM对签约者的身份进行管理，确保以消费者具体身份与网络之间进行操作和信息交换，并且SIM为嵌入式，与通信模块集成在一起(模卡一体化)，用户是不能随意拔插和更换的[1]。

◆ 医务人员侧医疗设备 在该侧，医务人员可浏览医疗数据，该数据的安全性由设备上的UICC(通用集成电路卡)卡提供[1]。

图2 医疗信息移动通信网络功能架构

3) 应用层。应用层由业务应用平台(急救类、慢病类、个人健康管理类)和云计算支撑平台共同完成。后者用以实现智慧医疗中基础数据的整合及与运营相关的功能，也可以直观地说这两个组成部分为终端设备层和应用程序层。前者提供人机接口及各终端设备的“物物相连”，后者进行数据的融合处理，主要包括支付、监控、定位、盘点、预测等，涵盖了患者与医疗机构相关的方方面面，是智慧医疗与物联网行业技术的深度融合[3]。同时，两个层都可以采用基于J2EE(java2平台，企业版标准)的架构设计，也可以采用云计算结构的架构设计[1]。

2 智慧医疗的信息安全

智慧医疗虽是物联网的一个分支，但其体系庞大，平台开放性强，业务繁杂，用户身份多，尤其是患者的敏感隐私信息多，空间数据量大，信息的城域联动性也很强，这些特殊的应用特点，就需要有强大的安全保障作支撑。但这一支撑不是上述三个结构层的安全措施的简单相加，而是需要采用多层次、多级别的安全体系架构，以确保个人健康信息、医疗信息、业务数据信息等在公共服务平台及个人/家庭操作平台上的互操作安全性[3]。

智慧医疗的信息安全系统模型架构由信息安全技术系统和信息安全操作平台共同组成[3]。前者包括智慧医疗敏感信息的追踪和防泄漏技术(如患者健康信息、医疗器械信息、手术信息、医疗垃圾处理信息等)、用户与智慧医疗网之间的认证技术、数据传输安全约束技术、匿名/实名身份认证技术、指纹/面部识别技术等；而后者是针对信息联动的应用平台和多级别的大数据下提供的安全访问机制，为智慧医疗系统的扩展、使用及建设提供了安全保障[3]。

3 应用列举[1]

1) 远程会诊。即智慧医疗网内多个医疗机构的专家在异地通过网络、多媒体等技术调阅患者的电子病历和电子健康档案与患者及家属进行语音、视频等交流，最终给出汇总诊断和治疗方案。

2) 无线移动门诊输液系统。数字化医院是智慧医疗的根本，其最终是让患者与医务人员之间、患者与医疗设备之间、医疗设备与监测设备之间等通过通信连为一体。无线移动门诊输液系统，首先是护士站通过患者的RFID标签识别出其位置和诊疗方案，然后采集座位号、床位号等信息，并呼叫患者就位；该信息同时传送至药房，并通过RFID完成患者身份、药品及血袋的识别，护士站人员再次通过RFID识别从药房指定窗口拿取药品，为患者服务。此时只有患者的RFID信息与药品RFID信息比对并匹配成功之后，才能进行输液。该过程能够有效地避免医疗差错的发生，确保了治疗安全。

3) 其它应用。人员定位与监控，智能急救监护，药品供应链监护，药品防伪，医疗器械管理，血液管理，消毒包管理，医疗垃圾处理等。

4 展望与思考

伴随着国家十三五规划落地，健康中国已经升级为国家战略，“互联网+”将成为推动健康中国发展的重要技术手段，智慧医疗、三医联动、分级诊疗等实施将成为重头戏。而智慧医疗将为我国的医疗发展带来一场效率革命，以此提高医院工作效率和医疗水平，缓解看病难、看病贵等矛盾，且关注弱势群体的医疗服务将不再是梦想[5]。

目前，推进信息化医疗机构建设的城市很多，但面临的挑战也很多，如临床信息建设相对滞后；由于各医疗物联网产业的制造标准或者各医疗机构的采购标准不统一，使之互联互通，信息共享成为问题，即各自为战，形成信息孤岛。因此应统一相关标准，并与国际接轨，积极借鉴国外先进经验和工作模式，真正意义上实现网络信息化、智慧化、精准化及高效率的医疗体系[4]。

[1] 唐雄燕.基于物联网的智慧医疗技术及其应用[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2] 百度百科.智慧医疗.

[3] 胡新丽.物联网框架下的智慧医疗体系架构模型构建[J].电子政务，2013(12)：28-29.

[4] 李瑾.移动智慧医疗系统的构建与思考[J].东南国防医药，2015(5)：331.

[5] 中投顾问产业研究中心.2016-2020年中国智慧医疗行业深度调研及投资前景预测报告.2.

Architecture and Application of the Smart Healthcare Based on Internet of Things

Zheng Gaicheng

(TheCollegeofLightTextile,TaiyuanUniversityofTechnology,JinzhongShanxi030600,China)

The smart healthcare,also known as the medical Internet of things,has been deployed and put into use in a few cities in China.Based on the elaboration of related concept of the smart healthcare,this paper focuses on the technology system and functional architecture of smart healthcare,and introduces the classification and function of each unit.Finally,it emphasizes the information security requirements of the smart healthcare,and enumerates some of the applications of it.

IOT; smart healthcare; mobile health; mobile communication network; WLAN

2016-07-07

郑改成(1963-)，男，山西永济人，副教授，研究方向：计算机测量与控制。

1674-4578(2016)05-0066-03

TP393

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