俞 磊，陸 陽，田一鳴，朱曉玲

（1．合肥工業(yè)大學(xué)計算機與信息學(xué)院，安徽 合肥 230009;2．安徽中醫(yī)學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院，安徽合肥 230031）

0 引言

“物聯(lián)網(wǎng)”是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第四次技術(shù)革命，是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，具有全面感知、可靠傳遞和智能處理等特征［1］。物聯(lián)網(wǎng)用途極為廣泛，遍及智能交通、智能家居、醫(yī)療健康、智能電網(wǎng)、智能物流、工業(yè)與自動化控制、精細農(nóng)牧業(yè)、國防軍事、環(huán)境與安全檢測、金融與服務(wù)業(yè)等諸多領(lǐng)域。就醫(yī)療領(lǐng)域而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在該行業(yè)的集中體現(xiàn)便是醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)，將對醫(yī)院目前的診療模式產(chǎn)生深遠的影響。本文就從醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的基本概念開始，對其體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)展開詳細的探討。

1 醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的基本概念

醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)是社會物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，是在綜合了信息化醫(yī)院、智能醫(yī)院［2］、數(shù)字醫(yī)院［3］的基礎(chǔ)上，對醫(yī)院更加具體、全面、動態(tài)的描述。陸續(xù)有學(xué)者提出醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)［4］、物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)［5］、健康物聯(lián)網(wǎng)［6］等相關(guān)概念，雖沒有形成統(tǒng)一的定義和描述，但本質(zhì)上都是相同的，只是描述的角度和范圍不同。廣義上來講，醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)可以說就是醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)，涉及到醫(yī)療領(lǐng)域的方方面面。這里，本文將重點關(guān)注醫(yī)院內(nèi)部的物物相連網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具體在醫(yī)院這個特定地點中的應(yīng)用是醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，不涉及到醫(yī)院以外的其他場所和環(huán)節(jié)，比如遠程監(jiān)控、藥品供應(yīng)鏈管理等，

2 醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

已有不少學(xué)者對物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)展開了相關(guān)研究，分別提出了一些適用于物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，如物品萬維網(wǎng)（web of things，WoT）體系結(jié)構(gòu)［7］、自主體系結(jié)構(gòu)［8］及 EPC結(jié)構(gòu)［9］等。關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在某個領(lǐng)域的具體應(yīng)用，更多的是采用感知層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層［10］三層通用架構(gòu)。在醫(yī)院領(lǐng)域，雖沒有文獻直接提及，但已有一些相關(guān)文章出現(xiàn)，如文獻［11］提出了一無邊界感知醫(yī)院模型，文獻［12］提出了一數(shù)字化環(huán)繞智能醫(yī)院的應(yīng)用模型。鑒于目前物聯(lián)網(wǎng)的已有研究基礎(chǔ)和醫(yī)院的實際環(huán)境特點，醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)也是沿用通用的三層體系架構(gòu)，但須根據(jù)醫(yī)院的實際環(huán)境特點進行改進和細化，具體如圖1所示。

2．1 感知層

感知層分為2個子層，分別是數(shù)據(jù)采集子層和接入子層。

數(shù)據(jù)采集子層是對醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)中的結(jié)點進行識別，感知并采集醫(yī)生、護士的身份信息，病人的身份信息和診療信息，藥品、醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療廢棄物的基本信息和位置信息，住院病人的生理信息和位置信息，醫(yī)院周圍的環(huán)境信息等相關(guān)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集子層所用到的設(shè)備有RFID標(biāo)簽、讀寫器、各種傳感器和攝像頭等，目的是把網(wǎng)內(nèi)的所有人員和物品改造成信息物理系統(tǒng)（CPS）節(jié)點，便于標(biāo)識。物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點分為無源CPS、有源CPS和互聯(lián)網(wǎng)CPS三種［13］。根據(jù)醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境特點和服務(wù)需求，門診病人采用無源CPS節(jié)點，僅需在其掛號時發(fā)放能標(biāo)識其個人信息的RFID就診卡或者手腕;醫(yī)院里的藥品、醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療廢棄物也采用無源CPS節(jié)點，僅需貼上標(biāo)識其信息的RFID標(biāo)簽;病房里的住院病人采用有源CPS節(jié)點，因為為便于生理監(jiān)控在其身上佩戴了可感知其生理信息的傳感器;醫(yī)院里的基礎(chǔ)設(shè)施，如墻、樓梯等則采用互聯(lián)網(wǎng)CPS節(jié)點，以便對其位置進行監(jiān)控和定位。

圖1 醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)Fig 1 Architecture of internet of things in hospital

接入子層是對數(shù)據(jù)采集子層獲得的數(shù)據(jù)進行傳輸，接入到主干網(wǎng)，即全局物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。接入方式多種多樣，有移動網(wǎng)絡(luò)接入、無線網(wǎng)絡(luò)接入、固定網(wǎng)絡(luò)接入和有線電視網(wǎng)絡(luò)接入［14］等，其中移動網(wǎng)絡(luò)因覆蓋范圍廣、建設(shè)成本低、部署方便和具備移動性等特點將成為醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的主要接入方式。具體實施時需視情況而定，像門診管理系統(tǒng)、醫(yī)技管理系統(tǒng)這些使用地點固定的系統(tǒng)適合采用固定網(wǎng)絡(luò)接入，而住院管理系統(tǒng)因其中醫(yī)生、護士工作站使用無線醫(yī)療的地點不固定性而適合采用移動網(wǎng)絡(luò)或者無線網(wǎng)絡(luò)接入。就目前常用的短距離無線技術(shù)而言，Wi-Fi自組網(wǎng)能力較差，特別不適合藥品管理和人流量多時的門診病人管理;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）數(shù)據(jù)傳輸速率太低，不能適應(yīng)多媒體信息的無線傳輸，如一些醫(yī)技科室的膠片傳輸就無法勝任。所以，需對接入技術(shù)進行深入研究，開發(fā)真正適合醫(yī)院環(huán)境使用的接入技術(shù)。

2．2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層也分為2個子層，分別是網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺和應(yīng)用平臺。

網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺就是醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的主干網(wǎng)，利用以太網(wǎng)技術(shù)、移動通信技術(shù)、M2M技術(shù)，對感知層感知到的信息進行實時、無障礙、高可靠地傳送。另外，為形成統(tǒng)一的醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，完全拋棄醫(yī)院目前現(xiàn)有的各異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，重新布設(shè)新一代網(wǎng)絡(luò)，不太現(xiàn)實，比較可行的方法是對醫(yī)院現(xiàn)行的各應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)（如原先布設(shè)的有線網(wǎng)絡(luò)、Internet、通信網(wǎng)、移動網(wǎng)等）進行融合，因此，需研究適合醫(yī)院的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)。

應(yīng)用平臺主要是實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息集成，包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述、統(tǒng)一數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)中間件技術(shù)等，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)成服務(wù)支撐平臺，為應(yīng)用層各種服務(wù)提供開放的接口［15］，以便第三方在上面方便地開發(fā)各種各樣的應(yīng)用服務(wù)，供醫(yī)護員工、病人及其他相關(guān)人員使用。

2．3 應(yīng)用層

應(yīng)用層包括兩部分內(nèi)容，分別是醫(yī)院信息化應(yīng)用和管理決策與應(yīng)用。

醫(yī)院信息化應(yīng)用包括門診管理、住院管理、醫(yī)技（檢驗、檢查、放射、病理、理療等）管理、藥品管理、設(shè)備和物資管理、醫(yī)務(wù)管理、財務(wù)管理等方面的信息化。

管理決策與應(yīng)用是高層應(yīng)用，如疾病分析（各類疾病的發(fā)病時間、地域分布及診療費用情況），患者分析（患者的地區(qū)分布、年齡分布、公費醫(yī)療比例及就診時間情況），門診分析（各時間段內(nèi)的門診人次、住院人次及醫(yī)生出診情況），藥品分析（各類藥品的金額、消耗數(shù)量及利潤情況）和科室分析（各科室不同時期產(chǎn)生診療費用的情況）等。

3 構(gòu)建醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

3．1 醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

目前，傳感器網(wǎng)絡(luò)醫(yī)療應(yīng)用項目組已成立，需盡快建立面向醫(yī)療行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范針對醫(yī)療行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)主要包括:

1）全醫(yī)院的編碼標(biāo)準(zhǔn)，包括醫(yī)院信息術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)、醫(yī)院信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn)等;

2）全醫(yī)院的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，目前已有的標(biāo)準(zhǔn)有HL7［3］（health level 7），DICOM 3．0［3］（digital imaging and communication on medice）和 ASTM［3］（The American Society for Testing and Materials）;

3）應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)范，包括醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)描述、數(shù)據(jù)通信接口、數(shù)據(jù)倉庫和中間件［14］等;

4）醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的業(yè)務(wù)流程規(guī)范，如形成的臨床路徑管理新模式等。

3．2 中間件技術(shù)

針對醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)中的不同應(yīng)用服務(wù)，可開發(fā)不同的中間件，如醫(yī)療設(shè)備管理中間件、藥品管理中間件、緊急事件急救處理中間件、病歷信息傳輸中間件等。每種中間件的研發(fā)都須參照醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)的要求和標(biāo)準(zhǔn)進行。文獻［16］就針對醫(yī)療環(huán)境下無線嵌入式設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸開發(fā)了此類設(shè)備與遠程中心數(shù)據(jù)庫交互的中間件系統(tǒng)。

3．3 基于物聯(lián)網(wǎng)平臺的的嵌入式電子病歷

相對于醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS），醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的核心在于醫(yī)療的移動化和無線化，所以，需把互聯(lián)網(wǎng)平臺下的傳統(tǒng)電子病歷系統(tǒng)移植到物聯(lián)網(wǎng)平臺，即基于RFID和WSNs技術(shù)、運行在手持無線終端設(shè)備（如PDA）的嵌入式電子病歷系統(tǒng)，這是醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的關(guān)鍵。

1）系統(tǒng)架構(gòu)

嵌入式電子病歷系統(tǒng)實質(zhì)上就是醫(yī)院以病人為中心的物聯(lián)網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，可從系統(tǒng)模型的建立與功能模塊的劃分、就醫(yī)流程的分析（此系統(tǒng)將使傳統(tǒng)的就醫(yī)流程發(fā)生改變）、醫(yī)護人員手持PDA的設(shè)計（功能、工作流程、軟件和硬件等）、符合醫(yī)院要求的病人RFID診療卡的設(shè)計（存儲介質(zhì)、能量供應(yīng)方式、存儲容量等）這幾個方面來對其架構(gòu)進行研究。

2）數(shù)據(jù)模型和存儲模型

HIS下電子病歷多半采用XML格式，而物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)識語言是物理標(biāo)識語言（physical markup language，PML）格式，是XML在物聯(lián)網(wǎng)下的擴展。研究物聯(lián)網(wǎng)下嵌入式電子病歷的數(shù)據(jù)模型，就是研究其基于PML的數(shù)據(jù)模型。相比于HIS下的電子病歷，物聯(lián)網(wǎng)下嵌入式電子病歷的一個顯著特征就是空間性，在標(biāo)記數(shù)據(jù)時需有空間屬性。文獻［17］提到的物聯(lián)網(wǎng)下基于PML的數(shù)據(jù)表示都是三維的，相關(guān)的查詢也是建立在三維基礎(chǔ)上，這是有別于XML的地方。

HIS下基于XML的電子病歷存儲通常有文本、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫、XML數(shù)據(jù)庫［18］4種方式，其中XML數(shù)據(jù)庫又分為Native XML Database，XML Enabled Database和Hybrid XML Database［19］三大類。需對物聯(lián)網(wǎng)下基于PML的嵌入式電子病歷選擇一種合適的存儲方式。

3）信息傳輸格式和方式

物聯(lián)網(wǎng)下嵌入式電子病歷采用PML表示，其信息傳輸?shù)降资茄赜肵ML，還是采用PML，或者是有其他更合適的格式，這是需要研究的地方。另外，目前嵌入式設(shè)備與遠程后臺數(shù)據(jù)庫的傳輸有很多方式，如基于Wi-Fi的PDA訪問遠程數(shù)據(jù)庫方法［20］，基于GSM/CDMA的移動訪問數(shù)據(jù)庫方法［21］，基于 Web 服務(wù)的 PDA 軟件開發(fā)方法［22］，基于Socket的與數(shù)據(jù)庫交互中間件系統(tǒng)［16］等。針對嵌入式電子病歷信息的實際特點，選擇合適的方式進行數(shù)據(jù)傳輸也是一個有待研究的問題。

4）嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方案

在嵌入式電子病歷系統(tǒng)的移動終端PDA中，若其具有嵌入式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)EDBMS，就會涉及到嵌入式數(shù)據(jù)庫的存儲、查詢、刪除、修改的問題。于是符合電子病歷特點的EDBMS設(shè)計、相關(guān)查詢和索引的算法優(yōu)化（性能改進）、嵌入式數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理（日志、同步性、冗余備份等）等都是物聯(lián)網(wǎng)下嵌入式電子病歷系統(tǒng)需關(guān)注的問題。

5）保障信息安全的方法和途徑

確保醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)中嵌入式電子病歷的信息安全，可從病歷數(shù)據(jù)用戶的合法性（鑒于醫(yī)院的實際特點，同一個PDA在不同時間和不同地點可能會被不同的醫(yī)護人員使用，這就需要進行用戶登陸系統(tǒng)和相關(guān)權(quán)限的設(shè)置，防止非法人員訪問）、病歷數(shù)據(jù)操作的安全性（通過角色控制確保數(shù)據(jù)庫的安全，不同角色的數(shù)據(jù)存取權(quán)限不同）和病歷數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕ú捎脭?shù)字簽名和加密解密技術(shù)）三方面來考慮。

4 結(jié)束語

本文在簡單介紹醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)基本概念的基礎(chǔ)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)機制和醫(yī)院的實際特點，對醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)建中的關(guān)鍵技術(shù)進行了探討。醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)的普及和應(yīng)用任重道遠，需要更多的學(xué)者去關(guān)注和從事此方面的相關(guān)研究，只有這樣才能為人類提供更安全更有效的醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)，迎來惠及全社會的“智慧醫(yī)療”。

［1］ 趙 均．構(gòu)建基于云計算的物聯(lián)網(wǎng)運營平臺［J］．電信科學(xué)，2010，26（6）:48 －52．

［2］ 馬進軍．淺談醫(yī)院的智能化、信息化系統(tǒng)集成中的問題及其智能化的發(fā)展方向［J］．智能建筑與城市信息，2010（158）:94－96．

［3］ 傅 征，梁銘會．?dāng)?shù)字醫(yī)學(xué)概論［M］．北京:人民衛(wèi)生出版社，2009．

［4］ 何前鋒．醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的切入點是對象管理［C］∥2010年中國國際智能卡與RFID博覽會，2010．

［5］ 白春學(xué)．物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)［C］∥第七屆上海國際呼吸病研討會，2010．

［6］ 俞夢孫．醫(yī)學(xué)變革與健康物聯(lián)網(wǎng)［C］∥中國健康物聯(lián)高峰論壇，2011．

［7］ Duquennoy S，Grmaud J J G．Vandewalle smews smart and mobile embedded web server［C］∥International Conference on Complex，Intelligent and Software Intensive Systems，2009:571 －576．

［8］ Pu J G．An autonomic-oriented architecture for the internet of things［C］∥IEEE John Vincent Atanasoff 2006 International Symposium on Modern Computing，2006:163 －168．

［9］ Armenio F，Barthel H，Dietrich P，et al．The EPC global architecture frame-work［ EB/OL ］．［2009—03—19 ］．http:∥www．epcglobalinc．org．

［10］朱洪波，楊龍祥，于 全．物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)思想與應(yīng)用策略研究［J］．通信學(xué)報，2010，31（11）:2 －9．

［11］程之紅，焦雅輝，劉 麗，等．無線傳感技術(shù)在無邊界感知醫(yī)院中的應(yīng)用展望［J］．中國醫(yī)院，2010，14（8）:8 －9．

［12］李 婧，張 紅，王志奇，等．利用RFID技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化環(huán)繞智能醫(yī)院［J］．中國醫(yī)療設(shè)備，2009，24（7）:44 －46．

［13］沈蘇彬，范曲立，宗 平，等．物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)研究［J］．南京郵電大學(xué)學(xué)報，2009，29（6）:1 －11．

［14］朱洪波，楊祥龍，朱 琦．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進展與應(yīng)用［J］．南京郵電大學(xué)學(xué)報，2011，31（1）:1 －9．

［15］張 申，丁恩杰，徐 釗，等．物聯(lián)網(wǎng)與感知礦山專題講座之三——感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的特征與關(guān)鍵技術(shù)［J］．工礦自動化，2010（12）:117－121．

［16］宋有余，嚴(yán) 振，梁成全，等．無線嵌入式醫(yī)療設(shè)備與數(shù)據(jù)庫交互中間件［J］．計算機應(yīng)用，2010，30（8）:2258 －2259．

［17］焦宗東．EPC物聯(lián)網(wǎng)中流通信息的研究［D］．合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2008．

［18］孫 英．電子病歷的XML存儲檢索關(guān)鍵技術(shù)研究［D］．成都:電子科技大學(xué)，2009．

［19］彭建祥．基于XML的電子病歷系統(tǒng)的探索與實現(xiàn)［D］．成都:電子科技大學(xué)，2007．

［20］ Krejcar O．Inefficient WiFi adapter of wireless mobile device—Problem solving by artifacts prebuffering using mobile database cache and secured wireless connection［C］∥EUROCON 2009 IEEE，Washington DC:IEEE，2009:347 －352．

［21］ Pavlovski C，Heesam K，Wood D．Ubiquitous mobility in clinical healthcare［J］．Medical Information Systems:The Digital Hospital，2004（3）:147 － 153．

［22］王 虹，吳 飛，楊宏橋．基于Web服務(wù)的PDA醫(yī)療軟件開發(fā)方法［J］．中國醫(yī)療設(shè)備，2009，24（9）:13 －15．