呂曉榮，王福勝

(哈爾濱工業(yè)大學 管理學院，黑龍江 哈爾濱150001)

0 引 言

日新月異的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其相關(guān)傳感技術(shù)，為健康信息采集、人員藥品識別、精確定位奠定基礎(chǔ)，使“無邊界”感知醫(yī)院和數(shù)字化智能醫(yī)院成為可能［1］。醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的核心在于醫(yī)療移動化和無線化，將互聯(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)平臺上。建立基于射頻識別(radio frequency identification，RFID)和傳感器、運行在手持無線終端設(shè)備(如iPad 和PDA)的嵌入式電子病歷系統(tǒng)是醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的關(guān)鍵。

電子病歷(electronic medical record，EMR)在醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)中的角色舉足輕重。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，電子病歷不同于傳統(tǒng)醫(yī)院信息系統(tǒng)下的電子病歷，被稱為“移動病歷”，又叫做“RFID 醫(yī)療卡”［2］。主要包括患者基本信息和醫(yī)療信息(如糖尿病和高血壓病史、藥物過敏)的存儲、掛號和就診編號、醫(yī)囑存儲(iPad 移動查房)、護理病歷(PDA)、患者治療用藥記錄及定位跟蹤等。因此，移動電子病歷系統(tǒng)是醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。

醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)是利用傳感技術(shù)，將一枚大至手機小至指甲片大小的傳感器貼到患者身上，傳感器終端嵌入和裝備到醫(yī)療檢測設(shè)備中，醫(yī)生通過手機和電腦連接到另一端后，結(jié)合醫(yī)院電子病歷系統(tǒng)，可隨時隨地實現(xiàn)對病人的檢查和治療。通過無線傳感技術(shù)，即使相隔萬里，醫(yī)生也會對患者實時診斷。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠程監(jiān)護項目有嬰兒監(jiān)控［3］、術(shù)后病人恢復監(jiān)控［4］、老人生命體征家庭監(jiān)控［5］、移動健康監(jiān)測系統(tǒng)［6］等。

1 國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療系統(tǒng)的應用

1.1 各國醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用現(xiàn)狀

美國軍方研制了一種供野戰(zhàn)使用的個人生理狀態(tài)監(jiān)護儀，這種衛(wèi)星儀器由士兵佩戴，用于監(jiān)護士兵的呼吸、體溫等生理參數(shù)。美國馬薩諸薩大學開發(fā)了一種3G 移動通信技術(shù)的遠程監(jiān)護系統(tǒng)［7］，患者端由 PC 機、生理參數(shù)監(jiān)護儀、便攜式超聲儀和視頻攝像頭組成?；颊咝畔⒔?jīng)由CDMA 無線上網(wǎng)傳送到醫(yī)院，通過醫(yī)院端軟件的解壓與回放，醫(yī)護人員就可以觀察到心電圖等圖像和視頻。

希臘研制了一種安裝于救護車中的心電監(jiān)護系統(tǒng)［8］，通過傳感器采集患者生理參數(shù)后，發(fā)送到患者的PC 或PDA 中，DAM 與 PC 之間使用 RS-232 串口進行通信，然后由PC 使用TCP/正協(xié)議通過Internet 將數(shù)據(jù)傳送到服務器端，存儲到電子病歷系統(tǒng)，通過GSM 網(wǎng)絡(luò)與醫(yī)院監(jiān)護中心建立聯(lián)系，隨時監(jiān)測以爭取搶救時間。該系統(tǒng)已在希臘、意大利等國家投入使用。

香港中文大學設(shè)計的電子織物“保健衫”是遠程監(jiān)護系統(tǒng)產(chǎn)品［9］，可以實現(xiàn)心電圖波形瀏覽、心率計算、血壓測量、患者記錄和醫(yī)生預約查房。通過傳感器采集信息傳遞給EMR，將病人血壓和膽固醇水平等數(shù)據(jù)與健康指標相比較，并提供預警。香港計劃到2020 年全民擁有EMR，記錄過去的注射、藥物過敏、病理及數(shù)碼X 光檢驗結(jié)果等［11］。

我國無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院成功研發(fā)了常規(guī)生理指標(如血糖、血壓、脈搏等)的傳感器節(jié)點設(shè)備［10］。生物傳感器也應用在病理疾病的指標檢測方面，為遠程會診、遠程監(jiān)護等提供技術(shù)。我國學者還提出了“無邊界”感知醫(yī)院模型［11］和數(shù)字化智能醫(yī)院模型［12］，利用物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)提供完整準確的電子病歷數(shù)據(jù)，存儲傳輸醫(yī)療影像記錄等。

1.2 各國財政支持醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

歐美政府大力推廣醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)以提高醫(yī)療效率和質(zhì)量。2010 年，美國總統(tǒng)奧巴馬簽署了醫(yī)療保障體系改革補充法案《預算協(xié)調(diào)法案》，標志著美國醫(yī)改立法程序的最終完成［13］。政府投資500 億美元發(fā)展電子醫(yī)療信息系統(tǒng)，其中，172 億美元刺激醫(yī)生和醫(yī)院使用電子病歷。2011 年，國防部用于改進醫(yī)療IT 技術(shù)的預算為309 億美元，與退伍軍人事務部和私營企業(yè)合作創(chuàng)建虛擬生命電子記錄，改進退伍軍人的看護狀況［14］。美國衛(wèi)生部2010 年度報告顯示，全年醫(yī)療系統(tǒng)總開支為2.6 萬億美元，相當于平均每人8402 美元。同時，學術(shù)界參與的電子病歷取得較大進步:波士頓研究通過Internet 傳輸急救病人的電子病歷問題;印第安那大學開發(fā)的基于邏輯處理的健康評估(HELP)系統(tǒng)，利用EMR 預測早期癌癥病人的死亡;匹茲堡大學用EMR 系統(tǒng)研究醫(yī)囑和處方的準確性［15］。另外，馬里蘭大學研制的電子病歷記錄系統(tǒng)(CPRS)、猶他州LDS 醫(yī)院的HELP 系統(tǒng)、杜克大學的TMR 系統(tǒng)、在馬薩諸塞州總醫(yī)院的COSTAR 系統(tǒng)都被視為電子病歷的模板和典范［16］。

英國全面引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高醫(yī)院服務質(zhì)量，政府撥款60 億英鎊建立全國統(tǒng)一的電子病歷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)了EMR 卡。目前，對心臟病患者的遠程傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)時間只需1～2 s，診斷處理只需5 min，社區(qū)門診量減少40%，改變了病發(fā)后到醫(yī)院的被動模式，開創(chuàng)在家預警和主動治療的現(xiàn)代醫(yī)學模式。同時，實現(xiàn)了利用傳感器終端采集記錄孕婦孕期信息和產(chǎn)程觀察［17］。2011 年，加拿大財政預算明確提出數(shù)字經(jīng)濟戰(zhàn)略，3 年內(nèi)新增6 000 萬加元支持與數(shù)字經(jīng)濟相關(guān)的重點學科招生人數(shù)［18］。投資8 億美元利用RFID技術(shù)建立了全國性的標準藥品系統(tǒng)，已為60%的加拿大人建立電子健康檔案，包括影像系統(tǒng)和遠程醫(yī)療系統(tǒng)，2020 年將覆蓋到全國。

中國工信部發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，預計到2015 年物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將實現(xiàn)5000 多億元的規(guī)模，醫(yī)療是物聯(lián)網(wǎng)重點支持的領(lǐng)域之一。2012 年，哈爾濱、杭州和廈門率先在社區(qū)醫(yī)療服務中心為居民建立健康檔案，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將居民健康數(shù)據(jù)整合到市級醫(yī)院電子病歷系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)醫(yī)院與社區(qū)醫(yī)療服務中心的雙向轉(zhuǎn)診。居民憑借二代身份證［19］，可以建立伴隨終身的電子健康病歷檔案。未來通過“云計算”中心，各個醫(yī)院的醫(yī)生在患者允許下均能調(diào)閱電子病歷檔案。

2 電子病歷系統(tǒng)面臨的問題

2.1 電子病歷系統(tǒng)的存儲效率問題

各國在電子病歷應用過程中，都面臨著病歷信息的存儲效率問題。護士在手工記錄呼吸、體溫、心率和其他生理參數(shù)時工作量龐大，任務繁重，借助傳感器自動采集信息來減輕工作負荷勢在必行。但是，傳感器采集的信息格式與傳統(tǒng)信息格式又有較大差別，需要物聯(lián)網(wǎng)的標識語言來記錄和存儲到電子病歷系統(tǒng)中。同時，為了符合循證醫(yī)學的需要，只有通過結(jié)構(gòu)化的電子病歷，才能將病史、查體、化驗檢查結(jié)果及治療方法聯(lián)系在一起，并分析出最科學的臨床路徑。但是，醫(yī)生對病人的診斷意見、病程的記錄等又是非結(jié)構(gòu)化的，如何在電子病歷系統(tǒng)中對其進行統(tǒng)一描述是十分困難的。各國醫(yī)療技術(shù)界都在尋求更好的處理工具，即如何滿足靈活存儲，又要提高輸入效率［20］。

2.2 電子病歷系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)孤島”問題

目前，各個醫(yī)院電子病歷系統(tǒng)的風格各異，無法實現(xiàn)相互操作和資源共享，從而形成一個個信息“孤島”。醫(yī)學分科非常細，不同病種的病情數(shù)據(jù)和病理知識都千差萬別，需要電子病歷系統(tǒng)覆蓋幾乎所有的數(shù)據(jù)類型，包括靜態(tài)的文本、細胞和病理學影像、CT 及核磁，還包括超聲、胃鏡及腔鏡等多維動態(tài)影像，還有心電、腦電等電生理圖形?，F(xiàn)實工作需要電子病歷系統(tǒng)系統(tǒng)能夠在物聯(lián)網(wǎng)平臺上靈活處理和傳遞醫(yī)療信息，與PACS/RIS，LIS，CIS 系統(tǒng)集成，實現(xiàn)同步傳輸與共享，而傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)僵化，根本無法滿足靈活性要求。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的電子病歷系統(tǒng)技術(shù)進展

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在移動醫(yī)療領(lǐng)域的具體應用，更多的是采用感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應用層3 層通用架構(gòu)。

3.1 感知層

感知層是利用傳感器采集生理數(shù)據(jù)。生理數(shù)據(jù)采集子層所用到的設(shè)備有RFID 標簽、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，便于標識［21］。

1)傳感器

人體的基本生理參數(shù)主要包括脈搏、心電、血壓、呼吸、血氧飽和濃度和體溫等，不同的生理信號采用不同的傳感器和信號采集方式。利用各類傳感器采集生理數(shù)據(jù)，大大提高了電子病歷信息采集錄入效率和質(zhì)量。

例如:心電監(jiān)護傳感器，心電信號是人體的重要信號，是心臟電活動在體表的綜合反映，對于老年人來說心電信號的檢測非常重要。心電信號的形成原理簡單來說，是人體心臟在機械收縮之前，首先產(chǎn)生電激動，產(chǎn)生生物電流，并經(jīng)組織和體液傳導至體表，然后在身體的不同部位產(chǎn)生不同的電位變化。人體心電信號的主要頻率范圍為0.05～100 Hz，幅度約為0～4 mV，信號十分微弱［22］。因此，常采用由前端導聯(lián)傳感器、信號濾波放大調(diào)理電路和A/D 采樣電路組成心電信號采集模塊。另外，呼吸傳感器則是采用胸阻抗法原理測量呼吸波，觀察到清晰穩(wěn)定的呼吸阻抗曲線，把呼吸信號的測量誤差控制在10%以內(nèi)，就能夠滿足醫(yī)院臨床的監(jiān)護需求。

2)RFID 技術(shù)

RFID 技術(shù)是一種通信技術(shù)，可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，與特定目標之間建立機械或光學接觸。RFID 俗稱電子標簽，可對單個藥品進行標志，在各個流通環(huán)節(jié)對藥品進行定位和追蹤［23］。護士可將藥品的RFID 標簽與患者的RFID 腕帶信息進行比對，在線調(diào)出處方和藥品圖片核實，如有信息不匹配，則發(fā)出警告，有效避免臨床上用藥錯誤。

醫(yī)生可通過患者手腕上的RFID，在與PC 連接的RFID讀卡器上查詢該患者的電子病歷記錄，如檢查進度、病情變化及會診治療方案等。護士使用手持PDA 設(shè)備來讀取患者的RFID 腕帶信息，自動調(diào)出需要執(zhí)行的醫(yī)囑信息、患者生命體征信息和治療信息等，實現(xiàn)動態(tài)實時護理服務，優(yōu)化臨床護理流程。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

傳輸層可以是短距離網(wǎng)絡(luò)，如 Zig Bee，Wi－Fi，Bluetooth及超寬頻技術(shù)傳輸?shù)龋部梢允沁h程網(wǎng)絡(luò)GSM，GPRS 或3G。傳輸層負責與外部網(wǎng)絡(luò)進行通信，并臨時存儲從感知層收集的數(shù)據(jù)，接收和分析這些感知數(shù)據(jù)，并執(zhí)行規(guī)定的用戶程序。

遠程醫(yī)療監(jiān)護的傳輸一般通過 Zig Bee 協(xié)議來實現(xiàn)［24］。Zig Bee 一詞源自于蜂群使用的通信方式，蜜蜂通過跳Zigzag 形狀的舞蹈將新發(fā)現(xiàn)的蜂蜜源方向和距離信息傳遞給同伴。Zig Bee 技術(shù)是一種短距離、低速率、功能強大的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。Zig Bee 協(xié)議棧主要由物理層PHY、媒體接入層MAC、網(wǎng)絡(luò)層以及應用框架層組成。網(wǎng)絡(luò)層主要用于無線個人區(qū)域網(wǎng)的組網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)管理以及網(wǎng)絡(luò)安全等，應用層主要是提供應用框架模型。棧是基于OSI 標準的，其底層技術(shù)基于 IEEE 802.15.4，物理層和MAC 層直接引用了IEEE 802.15.4 協(xié)議。Zig Bee 協(xié)議棧的微處理器需要采用高性能單片機，自帶一定容量的可編程Flash 存儲器。無線通信模塊的硬件系統(tǒng)還包括電源模塊、無線收發(fā)模塊、接口電路及串口模塊等［25］。

3.3 應用層

應用層包括以電子病歷為核心的醫(yī)院信息系統(tǒng)應用和醫(yī)療管理決策應用。前者包括門診、住院、醫(yī)技檢驗檢查及藥品管理等方面的信息化;后者主要是專家對病情的分析與預測，科室診費收入績效分析等。應用服務硬件包括醫(yī)療數(shù)據(jù)庫服務器、醫(yī)療事務管理服務器以及各種移動通信終端。

1)基于物聯(lián)網(wǎng)平臺的嵌入式電子病歷系統(tǒng)

醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是如何將傳感器和RFID 采集的信息運行在手持iPad 和PDA 終端上，形成嵌入式電子病歷系統(tǒng)系統(tǒng)。以電子病歷模塊為核心，詳細記錄病歷信息檔案，公共模塊和醫(yī)療費用以備自查。醫(yī)生使用iPad 查房和下醫(yī)囑，護士通過PDA 終端獲取醫(yī)囑、用藥等信息，實現(xiàn)無線化和無紙化醫(yī)護行為。醫(yī)院主系統(tǒng)下設(shè)置醫(yī)生工作站和護士工作站，醫(yī)護人員可以利用終端從工作站的電子病歷系統(tǒng)中讀取并更新上傳數(shù)據(jù)。

2)基于PML 格式的電子病歷信息存儲與檢索

物聯(lián)網(wǎng)的標識語言是物理標識語言(physical markup language，PML)格式，是對過去電子病歷信息XML 存儲格式的擴展。在物聯(lián)網(wǎng)平臺上，PML 可以提供更準確的搜索?；赑DA 和RFID 診療卡的標簽內(nèi)容豐富，定義明確，標簽和內(nèi)容之間的依存關(guān)系準確，容易找到搜索目標。由于PML 能夠很好地表現(xiàn)許多復雜的數(shù)據(jù)關(guān)系，使應用程序可在文件中準確高效地搜索，并能忽略其他不相關(guān)信息［26］。整個數(shù)據(jù)操作都是在客戶端完成，大大減輕了服務器負擔。因此，PML 即可以滿足靈活存儲，又能提高輸入效率。

3)基于SOAP 協(xié)議的電子病歷信息傳輸與共享

為了實現(xiàn)醫(yī)學圖像和動態(tài)信息的傳輸，美國、歐盟政府規(guī)定全部醫(yī)療信息系統(tǒng)必須強制執(zhí)行HL7 (health level seven)標準，包括臨床、檢驗、轉(zhuǎn)診及保險等［27］。通信協(xié)議采用簡單對象訪問協(xié)議(simple object access protocol，SOAP)，被設(shè)計在Web 上用于交換結(jié)構(gòu)化信息，具有很好的兼容性，匯集不同廠商應用軟件的標準接口。病歷信息以CDA 文檔為載體，封裝在HL7 消息中進行傳輸，可以實現(xiàn)信息在Web 服務平臺上的自由交換［28］。以遠程調(diào)用方式取代消息方式進行通信，能降低網(wǎng)絡(luò)頻寬的使用率而節(jié)約資源。由于傳遞時不需要轉(zhuǎn)換和確認，從而實現(xiàn)大量異構(gòu)醫(yī)院信息系統(tǒng)之間的互操作性，共享電子病歷信息資源，有效解決系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)孤島”問題［29］。

4 結(jié)束語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在移動醫(yī)療及遠程監(jiān)護領(lǐng)域的廣泛應用，與物聯(lián)網(wǎng)深度融合的移動電子病歷系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢。目前，我國GDP 中的醫(yī)療比重較低，醫(yī)療系統(tǒng)因沒有跟上科技創(chuàng)新的步伐而深陷效率低下的泥潭?！笆濉贬t(yī)療改革方案，明確了三級衛(wèi)生信息平臺、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和專用網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)目標。無線傳感器，RFID，Zig Bee 協(xié)議等為醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了技術(shù)支撐。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電子病歷系統(tǒng)建設(shè)，將開啟醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的黃金時代，對我國衛(wèi)生信息化的發(fā)展具有重要而深遠的意義。

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