王 燁，于欣平，賴建強

(中國疾病預防控制中心營養(yǎng)與健康所，北京 100050)

物聯(lián)網(wǎng)助力營養(yǎng)工作發(fā)展

王 燁，于欣平，賴建強

(中國疾病預防控制中心營養(yǎng)與健康所，北京 100050)

作為多種高新科技跨學科聯(lián)合運用的結晶，在國家產(chǎn)業(yè)升級和創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的引導下，物聯(lián)網(wǎng)正在快速融入工作和生活的方方面面，其“萬物互聯(lián)”的特性能夠大幅提升營養(yǎng)工作的信息獲取能力，解決營養(yǎng)工作信息獲取“最先一公里”的困局，為精準化營養(yǎng)工作奠定基礎。

物聯(lián)網(wǎng)；營養(yǎng)工作

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)技術是21世紀信息通信技術(ICT)飛躍發(fā)展的重要成果。據(jù)估計，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量達到240億，是我國“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的重要組成部分和“國家重大科技基礎設施建設中長期規(guī)劃(2012—2030年)”中的建設重點，標志著萬物互聯(lián)的時代正在開啟[1-7]。近年來，物聯(lián)網(wǎng)在健康領域的應用發(fā)展迅速：無線身體區(qū)域網(wǎng)絡(WBANs)是許多附著于人體或衣物內外的傳感器，可以監(jiān)測身體活動和健康參數(shù)[8-10]；米蘭的“未來城市生活實驗室”設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的生活服務，可以促進健康生活方式的形成[11]；而物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算與智慧建筑的結合更可以提供實時的醫(yī)療信息反饋[12]。在我國，基于物聯(lián)網(wǎng)技術的多種可穿戴智能設備已逐漸融入了大眾的生活，能夠隨時獲取個體的健康相關信息，綜合運用于健康和慢病管理[13-16]。

物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡延伸和應用拓展，實現(xiàn)了對物理世界的感知識別、實時控制、精確管理和科學決策，與新時期營養(yǎng)工作的需求不謀而合。如何將物聯(lián)網(wǎng)技術與營養(yǎng)工作深度融合，是營養(yǎng)工作信息化、精準化的必要舉措。

1 營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)的基本架構

1.1 建設原則

1.1.1 可擴展性 可擴展性指營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)需要具備能夠擴展(或減少)自身功能的能力。隨著國民對健康的重視和相關技術的發(fā)展，各種新設備、新技術都會被不斷引入或退出系統(tǒng)，其節(jié)點數(shù)目也會產(chǎn)生很大變化。為了保證這些情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在設計時就要求營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)需要具備良好的可擴展性，能夠適應未來網(wǎng)絡、設備及用戶的擴展和變化。

1.1.2 可共享性 可共享性有兩層意思。一是營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)感知層采集到的信息必須具有可重復利用性，應該能夠便捷地應用于各類健康系統(tǒng)或工程中，實現(xiàn)資源的高效利用，意味著各種信息編碼必須要標準化、系統(tǒng)化，不能是各功能組塊“九龍治水”的模式。更進一步的是，根據(jù)《健康中國2030規(guī)劃綱要》和《關于促進和規(guī)范健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應用發(fā)展的指導意見》要求，積極響應國家號召，主動與國家有關部門對接，將營養(yǎng)信息作為國民健康信息的重要組成部分，納入居民健康信息統(tǒng)一管理。

1.1.3 安全性和可靠性 安全性和可靠性同樣具有兩層意思。安全性和可靠性是網(wǎng)絡體系的基本要求，尤其是健康行業(yè)，對于數(shù)據(jù)的可靠性要求更為嚴格。另一方面，營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)采集和傳遞了大量個人健康和環(huán)境信息，在系統(tǒng)構建之初就需要予以高度重視和考量。

1.2 網(wǎng)絡架構

參考互聯(lián)網(wǎng)及農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生等行業(yè)經(jīng)驗[17-20]，根據(jù)營養(yǎng)工作的實際需求，營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)可分為四層：感知層，是聯(lián)系物理世界和信息世界的紐帶(RFID、傳感器、GPS等)；網(wǎng)絡構建層，將感知到的數(shù)據(jù)接入互聯(lián)網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、無線局域網(wǎng)等)；管理服務層，將傳輸來的大規(guī)模數(shù)據(jù)組織分析，以供上層利用(營養(yǎng)云平臺、營養(yǎng)大數(shù)據(jù)、LIMS等)；綜合應用層，連接到具體用戶，實現(xiàn)萬物聯(lián)網(wǎng)的目的(自動化營養(yǎng)監(jiān)測、精準化營養(yǎng)干預等)(附圖)。

附圖 營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)基本架構設想

2 物聯(lián)網(wǎng)各要素與營養(yǎng)工作的深度結合

2.1 感知層

2.1.1 RFID RFID是無線射頻識別技術的簡稱，利用射頻信號通過空間耦合(電磁場等)實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到智能識別的目的。RFID在國外工業(yè)界已得到了廣泛運用，國內最廣為人知的引用是第二代身份證。RFID最為重要的功能是為每一個物體打上標簽，使其能夠被自動識別。目前我國已有了基于RFID的社區(qū)和老年健康服務的嘗試[14，21]。在營養(yǎng)工作中，無論是對于目標人群個體的身份識別，還是其選擇的食物、飲料和預包裝食品，甚至是餐具、運動器材、物流或交通工具，都能夠通過附著RFID的方式得到自動識別，方能納入整個后續(xù)管理系統(tǒng)。

2.1.2 傳感器(傳感網(wǎng)絡) 傳感器的出現(xiàn)至今已有130余年的歷史，分為熱敏元件、光敏元件、力敏元件等很多種類。傳感器本身并不能稱之為物聯(lián)網(wǎng)設備，只有加上了通信模塊，具備了通信的傳感器才能成為傳感網(wǎng)絡的節(jié)點。事實上，目前所有的環(huán)境、健康監(jiān)測及可穿戴智能設備都是基于一種或多種傳感網(wǎng)絡的應用。傳感網(wǎng)絡能夠極大增強人們對外部事物的感知的能力和準確性，是精準化、科學化營養(yǎng)工作的基礎。

傳感器的聯(lián)合運用能夠為營養(yǎng)工作帶來跨越性發(fā)展。在體格檢測方面，心率帶、電子血壓計等各種可穿戴/智能設備早已為人所熟知，電子溫度計、氣壓計等也得到了廣泛運用；在膳食調查方面，已出現(xiàn)了基于計算機圖像處理技術的膳食評估技術，能夠直接通過手機拍攝的就餐食物圖片和距離等信息實時自動計算食物的攝入量，其準確率也在逐步提升[22-27]；在身體活動記錄方面，除了智能手環(huán)、手表等常規(guī)設備外，微軟公司開發(fā)了一種集成相機、被動式體溫傳感器、多軸加速度傳感器等一系列傳感設備，用以長時間自動記錄使用者的生活記錄[28-30]。這些技術的聯(lián)合運用將有助于將傳統(tǒng)的“被動”抽樣營養(yǎng)調查發(fā)展為“主動”的全樣本實時營養(yǎng)監(jiān)測，大大提升營養(yǎng)工作的時效性。

實驗室檢測是營養(yǎng)工作的基本要素之一。實際上，現(xiàn)代實驗室中各種簡單或復雜的儀器也是大量傳感器的集合體。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)“萬物互聯(lián)”的特性，我們可以把每一臺儀器假設為一個獨立的傳感器，通過恰當?shù)男畔⑼ㄐ欧绞綄⒉杉降臄?shù)據(jù)接入系統(tǒng)，使其真正成為營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)的傳感器節(jié)點。

2.1.3 定位系統(tǒng) 定位系統(tǒng)是提供“基于位置的服務”的基礎。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)是世界上最常用的定位系統(tǒng)，借助于A-GPS、蜂窩基站定位、Wifi定位等輔助手段，能夠為使用者快捷、準確地提供位置信息。對于營養(yǎng)工作而言，在定位系統(tǒng)提供的位置信息背后，實際上承載了地理位置、處于該位置的時刻、處于該位置的對象，即“時間、空間、人間”的三間分布要素。利用這些信息，方能在特定的時間因地制宜、因人而異地提供個性化的營養(yǎng)服務

2.1.4 智能設備 隨著技術的發(fā)展，平板電腦、智能手機等智能設備迅速普及，使得人們可以隨時隨地地接入互聯(lián)網(wǎng)，也是信息化營養(yǎng)工作開展的基礎。目前，已有基于平板電腦的膳食面訪系統(tǒng)已經(jīng)在工作中得到試劑應用[31-32]，且尚有巨大的開發(fā)潛力。

2.2 網(wǎng)絡構建層

2.2.1 互聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng) 2014年我國移動用戶滲透率為94.5%，3G、4G用戶呈上升趨勢[33]。移動通信技術是物聯(lián)網(wǎng)時代的基礎，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的信息正是由它傳導。相比于固定化的互聯(lián)網(wǎng)，移動互聯(lián)網(wǎng)使得感知層的各種設備能夠真正“隨時隨地”地接入網(wǎng)絡。尤其是正在研發(fā)推廣的下一代(5G)移動通信技術，針對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設備高效接入的要求，具備了更高鏈接密度時優(yōu)化的信令控制能力，能夠成為物聯(lián)網(wǎng)終端信息傳輸?shù)挠行脚_[34]，為今后營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)設備的大規(guī)模運用奠定了通信基礎。

2.2.2 無線接入技術 如果說互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構中用于大容量數(shù)據(jù)通信的“主干道”，那么實現(xiàn)“通往家門的小路”的就是各種無線接入技術。我們所熟知的WiFi、藍牙，以及智能設備常用的Zigbee協(xié)議等，都是常用的通信方式，營養(yǎng)工作需要監(jiān)測對象的體格、行為、食物攝入及環(huán)境等指標，在涉及多種不同的無線傳感設備的同時，還需確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴Ｉ厦孢@些物聯(lián)網(wǎng)接入設備各具特色，并沒有哪一種技術能夠“全面優(yōu)于”其他技術，需要在實踐中根據(jù)不同的應用場景需求進行選擇。

2.3 管理服務

2.3.1 營養(yǎng)大數(shù)據(jù)與云平臺 我國大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展已具備一定基礎，正在努力實現(xiàn)從“數(shù)據(jù)大國”向“數(shù)據(jù)強國”的轉變[35]。大數(shù)據(jù)的分析有賴于云計算，以及SaaS、PaaS、IaaS等云服務[36]。建立營養(yǎng)云平臺可以有效提高信息收集效率，將人群數(shù)據(jù)和個體信息進行有機融合。再通過云端應用程序、APP 等直接向用戶提供經(jīng)過處理的結果性數(shù)據(jù)[37]。

2.3.2 實驗室信息管理系統(tǒng) 實驗室信息管理系統(tǒng)即LIMS，是通過對樣品檢驗流程、數(shù)據(jù)分析、報告、實驗室資源等要素的綜合管理，按照標準化實驗室管理規(guī)范，建立符合實驗室業(yè)務流程的質量體系，實現(xiàn)實驗室信息化管理[38]。為了實現(xiàn)對實驗室質量體系的信息化管控，現(xiàn)代LIMS系統(tǒng)能夠接入各種信息化實驗儀器和針對樣品、環(huán)境、實驗流程監(jiān)控設備，使得各個孤立的儀器成為了營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)的傳感器節(jié)點，同時還能夠在服務器和云端進行自動化管理和質量控制，確保了檢驗流程、方法和實驗數(shù)據(jù)的質量。

2.4 綜合應用層

營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)能夠極大促進監(jiān)測、干預、指導等各項營養(yǎng)工作。通過物聯(lián)網(wǎng)傳感節(jié)點提供的大量環(huán)境和健康大數(shù)據(jù)，高效匯總至云端，在經(jīng)過處理后可以為個人提供個體化營養(yǎng)健康狀況和干預信息。同時，這些信息納入個人健康檔案后，能夠為醫(yī)療衛(wèi)生機構實時提供準確的個體和人群健康信息，有助于開展醫(yī)療救治和相關干預活動。此外，營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)的建立也有助于為政府決策提供科學的數(shù)據(jù)支持，助力相關政策的出臺和“健康中國2030”的實現(xiàn)。

3 相關標準

ISO、IEEE等機構已經(jīng)逐步建立了物聯(lián)網(wǎng)相關標準體系，其中也包括了針對物聯(lián)網(wǎng)健康設備的標準。最具有代表性的就是ISO/IEEE 11073 健康信息—醫(yī)療/健康設備通信標準系列。該標準系列分為兩部分，針對臨床健康監(jiān)控的POC(Point-of-care)系列和針對日常健康管理的PHD(Personal health device)個人健康設備系列。其中PHD系列與營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)關系密切，包含了體重、血壓、血糖、體脂、身體活動等方面相關物聯(lián)網(wǎng)設備的規(guī)范。標準是質量的基礎，在建立營養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)的過程中要防止閉門造車，積極采用甚至提出相關標準，確保真?zhèn)€物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其信息的質量。

4 結論

目前，我國正在經(jīng)歷新一輪創(chuàng)新驅動下的技術革命，各種新技術的迭代和應用遠遠超過過往的任何一個時期。另一方面，營養(yǎng)信息化建設是營養(yǎng)學與信息技術的交差學科，所采用的新技術、新思路，對于營養(yǎng)工作人員來說并不熟悉；另一方面，信息工作人員對各種新技術了然于心，卻缺乏必要的營養(yǎng)健康知識。如何加強雙方溝通，甚至于建立兩個領域的互通機制，使得營養(yǎng)工作能夠適應新形勢下社會和國家的需求，是需要在營養(yǎng)工作信息化頂層設計時必須考慮的問題。物聯(lián)網(wǎng)作為新一代ICT技術的代表，更是需要做好頂層設計，廣泛開展調研，創(chuàng)新工作模式，明晰技術需求，探索培養(yǎng)健康信息化復合型人才。在具體實踐中，盡管仍有許面臨多挑戰(zhàn)需要解決，但機遇遠遠大于挑戰(zhàn)，營養(yǎng)工作者應該主動加深與信息和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)間的合作，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)等先進技術的積極作用，做好頂層設計，使我國的營養(yǎng)工作更上一個臺階?！?/p>

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(責任編輯 李婷婷)

The Internet of Things Contributes to The Development of Nutrition Work

WANG Ye，YU Xin-ping，LAI Jian-qiang
(National Institute of Nutrition and Health，CDC，Beijing 100050，China)

The application of Internet of Things technology in nutrition work，combined with the development of relevant standards，could solve the nutritional information to obtain “the first one mile” dilemma to lay the foundation for the refinement of nutrition work.

Internet of Things(IOT)；nutrition work

王 燁(1986— )，男，碩士，研究實習員，研究方向：營養(yǎng)學、衛(wèi)生管理。

賴建強(1969— )，男，博士，碩士生導師，研究員，研究方向：營養(yǎng)學。