物聯網如何革新醫療保健領域

摘要：本文將深入探討 IoT 在醫療保健服務交付方面的作用，仔細研究使其能實現的相關技術，并討論目前 IoT 為醫療保健領域帶來的機遇和挑戰。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/203216.htm

關鍵詞：物聯網；IoT；醫療

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.1.001

首要事項：了解 IoT

目前與 IoT 相關的醫療保健系統基于 IoT 的基本定義，即通過安全服務層 （SSL） 彼此相連，捕捉和分享重要數據信息的終端設備網絡，該服務層與云中的中央指令和控制服務器相連。首先，讓我們來了解一下這會帶來怎樣的轉變，這對人們采集、記錄和分析數據的意義，不僅僅是醫療保健業，還幾乎包括當今的各個行業。

正如物聯網一詞創造者所述，終端設備互聯這個概念是“一件大事”[1]。1999 年 Kevin Ashton 在一次商業演講上首次使用了這一短語，十年之后解釋說，“目前，計算機及互聯網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世界的數據。” 解決方法是像他一貫認為，支持終端設備自行收集信息，無需人工干預。

在IoT（物聯網）中終端設備直接連接到數據，并彼此互連的出現非常重要，原因有二：

1. 傳感器和連接技術的進步支持終端設備采集、記錄和分析過去無法訪問的數據。在醫療領域，這意味著人們能夠隨著時間的推移采集患者數據，可實現預防性保健，支持早期診斷急性并發癥，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。

2. 終端設備能夠自行采集數據，消除人輸入數據的局限性，終端設備能夠在醫生需要數據的時候，以其所需的方式自動獲取數據，這種自動化可減少錯誤風險。在幾乎任何行業，減少錯誤都意味著提高效率、降低成本、提升質量。然而，這是醫療保健領域的特殊需求，同時也利害攸關，因為在醫療領域，人為失誤可能意味著生與死的差別。

IoT 基本構件無處不在

雖然思科咨詢服務部總經理Joseph Bradley 表示“如今有 1% 的事物實現了互連”[2] 。

當前，IoT 概念已經在能源（如智能照明、智能電網）和工業自動化等領域采用。根據eWeek2的一個有關思科與記者的會議電話報告表示：“隨著連接的不斷增加，IoT為企業和全球經濟帶來的價值也只會增加。”eWeek 報告描述了思科的愿景是已超越 IoT到實現 IoE（萬物聯網）。這就是思科所述的連接系統，不僅包括終端設備，還包括人、數據和流程，“幾乎包括連接到互聯網或穿越了互聯網的任何事物。”思科預計，到 2020 年 IoE 為全球經濟帶來的價值將達到 14.4 萬億美元。

不過，那是另一回事。讓我們回到 IoT，看看它當前是如何用于醫療保健業的，并探討它如何使醫療保健業變得更好。

IoT 在醫療保健領域已經起動

IoT 在多種醫療保健應用中發揮重要作用，一方面可以管理慢性疾病，另一方面還可以預防疾病，以下示例展示了 其已然發揮的重大潛力。

臨床護理：生理狀態需要密切關注的入院患者可借助 IoT 驅動的無創監測實現連續監測。此 類解決方案采用傳感器采集全面的生理信息，并通過網關和云分析和存儲信息，然后將分析后的數據以無線方式發送給護理人員，進行深入的分析和審查。它取代了專業醫務人員定期過來檢查患者的生命體征這種流程，相反，它提供連續的自動化信息流。這樣，除了通過連續關注提高護理質量外，人們還能降低護理成本，因為無需護理人員主動參與數據采集和分析。

此類系統的一個示例是 Masimo Radical-7，這是適用于臨床環境的健康監測儀，它能夠采集患者的數據并以無線方式傳輸，用于連續顯示或通報。監測結果可完整、詳細地展示患者的狀態，讓臨床醫生能夠隨地進行審查。該監測儀集成了飛思卡爾的 i.MX 應用處理器技術，增強了圖形功能，能夠以超高分辨率顯示信息，還具有觸摸用戶界面，使該技術簡單易用。

遠程監測：全球有許多人由于無法享用有效的健康監測而導致健康受損。現在，通過 IoT 實現連接的小型、功能強大的無線解決方案可讓健康監測服務走向這些患者，而不是讓患者去尋求健康監測服務。使用這些解決方案，人們可以從多種傳感器安全捕捉患者的健康數據，采用復雜的算法分析這些數據，然后通過無線連接與專業醫護人員分享數據，這樣，醫護人員就能夠給出適合的健康建議（圖1）。

因此，慢性病患者出現并發癥的可能性減小，急性并發癥可以在患病前診斷出來。例如，可以全天候監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，如果心電圖數據指示心臟血氧不足，可以更快發現心臟問題。匯集的數據還可以向人們提供信息，做出更加有利于健康的選擇，采取更多醫療保健預防方法。為此，飛思卡爾推出了家庭健康中心參考平臺（Freescale Home Health Hub reference platform），如圖2。

及早干預/預防：健康的人也能從物聯網設備監控其日常活動和生活中受益。例如，獨居老人可能希望有一臺監控設備，可以在其日常活動中檢測出摔倒或其他突發情況，并將情況報告給緊急響應人員或家庭成員。另外，運動員，如遠足或騎自行車的可以終身從這樣的解決方案中受益，尤其是如果它能作為一個可穿戴技術提供的話。

飛思卡爾技術已被集成到一些此類解決方案中。Sonamba日常監控解決方案，針對老年群體，使用有策略地部署的傳感器來監控其日常活動，并將異常情況通過手機報告給護理服務提供者或家庭成員。飛思卡爾向Sonamba提供應用處理和基于ZigBee的無線連接。飛思卡爾技術也被嵌入到Numera Libris移動個人健康門戶中，該門戶旨在檢測出摔倒情況，無論在家里還是外出時，都能夠管理個人健康狀況。

這些只是基于物聯網的醫療保健解決方案的幾個例子，目前更多案例正在涌現。但是，正如一名記者指出，“未來的真正景象是，這些小型應用能匯聚成一個完整的大應用想象一下，如果您是一名忘記吃藥的病人親屬。您收到告警，能夠知道他們的位置，遠程檢查他們的生命體征，確認他們是否生病，然后您的汽車導航系統告知哪家醫院床位空余最多，最通暢的到達路線，甚至在哪兒停車。[5]”

支持技術：使物聯網應用于醫療保健業成為可能

前面所述的醫療保健實例中，成功使用物聯網主要依賴于一些支持技術。沒有它們，就不可能獲得健康監測等領域的應用所需的可用性、連接性和功能。

智能傳感器結合了傳感器和微控制器，可以精確測量、監控和分析各種健康狀況指標，使人們能夠在醫療保健領域發揮物聯網的作用。這些指標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。智能傳感器甚至可以放入藥瓶中，并連接到網絡，指示病人是否已按時按量服用了藥物。為了使智能傳感器高效工作，微控制器組件必須包含幾個基本功能：

低功耗運行，這是保持器件小型化和延長電池壽命的關鍵，也是物聯網器件要保持可用所必不可少的一個特性。飛思卡爾長期提供低功耗處理，現在致力于實現完全無電池的器件，可利用能量收集技術通過使用超低功耗的DC-DC轉換器實現。

集成的高精度模擬功能，使傳感器能夠以較低的成本獲得高精度。飛思卡爾提供的這種支持技術是在微控制器內包含模擬組件例如高分辨率的模數轉換器（ADC）和低功耗運算放大器。

圖形用戶界面（GUI），使顯示器件能提供具有生動細節的大量信息，并能很容易地訪問這些信息，從而提高可用性。飛思卡爾的i.MX應用處理器具有很高的圖形處理性能，可支持先進的GUI開發。

網關是一個信息中心：收集傳感器數據，對其進行分析，然后通過廣域網（WAN）技術將其傳送給云。網關可用于診所或家庭環境；在后者，它們可以組成更大的連接資源，在家中就能管理能源、娛樂和其他系統。飛思卡爾家庭健康中心參考平臺包括一個網關組件。醫療器件設計者還可以使用該平臺來創建遠程訪問器件，實現遠程監控。

無線網絡打破了以太網和USB等傳統有線解決方案的物理限制。飛思卡爾提供微控制器，支持基于主流無線標準的無線連接，包括供個人設備使用的個人局域網（PAN），有藍牙和藍牙低功耗（BLE），以及診所或醫院局域網（LAN）使用的Wi-Fi 和藍牙連接。由于標準眾多，我們不得不面對醫療保健領域物聯網的一個關鍵挑戰：標準。

連接標準：使物聯網器件協同工作

對于大量復雜器件需要彼此通信的任何環境來說，標準都是一個固有挑戰--這也正是醫療保健領域物聯網的情況。一位分析師稱 “更廣泛的通訊協議標準”[6]是推進物聯網普及的關鍵。

幸運的是，標準化組織正在攜手護理服務提供者，努力創建監控器件之間的無線通信指南。康體佳健康聯盟（Continua Health Alliance）成立于2006年，是醫療保健公司和技術公司的聯盟組織，旨在建立可互操作的個人健康解決方案指南，而飛思卡爾是該組織的成員之一。康體佳健康聯盟已經發布了一系列標準規范，以確保互操作性；今后，購買康體佳認證器件的機構可確保與物聯網應用中的其他認證器件互連。

康體佳器件標準是大型標準環境的一部分，大型環境標準包括由國際標準化組織（ISO）建立的信息技術標準，電氣和電子工程師協會（IEEE）建立的工程標準。

在無線技術中， IEEE為 LAN設定Wi-Fi（IEEE 802.11）和ZigBee（IEEE 802.15.4）網絡標準。為PAN設定的標準包括藍牙、BLE，以及IEEE 802.15.4j和IEEE 802.15.6，這些都是與體域網（BAN）相關的IEEE標準。蜂窩網絡標準包括GSM/UMTS和CDMA。專有無線網絡仍然在醫療環境的常規應用特別是物聯網應用中發揮作用，但隨著行業不斷向標準架構發展，其作用似乎被削弱。

飛思卡爾方案

飛思卡爾開發和打造用于整個IoT 驅動的醫療保健系統的嵌入式技術，包括：

采集患者數據的傳感器；

處理、分析并通過無線方式傳輸數據的微控制器；

支持豐富的圖形用戶界面的微處理器；

醫療保健專用網關，通過該網關將傳感器數據進一步分析并發送至云。

參考文獻：

[1]Kevin Ashton.[R/OL]（2009-6-22）， www.rfidjournal.com

[2]Burt J.Cisco： Internet of Everything Already Worth Billions in Profits[R/OL].（2013-6-23）.www.eweek.com

[3]Fisher L. The Internet of Things： In Action[R/OL].（2013-5-19）.thenextweb.com

[4]Brisbourne A.The Internet of Things Isn’t as New as It Seems[R/OL].（2013-2-8）.www.forbes.com

[5]Casserly M.What Is ‘The Internet of Things’？ How Connected Devices Are Set to Change Our Lives[R/OL].（2013-5-29）.www.pcadvisor.co.uk

[6]Chui M， Loffler M， Roberts R.The Internet of Things. McKinsey Quarterly， March 2010