信息物理融合系統(tǒng)及其在醫(yī)療中的應(yīng)用

姬曉波，曾 凡，黃 昊

0 引言

隨著嵌入式系統(tǒng)的日新月異，對(duì)物理世界實(shí)現(xiàn)高效的“感、執(zhí)、傳、控”成為其未來發(fā)展的必然要求，信息物理融合系統(tǒng)（cyber physical system，CPS）應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)不同，CPS重點(diǎn)研究物理環(huán)境與計(jì)算部件的有機(jī)融合，將現(xiàn)有的獨(dú)立設(shè)備進(jìn)行智能化連接，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的組網(wǎng)與交互，達(dá)到系統(tǒng)之間的相互感知、有效協(xié)同。

在CPS中，通過對(duì)物理環(huán)境和資源的動(dòng)態(tài)感知、信息的實(shí)時(shí)可靠傳輸、數(shù)據(jù)的綜合計(jì)算處理，利用反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理過程的有效控制。CPS的產(chǎn)生與壯大是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)不斷滲入到自動(dòng)控制、電力、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域的必然結(jié)果，是各領(lǐng)域自身發(fā)展、自動(dòng)化程度提高的必然趨勢。CPS的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的完全融合，構(gòu)建一個(gè)可控、可信、可擴(kuò)展并且安全高效的CPS網(wǎng)絡(luò)，并最終從根本上改變?nèi)祟悩?gòu)建工程物理系統(tǒng)的方式[1]。目前，CPS已在移動(dòng)醫(yī)療、遠(yuǎn)程健康監(jiān)測、區(qū)域醫(yī)療、醫(yī)療設(shè)備自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)等醫(yī)療信息化發(fā)展中得到良好的應(yīng)用。

1 CPS的發(fā)展

自2005年提出至今[2]，CPS引起了國內(nèi)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，所涉及的科學(xué)與技術(shù)問題非常廣泛，包含了理論建模和計(jì)算抽象、物理接口和新型人機(jī)交互、環(huán)境感知、數(shù)據(jù)管理與挖掘、安全隱私等方面的內(nèi)容，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器件和系統(tǒng)、交通控制、先進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)、環(huán)境保護(hù)、航空設(shè)備、國防系統(tǒng)、制造系統(tǒng)等領(lǐng)域。近幾年，美國國家科學(xué)基金委員會(huì)、軍方等國家科研管理機(jī)構(gòu)聯(lián)合推出CPS研究計(jì)劃，從基礎(chǔ)理論、方法工具和應(yīng)用平臺(tái)等方面展開全面研究；……