智慧健康系統架構

　　近年來(lái)，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算、大數據等概念的興起，信息通信技術(shù)與健康產(chǎn)業(yè)的融合越來(lái)越深入。下面在分析物聯(lián)網(wǎng)與云計算的體系架構基礎上，結合我國健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的實(shí)際需求，構建了智慧健康系統的體系架構。

　　1 智慧健康概念及核心技術(shù)

　　1.1 智慧健康概念

　　信息通信技術(shù)在醫療領(lǐng)域的應用產(chǎn)生了電子健康(e-health)的概念，電子健康的發(fā)展也對降低醫療成本和提高醫療效率起到了至關(guān)重要的作用。在電子健康的基礎上，隨著(zhù)移動(dòng)設備的發(fā)展和普及， 將醫療服務(wù)與帶有定位功能的移動(dòng)設備結合成為一個(gè)可行的方案，移動(dòng)健康(m-health)成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。移動(dòng)健康不僅具有電子健康所有的優(yōu)勢，還具有可監控性，即時(shí)性和可及性等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的興起和感知傳感技術(shù)的發(fā)展，智慧健康的概念隨著(zhù)產(chǎn)生[5-6]。智慧健康是指以智能技術(shù)，健康技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為支撐，為人類(lèi)健康提供服務(wù)功能的復雜動(dòng)態(tài)系統[7]。

　　1.2 醫療物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

　　隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )由工業(yè)時(shí)代買(mǎi)入信息時(shí)代，人們的醫療需求也由被動(dòng)的醫療救治轉變?yōu)橹鲃?dòng)健康管理。不僅患者希望自身疾病能夠得到更加及時(shí)、專(zhuān)業(yè)的治療，普通的健康人也需要實(shí)時(shí)獲取自己的健康數據以便監測自己的健康狀態(tài)。尤其隨著(zhù)我國工業(yè)化、城鎮化進(jìn)程的加深，人口老齡化問(wèn)題逐漸突出，疾病譜和生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化，慢性病和公共健康問(wèn)題成為新的主要健康問(wèn)題。這也對社會(huì )健康服務(wù)提出了更高的要求，慢性病的自我管理以及公共衛生問(wèn)題的監控與預警必須要借助信息通信技術(shù)的幫助。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在其中就起到了關(guān)鍵性的作用。一方面，物聯(lián)網(wǎng)的標識技術(shù)可以實(shí)時(shí)快捷的識別各種與醫療相關(guān)的信息，實(shí)現全面互聯(lián)互通的信息化醫療系統[8-9]。智慧健康系統可以協(xié)助醫院工作人員實(shí)現對人的智能化醫療和對物的智能化管理工作，支持通過(guò)采用采集、處理、存儲、傳輸、共享等過(guò)程，最終實(shí)現醫院內部的醫療信息、設備信息、藥品信息、人員信息、管理信息的信息化等，實(shí)現物資管理可視化、醫療信息數字化、醫療過(guò)程數字化、醫療流程科學(xué)化、服務(wù)溝通人性化[10]。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)的傳感技術(shù)可以通過(guò)設置在人體上的感知節點(diǎn)采集人體重要的健康數據參數。這些健康數據經(jīng)過(guò)處理后經(jīng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸給醫療遠程終端，醫生在遠程終端上獲取健康數據從而判斷用戶(hù)的健康狀況并進(jìn)行反饋，即實(shí)現了遠程醫療服務(wù)[11]。

　　1.3 健康大數據與云計算

　　健康領(lǐng)域的大數據主要由以下幾個(gè)方面構成：(1)生命的整體性和疾病的復雜性，具體包括疾病的遺傳和分子機制、基因和環(huán)境的交互作用以及病因學(xué)研究等數據;(2)醫院信息化迅速發(fā)展產(chǎn)生的諸如電子病歷、影像、檢查檢驗等數據;(3)基因檢測數據，隨著(zhù)基因測序成本降低將大大促進(jìn)基因測序數據的增長(cháng);(4)醫療物聯(lián)網(wǎng)建設，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到健康領(lǐng)域，通過(guò)其感知技術(shù)和標識技術(shù)將采集大量的健康數據[12-13]。由此可見(jiàn)，傳統的數據庫技術(shù)完全無(wú)法滿(mǎn)足健康大數據在存儲、運算等方面的需求，傳統的數據分析方法也無(wú)法挖掘出其價(jià)值。利用云計算技術(shù)將是一個(gè)可行的解決途徑。根據美國國家技術(shù)與標準研究院(National Institute of Standards and Technology，NIST) 的定義，云計算是一種模型，它可以實(shí)現隨時(shí)隨地，便捷地，隨需應變地從可配置計算資源共享池中獲取所需的資源(例如，網(wǎng)絡(luò )、服務(wù)器、存儲、應用、及服務(wù))，資源能夠快速供應并釋放，使管理資源的工作量和與服務(wù)提供商的交互減小到最低限度[14]。在智慧健康系統構建中，需要運用云計算技術(shù)實(shí)現數據儲存、運算、傳遞，使用大數據的深度挖掘(deep mining)和知識發(fā)現(knowledge discover in database，KDD)等相關(guān)方法從數據中挖掘出有價(jià)值的信息，用以支持醫療決策，提供大規模流行病預警等[15-16]。

　　2 智慧健康體系架構

　　智慧健康系統的架構設計秉持著(zhù)開(kāi)放性、兼容性以及可擴展性的原則。在研究物聯(lián)網(wǎng)及云計算體系架構設計的基礎上，結合健康產(chǎn)業(yè)的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，智慧健康系統的體系架構應分為五層，分別為物理層、感知層、數據層、網(wǎng)絡(luò )層、應用層，見(jiàn)圖1。物理層即為健康體系中涉及到的人和物。人包括醫生、護士、患者以及其他與健康相關(guān)或有健康需求的人員。物即為健康相關(guān)物資，包括醫療設備， 藥品，醫用消耗品等健康相關(guān)的實(shí)體物品。感知層一方面是通過(guò)標識技術(shù)如RFID 對健康相關(guān)實(shí)體進(jìn)行標識，以便后續的計算機化的管理;另一方面是通過(guò)傳感技術(shù)如可穿戴設備，從感知節點(diǎn)獲取人體的健康數據并上傳�？紤]到健康數據的復雜性和精準性的要求，感知層對采集的數據需要進(jìn)行初步的加工，對數據的標準化程度決定了后續分析處理結果的可靠性，顯得尤為重要。數據層主要指在醫院內部信息化系統基礎上形成的大數據與云計算平臺。數據層應具有開(kāi)放的接口以供各數據平臺之間的數據互聯(lián)互通，實(shí)現真正意義上的云存儲和數據共享。網(wǎng)絡(luò )層主要針對數據的傳輸和安全保密。隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )傳輸的方式多種多樣，既有有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )也有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)無(wú)線(xiàn)WiFi、3G/4G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )、局域網(wǎng)和Internet 等，實(shí)現全方位的網(wǎng)絡(luò )覆蓋。應用層可實(shí)現的功能多種多樣，例如健康監測、流行病預警、電子病歷瀏覽、遠程醫療等等。

　　3討論

　　3.1 加快產(chǎn)業(yè)標準建設

　　智慧健康涉及到醫療、計算機、通信、物聯(lián)網(wǎng)、大數據等諸多領(lǐng)域，如何促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域內部及相互之間的互聯(lián)互通是智慧健康亟待解決的第一個(gè)問(wèn)題，加快推進(jìn)各領(lǐng)域的標準建設就顯得尤為重要。針對智慧健康架構而言，標準建設主要集中在以下幾個(gè)方面：(1)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的標識體系、采集數據的標準化;(2)衛生保健領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)、數據字典、共享文檔等諸多標準;(3)大數據領(lǐng)域的數據庫結構、數據庫接口標準等;(4)通信領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò )接口標準，運行環(huán)境安全性標準等。行政管理部門(mén)應發(fā)揮其主導作用，促進(jìn)各交叉行業(yè)間的合作，組織專(zhuān)業(yè)人員，加快相應標準規范的制定[17-18]。

　　3.2 加快傳感器的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化

　　由于醫療本身的復雜性、敏感性以及隱私性，對醫療和健康管理專(zhuān)用的各類(lèi)傳感器提出了更高的要求。在加快傳感器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中需注意以下三個(gè)問(wèn)題：第一, 醫學(xué)是精準科學(xué)，對健康數據的精度要求非常高，傳感器務(wù)必保障其數據真實(shí)準確[19-20];第二，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境十分復雜，通過(guò)WIFI 和移動(dòng)3/4G 傳輸數據安全性和傳輸效率均無(wú)法保證, 如何使得健康數據及時(shí)高效且不失真的傳輸需要引起重視[21-22]; 第三，目前市場(chǎng)上在用的健康專(zhuān)用傳感器基本都是通過(guò)私有協(xié)議與封閉專(zhuān)用平臺對接, 開(kāi)放性差，缺乏行業(yè)公認的公用協(xié)議, 中國移動(dòng)已經(jīng)在前幾年推出了規范物聯(lián)網(wǎng)終端與M2M 平臺間數據通信和用于終端規范管理的WMMP 協(xié)議, 值得智慧醫療產(chǎn)業(yè)在發(fā)展專(zhuān)用傳感器時(shí)借鑒[23-24]。

　　3.3 注重隱私安全

　　智慧健康系統的數據來(lái)源十分復雜，采集到的數據可能不止反應了個(gè)人的健康狀況，還可能顯示其興趣愛(ài)好、社會(huì )地位、家庭住址、收入、宗教信仰等等。尤其當這些相當私密的信息與健康數據夾雜在一起，更加加大了數據處理的難度[25]。對于個(gè)人隱私數據的保護，一方面要從技術(shù)上進(jìn)行探索， 在數據流通的每一個(gè)環(huán)節，應用隱私安全保護的工具和方法;另一方面需從政府監管和法律層面入手， 出臺相應的法律法規，明確個(gè)人隱私數據的邊界和監管的實(shí)體職權部門(mén)，對隱私泄露行為嚴厲打擊。希望通過(guò)各方共同努力，智慧健康系統能夠更安全、更智能，更好的為人民提供方便快捷高效的健康服務(wù)。

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