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智慧健康系統(tǒng)架構(gòu)
近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算、大數(shù)據(jù)等概念的興起，信息通信技術(shù)與健康產(chǎn)業(yè)的融合越來越深入。下面在分析物聯(lián)網(wǎng)與云計算的體系架構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合我國健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的實際需求，構(gòu)建了智慧健康系統(tǒng)的體系架構(gòu)。
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(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)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(yī)療成本和提高醫(yī)療效率起到了至關(guān)重要的作用。在電子健康的基礎(chǔ)上，隨著移動設(shè)備的發(fā)展和普及， 將醫(yī)療服務(wù)與帶有定位功能的移動設(shè)備結(jié)合成為一個可行的方案，移動健康(m-health)成為一個新的研究熱點。移動健康不僅具有電子健康所有的優(yōu)勢，還具有可監(jiān)控性，即時性和可及性等優(yōu)點。近年來，隨著物聯(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，為人類健康提供服務(wù)功能的復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)[7]。
1.2 醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
隨著人類社會由工業(yè)時代買入信息時代，人們的醫(yī)療需求也由被動的醫(yī)療救治轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃咏】倒芾�。不僅患者希望自身疾病能夠得到更加及時、專業(yè)的治療，普通的健康人也需要實時獲取自己的健康數(shù)據(jù)以便監(jiān)測自己的健康狀態(tài)。尤其隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程的加深，人口老齡化問題逐漸突出，疾病譜和生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化，慢性病和公共健康問題成為新的主要健康問題。這也對社會健康服務(wù)提出了更高的要求，慢性病的自我管理以及公共衛(wèi)生問題的監(jiān)控與預(yù)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)可以實時快捷的識別各種與醫(yī)療相關(guān)的信息，實現(xiàn)全面互聯(lián)互通的信息化醫(yī)療系統(tǒng)[8-9]。智慧健康系統(tǒng)可以協(xié)助醫(yī)院工作人員實現(xiàn)對人的智能化醫(yī)療和對物的智能化管理工作，支持通過采用采集、處理、存儲、傳輸、共享等過程，最終實現(xiàn)醫(yī)院內(nèi)部的醫(yī)療信息、設(shè)備信息、藥品信息、人員信息、管理信息的信息化等，實現(xiàn)物資管理可視化、醫(yī)療信息數(shù)字化、醫(yī)療過程數(shù)字化、醫(yī)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)可以通過設(shè)置在人體上的感知節(jié)點采集人體重要的健康數(shù)據(jù)參數(shù)。這些健康數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給醫(yī)療遠程終端，醫(yī)生在遠程終端上獲取健康數(shù)據(jù)從而判斷用戶的健康狀況并進行反饋，即實現(xiàn)了遠程醫(yī)療服務(wù)[11]。
1.3 健康大數(shù)據(jù)與云計算
健康領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)主要由以下幾個方面構(gòu)成：(1)生命的整體性和疾病的復(fù)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?qū)W研究等數(shù)據(jù);(2)醫(yī)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(shù)據(jù);(3)基因檢測數(shù)據(jù)，隨著基因測序成本降低將大大促進基因測序數(shù)據(jù)的增長;(4)醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到健康領(lǐng)域，通過其感知技術(shù)和標識技術(shù)將采集大量的健康數(shù)據(jù)[12-13]。由此可見，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)完全無法滿足健康大數(shù)據(jù)在存儲、運算等方面的需求，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法也無法挖掘出其價值。利用云計算技術(shù)將是一個可行的解決途徑。根據(jù)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，它可以實現(xiàn)隨時隨地，便捷地，隨需應(yīng)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(yīng)用、及服務(wù))，資源能夠快速供應(yīng)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(tǒng)構(gòu)建中，需要運用云計算技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存、運算、傳遞，使用大數(shù)據(jù)的深度挖掘(deep mining)和知識發(fā)現(xiàn)(knowledge discover in database，KDD)等相關(guān)方法從數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的信息，用以支持醫(yī)療決策，提供大規(guī)模流行病預(yù)警等[15-16]。
2 智慧健康體系架構(gòu)
智慧健康系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計秉持著開放性、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(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合健康產(chǎn)業(yè)的實際業(yè)務(wù)需求，智慧健康系統(tǒng)的體系架構(gòu)應(yīng)分為五層，分別為物理層、感知層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，見圖1。物理層即為健康體系中涉及到的人和物。人包括醫(yī)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(yī)療設(shè)備， 藥品，醫(yī)用消耗品等健康相關(guān)的實體物品。感知層一方面是通過標識技術(shù)如RFID 對健康相關(guān)實體進行標識，以便后續(xù)的計算機化的管理;另一方面是通過傳感技術(shù)如可穿戴設(shè)備，從感知節(jié)點獲取人體的健康數(shù)據(jù)并上傳�？紤]到健康數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和精準性的要求，感知層對采集的數(shù)據(jù)需要進行初步的加工，對數(shù)據(jù)的標準化程度決定了后續(xù)分析處理結(jié)果的可靠性，顯得尤為重要。數(shù)據(jù)層主要指在醫(yī)院內(nèi)部信息化系統(tǒng)基礎(chǔ)上形成的大數(shù)據(jù)與云計算平臺。數(shù)據(jù)層應(yīng)具有開放的接口以供各數(shù)據(jù)平臺之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實現(xiàn)真正意義上的云存儲和數(shù)據(jù)共享。網(wǎng)絡(luò)層主要針對數(shù)據(jù)的傳輸和安全保密。隨著移動通信技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞蕉喾N多樣，既有有線網(wǎng)絡(luò)也有無線網(wǎng)絡(luò)，通過無線WiFi、3G/4G 移動網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)和Internet 等，實現(xiàn)全方位的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。應(yīng)用層可實現(xiàn)的功能多種多樣，例如健康監(jiān)測、流行病預(yù)警、電子病歷瀏覽、遠程醫(yī)療等等。
3討論
3.1 加快產(chǎn)業(yè)標準建設(shè)
智慧健康涉及到醫(yī)療、計算機、通信、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等諸多領(lǐng)域，如何促進各個領(lǐng)域內(nèi)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問題，加快推進各領(lǐng)域的標準建設(shè)就顯得尤為重要。針對智慧健康架構(gòu)而言，標準建設(shè)主要集中在以下幾個方面：(1)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的標識體系、采集數(shù)據(jù)的標準化;(2)衛(wèi)生保健領(lǐng)域的術(shù)語、數(shù)據(jù)字典、共享文檔等諸多標準;(3)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)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。行政管理部門應(yīng)發(fā)揮其主導(dǎo)作用，促進各交叉行業(yè)間的合作，組織專業(yè)人員，加快相應(yīng)標準規(guī)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(yī)療本身的復(fù)雜性、敏感性以及隱私性，對醫(yī)療和健康管理專用的各類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)化的過程中需注意以下三個問題：第一, 醫(yī)學(xué)是精準科學(xué)，對健康數(shù)據(jù)的精度要求非常高，傳感器務(wù)必保障其數(shù)據(jù)真實準確[19-20];第二，無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境十分復(fù)雜，通過WIFI 和移動3/4G 傳輸數(shù)據(jù)安全性和傳輸效率均無法保證, 如何使得健康數(shù)據(jù)及時高效且不失真的傳輸需要引起重視[21-22]; 第三，目前市場上在用的健康專用傳感器基本都是通過私有協(xié)議與封閉專用平臺對接, 開放性差，缺乏行業(yè)公認的公用協(xié)議, 中國移動已經(jīng)在前幾年推出了規(guī)范物聯(lián)網(wǎng)終端與M2M 平臺間數(shù)據(jù)通信和用于終端規(guī)范管理的WMMP 協(xié)議, 值得智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)在發(fā)展專用傳感器時借鑒[23-24]。
3.3 注重隱私安全
智慧健康系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源十分復(fù)雜，采集到的數(shù)據(jù)可能不止反應(yīng)了個人的健康狀況，還可能顯示其興趣愛好、社會地位、家庭住址、收入、宗教信仰等等。尤其當(dāng)這些相當(dāng)私密的信息與健康數(shù)據(jù)夾雜在一起，更加加大了數(shù)據(jù)處理的難度[25]。對于個人隱私數(shù)據(jù)的保護，一方面要從技術(shù)上進行探索， 在數(shù)據(jù)流通的每一個環(huán)節(jié)，應(yīng)用隱私安全保護的工具和方法;另一方面需從政府監(jiān)管和法律層面入手， 出臺相應(yīng)的法律法規(guī)，明確個人隱私數(shù)據(jù)的邊界和監(jiān)管的實體職權(quán)部門，對隱私泄露行為嚴厲打擊。希望通過各方共同努力，智慧健康系統(tǒng)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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