基于物联网的智慧医疗信息化1 0 大关键技术研究
　　摘要  :探讨基于物联网的智慧医疗全程健康管理信息化主要内容和关键技术, 包括医疗设备互联互通与信息融合技术  医疗健康数据智能分析技术  个性化智能推荐服务技术  个人隐私保护与信息安全技术等
　　关键词:区域医疗; 数字化医院; 关键技术; 物联网
　　引言
　　1 数字化医院建设院成为面向全程健康管理过程的中心环节 通过医疗物联网产品与技术提高医院内部的服务质量, 提升医院服务能力和水平, 为智慧城市数字医院的推广奠定基础
　　从突发式临床治疗到渐进式健康管理, 是国家卫生事业未来发展的趋势 数字医院建设要从疾病诊治向疾病预防和健康保健方向努力, 扩展医疗服务到家庭和个人健康管理  社区健康保健  家庭医生和社区诊疗管理及不同等级医院协作服务, 使医1 .2 主要挑战着眼于新型数字医院医疗健康服务, 利用最新物联网技术, 实现医院内部全过程  智能化  可追溯的医疗信息化管理, 将医院的医疗服务向慢性病预防及健康管理服务模式转变, 提高居民健康指数 将三甲医院优质医疗资源向区县  乡镇  街道甚至社区医疗服务机构辐射, 实现医疗机构间的医疗协作  数据共享和远程会诊1.3 主要任务国家卫生信息化发展需要开展医疗物联网核心关键技术研究与应用验证, 包括提出医疗仪器设备和器械共存的环境下干扰抑制技术, 研制适合医院实际环境的物联网感知节点和网关, 开发面向家庭的健康监护终端和个性化的健康管理服务系统, 针对医疗物联网环境和跨区域  跨平台
　　异构环境下的医疗信息共享提出技术规范与相关标准建议等, 这是区域综合性医院数字化建设的主要任务
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　　本文研究着眼于新一代宽带无线移动通信网在医院业务场景中的实际应用, 根据医院的实际业务场景  无线电环境  设备之间的干扰问题等, 在现代信息技术理论支持下, 研究支撑健康和医疗物联网信息服务可持续运营的集成技术和信息服务模式, 研究健康和医疗物联网应用的关键技术, 从而促进健康物联网关键设备研发, 达到医疗信息化服务的规模应用
　　干扰抑制技术; 提出符合我国医疗机构特点的解决方案  ( 2) 研究开发医院物联网网关设备和仪器物联网接口; 开发适合移动医疗的智能医务终端; 开发基于嵌人式硬件平台, 支持异构数据
　　异构接口  异构协议转换的医疗物联网设备中间件 (3) 面向个人健康管理需求, 开发手持式
　　可视化  触摸式家庭智能健康物联网终端设备和穿戴式个人健康感知节点设备, 为居民提供个性化的健康管理服务技术解决方案  (4) 以三甲医院为试点, 建立数字医院内部的医疗物联网系统,开展以临床医疗路径(过程) 管理为主线的医疗物联网应用示范, 形成行业标准规范建议  ( 5)面向区域数字医院间协作和社区居民健康管理,开展区域间不同等级医疗卫生机构的医疗协作
　　健康管理  信息交换与共享服务新模式应用示范,形成行业标准规范建议
　　3 . 1智慧医疗信息化10 大关键技术医疗设备互联互通与信息融合技术2 目标与内容2 .1 目标以数字医院医疗物联网应用为核心, 实现医院全对象  全过程  全方位智能化感知和流程管理信息整合, 扩展医疗服务到家庭健康管理  社区保健管理  医疗机构诊疗管理, 实现区域内跨医院医疗协作, 使医院成为面向全程健康管理过程的中心环节 通过医疗物联网技术提高医院的服务效率与质量, 从而提高面向全程健康的服务能力与水平 研发医疗物联网关键技术与相关产品的技术规范与标准, 进       行数字医疗物联网技术应用示范与产业化推广, 形成智慧医疗物联网应用能力
　　2 .2 内容( l) 研究泛在网络异构互联的数字医院医疗物联网基础架构和信息集成平台, 包括有线网
　　移动通信网  无线局域网和健康传感网等; 研究医院医疗仪器设备和器械共存的物联网环境下的将健康监测信息  医院电子病历与区域健康档案系统集成, 面向大规模目标人群进行健康服务 从多源信息感知  多数据链路信息传输与集成  异构数据接口与发布等环节进行关键技术研究, 构建医疗与健康信息采集统一模型, 作为设备互联互通与信息融合的基础 研究健康服务系统与多种健康检测设备的自动标识技术  行为感知技术  环境感知技术  多种信息系统自适应适配接口, 解决医疗与健康信息采集问题 在传感网络  专属网络  无线通信网络和互联网等多种传输环境下, 研究多数据链路的传输与信息集成技术 解决医疗与健康相关信息的采集  传输和融合问题
　　医疗健康设备接人模块可传输各种医疗终端设备检测数据, 通过蓝牙  W i一Fi 或者R S 一2犯接口与医疗设备相连接, 实现医疗终端数据信息传输 终端设备接人网关支持网络传输协议T C P ,u D P , P P P o E , D H e P , D N S , 无线网络支持连续实时监护数据和片段式数据文件传输 仪器物联网接口模块可实现通讯网络对医疗仪器  传感网络统一的感知  通讯及管理 实现仪器状态数据的读取, 感知仪器的状态, 通过网络功能将数据透明上传
　　3 .2 医疗健康数据智能分析技术针对跨域医疗与健康管理中的各种数据分析需求, 研究数据智能分析技术 包括数据集成与融合技术  数据仓库与数据挖掘技术  数据展示与系统集成技术等多个环节, 是一项高度集成的基础性技术, 为各种综合应用提供支撑 对医学与健康理论等先验知识进行计算机处理, 结合健康数据  诊疗数据等信息, 基于本体技术构建具体的应用知识库 在应用知识库基础上, 针对具体应用, 研究构建多种分析模型和分析算法, 提供比对处理  统计处理  预报预警处理  因果分析处理等智能分析功能, 从而提高跨域协同的效率以及健康管理技术水平
　　业务协同 跨域流程管理的业务应用涉及以下技术: ( l) 理论研究  系统建模和技术研发相结合,利用系统论观点分析节点间流程的交互方式, 给出跨域流程重组的一般路径, 对路径选择  利益平衡及冲突解决机制等难点问题进行深人研究  (2) 以流程为核心驱动因素的建模技术  业务流程引擎技术  业务流程重构等技术, 实现跨域业务流程管理  (3) 研究流程重构技术  事件驱动的流程管理技术等核心技术内容, 实现自适应的跨域流程管理模式
　　3 .4 个性化智能推荐服务技术
　　3 . 3 数据驱动的跨域业务流程集成技术在跨域医疗协同中不可避免存在流程管理问题 由于不同区域的医疗  医保与公共卫生管理政策等不同, 要在不同区域间进行业务协同, 必须要求支撑系统能够同时适应不同区域中的流程管理需求 一方面, 具体业务的不同, 动态调整流程中的事件过程; 另一方面, 跨域业务流程协同在实际应用中, 以流程为核心触发不同业务活动, 尽可能减小流程中冗余过程, 降低流程运行成本, 缩短流程执行时间
　　面对跨域环境下医疗与健康信息分布广泛  管理体系差异  应用系统类型众多  数据量庞大  信息组织零散等问题, 应探索基于电子病历和健康档案信息的共享和跨域机构间的流程管理技术, 研发跨域业务协同多维模型  数据参考模型和业务管理事件参考模型, 研究构建关联机构及其业务规则模型 基于流程管理引擎和系统集成技术, 实现服务流程和业务流程的动态触发, 实现跨域服务业务的自动化和流程化, 实现跨域业务与局部业务的透明共享和平滑集成, 完成高效  快速  低成本的跨域  1 2
　　个性化智能推荐服务技术就是根据个人诊疗与健康计划, 综合分析居民的历史数据, 以及可能的环境变化(如天气变化  节假日等) 信息, 基于信息融合技术  智能分析技术等基础技术, 研究构建面向个性化服务的信息多维模型, 开发信息挖掘
　　聚类  分析  预报等算法模块, 构建基于多种渠道的信息推送系统, 解决个性化预订  咨询  急救等服务问题
　　研究内容包括: (l) 以嵌人式技术及传感技术为基础的病人智能标识技术  (2) 基于多传感器的病人行为自动识别技术, 形成面向病人医护的智能环境, 包括病人身份自动识别  病人体征自动检测与定时采集  医生查房与护士护理时的病例自动关联  给药吃药自动校验  病人异常现象自动警报等[    (3) 在智能传感设备和基于资源共享的数据服务基础上, 研究根据临床路径的结果分析和评价机制, 以不断完善医疗流程, 规范医疗行为, 降低成本, 提高质量  (4) 通过对规范化诊治及患者个人数据中心的数据进行分析, 第3 方服务提供商提供系列面向医疗从业者的群体服务, 为医生提供专业难点学习  焦点问题探讨等服务, 并进行相应的评估测试
　　3 .5 海t 数据处理技术针对健康服务中普遍存在的海量数据存储与管理问题, 研究可定制的海量数字资源管理技术,构建面向跨域协同与健康管理的数字资源元数据  模型, 解决元数据的抽取  定义  语义识别与冲突消解技术, 形成由数字对象标识  内容聚合技术, 基于数字对象的检索技术等组成的海量数字资源管理技术, 实现对上层应用的技术支撑
　　在跨区域业务协同过程中, 无论是医疗  公共卫生管理的业务协同过程, 还是面向个人的健康管理业务, 都存在海量的基础和业务数据  分布式多时态  异构  海量的数字资源应用范围都大大超出了原有区域医疗的范畴, 需要在数据获取  存储与检索等环节高效  准确地进行管理,才能有效地对跨区域业务协同与健康管理应用形成支撑 针对医疗与健康服务中普遍存在的海量数据存储与管理问题, 需要可定制化的海量数据资源管理技术, 包括: ( 1) 研究面向跨域医疗与健康业务的海量数字资源管理体系与参考模型
　　(2 ) 对各种可能涉及的数字资源元数据进行分类
　　规范与标注等管理  (3) 由数字对象标识  内容聚合技术  基于数字对象的检索技术等组成海量数字资源管理系统, 结合底层数据集成与传输组件, 实现对跨域协同与健康管理中相关应用的支持
　　的防御措施, 基本目标是限制访问主体(用户  进程  服务等) 对访问客体(电子病历  医疗信息系统等) 的访问权限, 从而使医疗数据在合法范围内使用
　　解决跨域服务与健康管理全过程的个人隐私保护与信息安全问题 研究开发面向数据存储  传输与发布环节的隐私保护与信息安全技术 在数据存储环节, 研究开发数据干扰  匿名泛化技术, 隐藏个人隐私信息, 但同时保持原始数据的分布特征;在数据传输环节, 采用非自主强制访问控制技术,支持跨域多系统的集中式权限管理; 在数据发布和与其他系统集成环节, 采用基于安全多方计算的隐私保护, 既满足信息需求, 又避免隐私泄露 通过以上技术组合, 实现跨域服务与健康管理的隐私保护
　　3 .7 多并发与高性能计算技术3 .6 个人隐私保护与信息安全技术医疗领域中隐私问题非常突出  目前实践中人们还只是从法律规范  道德伦理层面去关注隐私问题, 依赖于法律规范来约束敏感隐私信息的保留
　　发布和利用 而实际医疗活动中, 医疗机构为了诊断  科学研究及医疗教学的需要, 必须经常大量采集  发布  利用各种医疗数据, 而这些数据经常包含着个人隐私信息 仅仅靠法律规范方式来约束是远远不够的, 必须采用必要的技术手段来解决相关隐私保护问题 为在技术平台层面提供隐私保护服务, 需要研究隐私保护技术环节: ( l) 对原始数据进行干扰  匿名化等处理形成新的数据集, 使得新数据集不再明显地含有个人隐私信息, 但同时保持原始数据的分布特征, 将新数据集发布给研究机构进行分析, 实现个体隐私信息的保护  (2) 研究访问控制环节保护技术 访问控制技术支持特定安全需求的集中式权限管理, 主要是针对越权使用资源针对面向个人的准实时数据挖掘与分析服务,需要研究多并发与高性能计算分析技术和数据处理技术 重点研究除硬件与数据库技术外的高性能技术架构 针对个人健康管理专家系统的业务需求,从计算虚拟化  存储虚拟化  网络虚拟化  应用虚拟化的角度, 实现高性能技术架构的研究, 通过并行计算技术  分布式存储技术  单节点故障处理等技术的综合应用与部署, 实现对多并发与高性能计算机的支持
　　3 . 8 跨区域的索引服务技术由于历史原因, 存在多种异构系统及标识卡,造成同一个患者在多个系统中以不同的ID 标识存在, 对此必须使用患者主索引( E nte rp ris e M as ter几tient Inde  , E M P I) 技术, 并在物联网统一标识规划的基础上进行升级  E M PI 是患者基本信息检索目录 在一个复杂的医疗体系内, 通过唯一的患者标识将多个医疗信息系统有效地关联在一起  以实现各个系统之间的互联互通, 保证同一个患者分布在不同系统中的个人信息采集的完整性和准确性 建立患者主索引是实现大型医院内部系统集成  医院集团内资源共享以及建立居民健康档案 实现区域医疗共享的必要条件
　　通过跨区域的注册  索引  认证等技术内容,研究分布式的索引服务模型, 建立多层处理技术架构, 使不同层次之间的应用相互透明, 从而形成支撑跨域平台的索引服务体系 保证各种跨域范围内应用实例信息的唯一性和可访问性
　　3 . 9 多模态信息融合技术信息融合是对多模态信息进行多层次  多方位的处理 在跨域医疗协同中, 面临众多的信息融合问题: ( l) 不同区域间信息系统的异构性  信息管理规范不同  信息粒度和时间属性的不同导致了不同的信息组织模态  (2) 健康档案信息包含内容的广泛性, 采集渠道  数据链路的异构性导致了不同来源的信息可能存在内容冲突  语义矛盾等问题
　　跨区域融合的问题中, 由于需要协调的范围大, 不同地区的管理规范难以统一, 导致依靠传统的规范数据交换格式难以解决, 必须从多模态信息融合的角度, 对分布  异构以及各种不同类型的数据进行融合 但是由于各种医疗信息资源往往带有语法和语义差异, 并且在整合过程中也可能产生数据的冲突与不一致, 因此需要解决数据融合过程中的语义异构和一致性数据质量保障问题
　　针对支持跨域的多模态信息融合的需求, 对相关的技术内容展开研究: ( l) 基于语义的数据模式匹配和语义冲突的自动发现与消解技术 依据医疗信息资源的元数据信息, 研究本体辅助的自动化模式匹配技术, 包括基于模式词汇语义关系  基于模式类型关系和基于领域本体几个层次,提高模式匹配的准确性和全面性 基于本体的属性语义冲突消解策略, 语义级别上检测, 消解关系数据库集成中的数据实例冲突  (2) 研究基于约束的一致性数据质量保障技术, 通过定义约束来表达不同应用的数据质量需求, 通过自动进行不一致性数据清理或者一致性查询等多种方式来保证数据的最终质量
　　异, 造成技术整合难题 研究开发接入端技术, 用以屏蔽各个协同平台的接人技术差异, 构建标准的  开放的跨区域医疗信息共享与业务协同体系
　　基于物联网的医疗智慧网的信息集成平台具有如下特征: 符合医疗信息集成规范的SO A 架构, 主要组件包括H L7 适配器, 基于C D A 文档和消息的集成, 支持IH E 规范, 如M W L , M P P S , X D S/ X D S一I 等 卫生部电子病历标准和规范化RI M 标准的医疗数据模型, 实现大量数据的汇聚, 利用临床数据元素建模语言( C E M L ) , 以及规范化数据对象(C D o) , 实现真正意义上的医疗行业跨系统基础数据模型 基于IH E 规范的医疗文档注册及存储, 实现PIX , PS A , C T , PD Q , A T N A , X D S 等诸多IH E集成规范与多协议支持[]
　　4 结语3 . , O 异构区域平台整合技术各区域内的协同平台开发所采用架构存在差  14
　　整合有线网  移动通讯网  无线局域网和传感网, 形成异构互联的医疗物联网基础架构, 并通过感知元件  移动终端等设备, 实现人  物  医疗服务  医疗事件等全部对象的联网, 然后基于这些对象信息, 集成现有医院信息系统  ], 实现医院全业务流程的重构, 达到监控即时  服务快捷  质量可控, 并对海量数据进行智能分析决策后, 实现业务流程的再次提升重构, 从而构建闭环反馈的智慧医疗网 这是现代信息技术下智慧医疗数字化医院建设面临的新契机和新挑战
　　在现代数字化医院建设的新条件下, 医疗卫生信息化建设应注重以下内容: ( l) 构建全对象
　　全流程  全方位的医疗智慧网的基础架构, 包括医疗物联网基础设施, 信息平台及典型示范应用系统  (2) 整合重构基于R FI D   条码  一卡通等较为成熟的各种应用, 主要包括医院设备管理
　　医疗器械管理  血液自动识别跟踪  药品追溯
　　医疗废物监管  医疗环境安全  医护服务移动化等, 实现病患  检查  检验  医护业务流程的全面优化, 监控自动, 实现医疗服务管理智能化
　　(3 ) 充分利用M E M S , R F ID , V ideo/ V oiee 等传感技术, 体域网技  3 . 3 电子病历基础模版与数据集标准3 .3 .1 基础模板用于指导临床文档数据创建的形式和方法  目的是用标准化的数据组, 根据电子病历信息模型以及各类业务规则, 用数据元允许值约束后生成各类实际应用的临床文档
　　3 .3 .2 数据集是对各数据组和数据元按照统一的属性描述规则进行有关限制性说明
　　4 结论
　　电子病历的发展与应用在医院信息管理领域中占有举足轻重的地位, 是构建数字化医院平台的核心   !在实际应用中, 电子病历从提出到普遍实施使用, 一直向着临床信息系统核心的方向发展 从系统功能意义上来划分, 电子病历与医嘱系统理应集成于一体, 但国内现状决定着电子病历系统暂时只能相对独立  国内很多大型医疗信息集成商均在或已开发出以医嘱处理为中心的新一代电子病历系统 在未来的发展中需提高电子病历系统数据质量与重用及其临床信息集成度, 这是一个从实施广度到实施深度转变的过程, 是以病人一次就诊的医疗信息时间轴为中心的纵向信息挖掘 实现真正意义以电子病历为中心的临床信息系统与医嘱系统集成将是必须经历的阶段 这在实施难度上更大, 程度上更复杂
　　未来电子病历需将居民个人在医疗机构中的历次就诊时间  就诊原因  针对性的医疗服务活动以及所记录的相关信息关联起来构成完整的电子病历, 并贯穿在人的整个生命过程中, 需要各项数据不断规范化  结构化  标准化, 并随着业务发展和实际应用不断补充 完善 (电子病历基本架构与数据标准  的出台对电子病历的发展起到极大的推动作用, 但是离  临床信息交换和共享的区域卫生协同  的目标还是很远, 因此电子病历的研发工作仍然任重而道远