移動健康系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)v0

1、移動健康系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)The Architecture and Key Technologies of m-Health System摘要:移動健康是充分利用移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)來提供體檢保健、健康評估、檢查治療、 康復(fù)跟蹤等健康管理的技術(shù)或者服務(wù)。移動健康拓展了健康服務(wù)的能力，能夠提供隨時隨地、 高效便捷的個人健康管理手段，構(gòu)建預(yù)防和緩解慢性病的機制，抵御各種威脅健康的因素。 本文首先介紹了移動健康系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和背景，然后具體介紹其技術(shù)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，最 后提出并分析其存在的重要問題。Abstract: M-Health is a technology or service to pro

2、vide health management including health check, health evaluation, disease treatment and rehabilitation tracking through mobile Internet. M-Health enlarges the capability of health services. In detail, m-Health can provide effective measures for personal health, construct the mechanism to release dis

3、ease influence and prevent negative factors on health. This article introduces the development background of this system firstly, secondly specifies the technical architecture and key technologies. Finally, this article provides and analyses existing problems.關(guān)鍵詞：移動健康，機器到機器Keyword: m-health, M2M1、引言

4、我國醫(yī)療系統(tǒng)當前突出問題主要表現(xiàn)在醫(yī)療資源總量不足并且分布不均、檢查治療響應(yīng) 滯后并且無法跟蹤、醫(yī)療信息各自掌握并且無法共享，由此導(dǎo)致掛不上號、看不起病、有病 不治、有病亂治等諸多問題，并成為長期困擾我國醫(yī)療保障事業(yè)的難題。我國“十二五”期 間衛(wèi)生信息化建設(shè)路線圖明確指出加強遠程醫(yī)療系統(tǒng)建設(shè)。伴隨物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)和醫(yī)療信息化的迅速發(fā)展和日益結(jié)合，移動健康系統(tǒng)得到飛速 發(fā)展和應(yīng)用。成為解決我國醫(yī)療保健改革的堅實基礎(chǔ)。移動健康系統(tǒng)是利用醫(yī)療傳感器件在 患者靜止和運動情況下，采集其醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)（例如心電、血壓、血氧、呼吸等參數(shù)），并且通 過移動終端上傳到系統(tǒng)平臺，以便使醫(yī)生和護理人員可以實時了解病人生

5、理健康特征進而進 行醫(yī)學(xué)會診或者健康護理，乃至患者的健康預(yù)警。在任何需要情況下，任何經(jīng)過授權(quán)的醫(yī)院 都可以從存放患者健康檔案的數(shù)據(jù)中心調(diào)用患者歷史檔案，便于患者健康情況跟蹤。2、系統(tǒng)架構(gòu)移動健康系統(tǒng)主要包括兩個部分：第一個部分為醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)采集，醫(yī)療傳感器測量和采集 患者醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，并經(jīng)由移動終端（包括智能手機、平板電腦等）上傳至系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)中心； 第二個階段為醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)使用，醫(yī)生和護士從數(shù)據(jù)中心提取并查看患者的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。其中，醫(yī) 學(xué)數(shù)據(jù)采集可以是傳感器件主動周期測量采集并上傳，也可以是醫(yī)生和護士遠端激活傳感器 件測量并上傳。移動健康系統(tǒng)至少應(yīng)包括傳感器件、移動終端、系統(tǒng)平臺和數(shù)據(jù)中心，如圖 1所示

6、：傳感器件移動終端 系統(tǒng)平臺,數(shù)據(jù)中心圖1移動健康系統(tǒng)示意圖傳感器件是直接測量患者醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的終端器件，主要由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和通 信元件構(gòu)成。一方面，傳感器件可以直接探測患者身體器官的醫(yī)學(xué)生物信號并按照規(guī) 定格式轉(zhuǎn)換為可以使用的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)；另外一方面，傳感器件具備近距離無線通信能力（例如支持 WiFi、ZigBee、NFC、Bluetooth、IrDA等），把相應(yīng)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)基于M2M模式傳 遞給移動終端。如果環(huán)境許可，無線通信也可以替換為有線連接方式（例如以太網(wǎng)、RS232、 RS485等）。按照測量項目劃分，傳感器件可為體溫計、血氧計、血壓計、血糖計和心 率計等等。按照應(yīng)用環(huán)境劃分，傳感器件可

7、為個人用傳感器件、家庭用傳感器件、醫(yī) 院用傳感器件和車載用傳感器件。移動終端主要是匯聚傳感器件上傳的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，并把相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)到系統(tǒng)平臺或者直 接發(fā)到數(shù)據(jù)中心。移動終端可以是智能手機和平板電腦，環(huán)境允許情況下，也可以是計算 機。總體來說，傳感器件功率小、數(shù)據(jù)少并且處理能力很弱，同時數(shù)量不定但在身體 位置相對固定，所以并不適合直接傳輸數(shù)據(jù)到監(jiān)測中心和數(shù)據(jù)中心。故此，可以把所 有醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)通過移動終端匯聚起來統(tǒng)一經(jīng)由移動互聯(lián)網(wǎng)進行上傳。同時，由于移動終 端通常具備較強處理能力，可以提高上傳醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的安全性。系統(tǒng)平臺：主要完成醫(yī)療數(shù)據(jù)的展現(xiàn)、分析和管理，必要時進行反饋控制。基于該系統(tǒng) 平臺，坐診醫(yī)生可以

8、根據(jù)獲得醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)實時了解患者基本情況及既往病史，并得出診斷結(jié)論 進而實施相應(yīng)措施?？傮w來說，系統(tǒng)平臺是整個移動健康系統(tǒng)的控制單元和樞紐單元， 控制所有患者醫(yī)學(xué)記錄的存取，同時也可以控制整個移動健康系統(tǒng)的運行和管理。數(shù)據(jù)中心：用于存放患者醫(yī)學(xué)記錄的數(shù)據(jù)庫設(shè)備。通常，任何用戶和設(shè)備均只能通過監(jiān) 測中心來訪問數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心存儲傳感器件直接獲取來的和經(jīng)系統(tǒng)平臺處理過的醫(yī)學(xué) 數(shù)據(jù)，以及坐診醫(yī)生的診斷結(jié)論。數(shù)據(jù)中心是整個移動健康系統(tǒng)的核心單元和寶貴財富。3、關(guān)鍵技術(shù)3.1傳感技術(shù)傳感技術(shù)是利用傳感器件探測患者身體器官的醫(yī)學(xué)生物信號并按照規(guī)定格式轉(zhuǎn) 換為可以使用醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的技術(shù)。傳感器件是一種能感受到被測

9、量的信息，并能將檢測 到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號的檢測裝置。其信號經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)換以后可以滿 足傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)移動健康的首要環(huán)節(jié)?？?體來說，傳感器的功能與品質(zhì)決定了系統(tǒng)獲取生物信號的信息量，是高品質(zhì)傳感技術(shù) 系統(tǒng)的關(guān)鍵。3.2短距離通信技術(shù)由于傳感器件本身體積小、功率弱、成本低并且處理能力差，所以從傳感器件到 監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸問題更適合由短距離無線通信解決。一般意義上，只要通信收發(fā) 雙方通過無線電波傳輸信息且傳輸距離限制在較短范圍（幾十米）以內(nèi)，就可稱為短 距離無線通信。常見短距離無線技術(shù)有：WiFi、ZigBee、NFC、Bluetooth、IrD

10、A等。各種短距離無線技術(shù)都有其適合移動健康系統(tǒng)的特點：或者基于傳輸速度和距離；或 者基于耗電量的特殊要求；或者基于現(xiàn)有功能要求；或者基于某些特定要求。但是， 每種短距離無線技術(shù)都有應(yīng)用限制和自身缺點，無法滿足所有移動健康系統(tǒng)需求。例 如：IrDA只適用于視距傳輸，兩個相互通信的設(shè)備之間必須對準，中間不能被其它物體阻 隔；Bluetooth過于昂貴，抗干擾能力不強，存在信息安全問題；ZigBee傳輸速率慢等。3.3醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析技術(shù)如何最大程度利用醫(yī)療數(shù)據(jù)是移動健康系統(tǒng)的重點。雖然，數(shù)據(jù)的使用很大程度依 賴于醫(yī)療人員的經(jīng)驗、技術(shù)和水平，但是更好的醫(yī)學(xué)呈現(xiàn)和分析技術(shù)也是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的 重點。當前醫(yī)學(xué)存在

11、的一個很大問題就是醫(yī)療數(shù)據(jù)量大、處理利用率低和資源整合力 差。故此，需要針對典型病癥建立數(shù)字模型并形成判定條件，基于采集的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)可 以盡快給出醫(yī)療診斷建議，并對一些潛在病癥禁行預(yù)警。另外，醫(yī)學(xué)信息呈現(xiàn)也是目 前數(shù)據(jù)分析的一個熱點，既盡可能利用采集到的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)通過多媒體等技術(shù)給醫(yī)療人 員呈現(xiàn)出直觀醫(yī)療信息。4、存在問題4.1傳感技術(shù)問題目前醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)還相對落后，很多傳感技術(shù)仍停留在研究實驗階段，醫(yī)學(xué)傳感器件還 無法準確實時采集患者醫(yī)學(xué)信號，移動健康系統(tǒng)僅僅是輔助手段，坐診醫(yī)生無法完全信任醫(yī) 學(xué)傳感器件采集到的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。同時，功耗是一個無法回避的問題，對于便攜式或穿戴式醫(yī) 療終端，根據(jù)業(yè)務(wù)的需

12、要可能進行長期、不間斷的監(jiān)測，目前大部分醫(yī)學(xué)傳感器件還無法滿 足低功耗的要求?？垢蓴_能力同樣重要，部分醫(yī)學(xué)傳感器件在無線干擾情況下無法正常工作， 甚至傳遞錯誤醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。4.2互聯(lián)互通問題運營企業(yè)、醫(yī)療機構(gòu)、制造企業(yè)和軟件企業(yè)圍繞移動健康已經(jīng)開展了大量工作并且建立 起眾多移動健康服務(wù)體系。但是，移動健康服務(wù)體系各自為戰(zhàn)，在其前端設(shè)備特別是移動智 能終端中使用私有協(xié)議，導(dǎo)致了不同廠家的終端、設(shè)備和平臺之間缺乏兼容性，不同的廠商 或者服務(wù)商之間的健康保健設(shè)備不能互聯(lián)互通，對我國移動健康發(fā)展造成了重大的阻力。具 體而言：由于系統(tǒng)平臺無法互聯(lián)互通，造成許多醫(yī)療機構(gòu)和專家無法參加會診，耽誤病情診 斷；由于

13、患者醫(yī)學(xué)記錄數(shù)據(jù)格式不同或者通信接口無法互通，可能導(dǎo)致外部醫(yī)療機構(gòu)和專家 無法獲取患者歷史記錄，從而必須重新獲取數(shù)據(jù)；由于傳感器件和移動終端軟件通用型不強， 導(dǎo)致用戶需要購買不同醫(yī)療機構(gòu)傳感器件和軟件，導(dǎo)致極大資源浪費，同時也阻礙了移動健 康系統(tǒng)的發(fā)展。數(shù)據(jù)交換協(xié)議標準化是解決互聯(lián)互通問題的根本手段，當前迫切需要規(guī)范移 動健康系統(tǒng)的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，達到整個移動健康系統(tǒng)的資源共享。4.3信息安全問題移動健康系統(tǒng)信息安全主要涉及兩個方面：信息機密性和數(shù)據(jù)完整性。信息機密性主要 是指移動健康系統(tǒng)采集的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)屬于個人隱私信息，在整個采集和傳輸過程中存在被第三 方獲取的風(fēng)險，其中最容易被竊取的環(huán)節(jié)患者數(shù)據(jù)在多家醫(yī)療機構(gòu)共享和傳感器件向網(wǎng)關(guān)設(shè) 備上傳醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的階段。數(shù)據(jù)完整性目的是保證被上傳的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)不被篡改。上傳的醫(yī)學(xué)數(shù) 據(jù)有可能在傳輸過程中修改，甚至于患者本人或者第三者利用其它傳感器件上傳非患者本人 的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。解決以上信息安全問題的關(guān)鍵就在于對患者身份的以及關(guān)鍵設(shè)備的認證， 患者數(shù)據(jù)使用的授權(quán)和傳輸數(shù)據(jù)的加密。當然，在解決信息安全問題的同時需要綜合 考慮安全性和可用性、安全性和操作性、安全性和靈活性以及安