王 燁，于欣平，賴建強(qiáng)

(中國(guó)疾病預(yù)防控制中心營(yíng)養(yǎng)與健康所，北京 100050)

物聯(lián)網(wǎng)助力營(yíng)養(yǎng)工作發(fā)展

王 燁，于欣平，賴建強(qiáng)

(中國(guó)疾病預(yù)防控制中心營(yíng)養(yǎng)與健康所，北京 100050)

作為多種高新科技跨學(xué)科聯(lián)合運(yùn)用的結(jié)晶，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)升級(jí)和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的引導(dǎo)下，物聯(lián)網(wǎng)正在快速融入工作和生活的方方面面，其“萬(wàn)物互聯(lián)”的特性能夠大幅提升營(yíng)養(yǎng)工作的信息獲取能力，解決營(yíng)養(yǎng)工作信息獲取“最先一公里”的困局，為精準(zhǔn)化營(yíng)養(yǎng)工作奠定基礎(chǔ)。

物聯(lián)網(wǎng)；營(yíng)養(yǎng)工作

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)技術(shù)是21世紀(jì)信息通信技術(shù)(ICT)飛躍發(fā)展的重要成果。據(jù)估計(jì)，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量達(dá)到240億，是我國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的重要組成部分和“國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃(2012—2030年)”中的建設(shè)重點(diǎn)，標(biāo)志著萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代正在開(kāi)啟[1-7]。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)在健康領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅速：無(wú)線身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WBANs)是許多附著于人體或衣物內(nèi)外的傳感器，可以監(jiān)測(cè)身體活動(dòng)和健康參數(shù)[8-10]；米蘭的“未來(lái)城市生活實(shí)驗(yàn)室”設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的生活服務(wù)，可以促進(jìn)健康生活方式的形成[11]；而物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算與智慧建筑的結(jié)合更可以提供實(shí)時(shí)的醫(yī)療信息反饋[12]。在我國(guó)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多種可穿戴智能設(shè)備已逐漸融入了大眾的生活，能夠隨時(shí)獲取個(gè)體的健康相關(guān)信息，綜合運(yùn)用于健康和慢病管理[13-16]。

物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延伸和應(yīng)用拓展，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理世界的感知識(shí)別、實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策，與新時(shí)期營(yíng)養(yǎng)工作的需求不謀而合。如何將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與營(yíng)養(yǎng)工作深度融合，是營(yíng)養(yǎng)工作信息化、精準(zhǔn)化的必要舉措。

1 營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

1.1 建設(shè)原則

1.1.1 可擴(kuò)展性 可擴(kuò)展性指營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)需要具備能夠擴(kuò)展(或減少)自身功能的能力。隨著國(guó)民對(duì)健康的重視和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，各種新設(shè)備、新技術(shù)都會(huì)被不斷引入或退出系統(tǒng)，其節(jié)點(diǎn)數(shù)目也會(huì)產(chǎn)生很大變化。為了保證這些情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)時(shí)就要求營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)需要具備良好的可擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備及用戶的擴(kuò)展和變化。

1.1.2 可共享性 可共享性有兩層意思。一是營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)感知層采集到的信息必須具有可重復(fù)利用性，應(yīng)該能夠便捷地應(yīng)用于各類健康系統(tǒng)或工程中，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，意味著各種信息編碼必須要標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化，不能是各功能組塊“九龍治水”的模式。更進(jìn)一步的是，根據(jù)《健康中國(guó)2030規(guī)劃綱要》和《關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》要求，積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，主動(dòng)與國(guó)家有關(guān)部門對(duì)接，將營(yíng)養(yǎng)信息作為國(guó)民健康信息的重要組成部分，納入居民健康信息統(tǒng)一管理。

1.1.3 安全性和可靠性 安全性和可靠性同樣具有兩層意思。安全性和可靠性是網(wǎng)絡(luò)體系的基本要求，尤其是健康行業(yè)，對(duì)于數(shù)據(jù)的可靠性要求更為嚴(yán)格。另一方面，營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)采集和傳遞了大量個(gè)人健康和環(huán)境信息，在系統(tǒng)構(gòu)建之初就需要予以高度重視和考量。

1.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

參考互聯(lián)網(wǎng)及農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生等行業(yè)經(jīng)驗(yàn)[17-20]，根據(jù)營(yíng)養(yǎng)工作的實(shí)際需求，營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)可分為四層：感知層，是聯(lián)系物理世界和信息世界的紐帶(RFID、傳感器、GPS等)；網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層，將感知到的數(shù)據(jù)接入互聯(lián)網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)等)；管理服務(wù)層，將傳輸來(lái)的大規(guī)模數(shù)據(jù)組織分析，以供上層利用(營(yíng)養(yǎng)云平臺(tái)、營(yíng)養(yǎng)大數(shù)據(jù)、LIMS等)；綜合應(yīng)用層，連接到具體用戶，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)的目的(自動(dòng)化營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)化營(yíng)養(yǎng)干預(yù)等)(附圖)。

附圖 營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)設(shè)想

2 物聯(lián)網(wǎng)各要素與營(yíng)養(yǎng)工作的深度結(jié)合

2.1 感知層

2.1.1 RFID RFID是無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的簡(jiǎn)稱，利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(電磁場(chǎng)等)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到智能識(shí)別的目的。RFID在國(guó)外工業(yè)界已得到了廣泛運(yùn)用，國(guó)內(nèi)最廣為人知的引用是第二代身份證。RFID最為重要的功能是為每一個(gè)物體打上標(biāo)簽，使其能夠被自動(dòng)識(shí)別。目前我國(guó)已有了基于RFID的社區(qū)和老年健康服務(wù)的嘗試[14，21]。在營(yíng)養(yǎng)工作中，無(wú)論是對(duì)于目標(biāo)人群個(gè)體的身份識(shí)別，還是其選擇的食物、飲料和預(yù)包裝食品，甚至是餐具、運(yùn)動(dòng)器材、物流或交通工具，都能夠通過(guò)附著RFID的方式得到自動(dòng)識(shí)別，方能納入整個(gè)后續(xù)管理系統(tǒng)。

2.1.2 傳感器(傳感網(wǎng)絡(luò)) 傳感器的出現(xiàn)至今已有130余年的歷史，分為熱敏元件、光敏元件、力敏元件等很多種類。傳感器本身并不能稱之為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，只有加上了通信模塊，具備了通信的傳感器才能成為傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。事實(shí)上，目前所有的環(huán)境、健康監(jiān)測(cè)及可穿戴智能設(shè)備都是基于一種或多種傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。傳感網(wǎng)絡(luò)能夠極大增強(qiáng)人們對(duì)外部事物的感知的能力和準(zhǔn)確性，是精準(zhǔn)化、科學(xué)化營(yíng)養(yǎng)工作的基礎(chǔ)。

傳感器的聯(lián)合運(yùn)用能夠?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)工作帶來(lái)跨越性發(fā)展。在體格檢測(cè)方面，心率帶、電子血壓計(jì)等各種可穿戴/智能設(shè)備早已為人所熟知，電子溫度計(jì)、氣壓計(jì)等也得到了廣泛運(yùn)用；在膳食調(diào)查方面，已出現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的膳食評(píng)估技術(shù)，能夠直接通過(guò)手機(jī)拍攝的就餐食物圖片和距離等信息實(shí)時(shí)自動(dòng)計(jì)算食物的攝入量，其準(zhǔn)確率也在逐步提升[22-27]；在身體活動(dòng)記錄方面，除了智能手環(huán)、手表等常規(guī)設(shè)備外，微軟公司開(kāi)發(fā)了一種集成相機(jī)、被動(dòng)式體溫傳感器、多軸加速度傳感器等一系列傳感設(shè)備，用以長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)記錄使用者的生活記錄[28-30]。這些技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用將有助于將傳統(tǒng)的“被動(dòng)”抽樣營(yíng)養(yǎng)調(diào)查發(fā)展為“主動(dòng)”的全樣本實(shí)時(shí)營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)，大大提升營(yíng)養(yǎng)工作的時(shí)效性。

實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)是營(yíng)養(yǎng)工作的基本要素之一。實(shí)際上，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室中各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的儀器也是大量傳感器的集合體。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)“萬(wàn)物互聯(lián)”的特性，我們可以把每一臺(tái)儀器假設(shè)為一個(gè)獨(dú)立的傳感器，通過(guò)恰當(dāng)?shù)男畔⑼ㄐ欧绞綄⒉杉降臄?shù)據(jù)接入系統(tǒng)，使其真正成為營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)的傳感器節(jié)點(diǎn)。

2.1.3 定位系統(tǒng) 定位系統(tǒng)是提供“基于位置的服務(wù)”的基礎(chǔ)。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)是世界上最常用的定位系統(tǒng)，借助于A-GPS、蜂窩基站定位、Wifi定位等輔助手段，能夠?yàn)槭褂谜呖旖?、?zhǔn)確地提供位置信息。對(duì)于營(yíng)養(yǎng)工作而言，在定位系統(tǒng)提供的位置信息背后，實(shí)際上承載了地理位置、處于該位置的時(shí)刻、處于該位置的對(duì)象，即“時(shí)間、空間、人間”的三間分布要素。利用這些信息，方能在特定的時(shí)間因地制宜、因人而異地提供個(gè)性化的營(yíng)養(yǎng)服務(wù)

2.1.4 智能設(shè)備 隨著技術(shù)的發(fā)展，平板電腦、智能手機(jī)等智能設(shè)備迅速普及，使得人們可以隨時(shí)隨地地接入互聯(lián)網(wǎng)，也是信息化營(yíng)養(yǎng)工作開(kāi)展的基礎(chǔ)。目前，已有基于平板電腦的膳食面訪系統(tǒng)已經(jīng)在工作中得到試劑應(yīng)用[31-32]，且尚有巨大的開(kāi)發(fā)潛力。

2.2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層

2.2.1 互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng) 2014年我國(guó)移動(dòng)用戶滲透率為94.5%，3G、4G用戶呈上升趨勢(shì)[33]。移動(dòng)通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的信息正是由它傳導(dǎo)。相比于固定化的互聯(lián)網(wǎng)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)使得感知層的各種設(shè)備能夠真正“隨時(shí)隨地”地接入網(wǎng)絡(luò)。尤其是正在研發(fā)推廣的下一代(5G)移動(dòng)通信技術(shù)，針對(duì)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備高效接入的要求，具備了更高鏈接密度時(shí)優(yōu)化的信令控制能力，能夠成為物聯(lián)網(wǎng)終端信息傳輸?shù)挠行脚_(tái)[34]，為今后營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的大規(guī)模運(yùn)用奠定了通信基礎(chǔ)。

2.2.2 無(wú)線接入技術(shù) 如果說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中用于大容量數(shù)據(jù)通信的“主干道”，那么實(shí)現(xiàn)“通往家門的小路”的就是各種無(wú)線接入技術(shù)。我們所熟知的WiFi、藍(lán)牙，以及智能設(shè)備常用的Zigbee協(xié)議等，都是常用的通信方式，營(yíng)養(yǎng)工作需要監(jiān)測(cè)對(duì)象的體格、行為、食物攝入及環(huán)境等指標(biāo)，在涉及多種不同的無(wú)線傳感設(shè)備的同時(shí)，還需確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。上面這些物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備各具特色，并沒(méi)有哪一種技術(shù)能夠“全面優(yōu)于”其他技術(shù)，需要在實(shí)踐中根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求進(jìn)行選擇。

2.3 管理服務(wù)

2.3.1 營(yíng)養(yǎng)大數(shù)據(jù)與云平臺(tái) 我國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展已具備一定基礎(chǔ)，正在努力實(shí)現(xiàn)從“數(shù)據(jù)大國(guó)”向“數(shù)據(jù)強(qiáng)國(guó)”的轉(zhuǎn)變[35]。大數(shù)據(jù)的分析有賴于云計(jì)算，以及SaaS、PaaS、IaaS等云服務(wù)[36]。建立營(yíng)養(yǎng)云平臺(tái)可以有效提高信息收集效率，將人群數(shù)據(jù)和個(gè)體信息進(jìn)行有機(jī)融合。再通過(guò)云端應(yīng)用程序、APP 等直接向用戶提供經(jīng)過(guò)處理的結(jié)果性數(shù)據(jù)[37]。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)即LIMS，是通過(guò)對(duì)樣品檢驗(yàn)流程、數(shù)據(jù)分析、報(bào)告、實(shí)驗(yàn)室資源等要素的綜合管理，按照標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)范，建立符合實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)流程的質(zhì)量體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室信息化管理[38]。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量體系的信息化管控，現(xiàn)代LIMS系統(tǒng)能夠接入各種信息化實(shí)驗(yàn)儀器和針對(duì)樣品、環(huán)境、實(shí)驗(yàn)流程監(jiān)控設(shè)備，使得各個(gè)孤立的儀器成為了營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)還能夠在服務(wù)器和云端進(jìn)行自動(dòng)化管理和質(zhì)量控制，確保了檢驗(yàn)流程、方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

2.4 綜合應(yīng)用層

營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)能夠極大促進(jìn)監(jiān)測(cè)、干預(yù)、指導(dǎo)等各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)工作。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳感節(jié)點(diǎn)提供的大量環(huán)境和健康大數(shù)據(jù)，高效匯總至云端，在經(jīng)過(guò)處理后可以為個(gè)人提供個(gè)體化營(yíng)養(yǎng)健康狀況和干預(yù)信息。同時(shí)，這些信息納入個(gè)人健康檔案后，能夠?yàn)獒t(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)提供準(zhǔn)確的個(gè)體和人群健康信息，有助于開(kāi)展醫(yī)療救治和相關(guān)干預(yù)活動(dòng)。此外，營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)的建立也有助于為政府決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持，助力相關(guān)政策的出臺(tái)和“健康中國(guó)2030”的實(shí)現(xiàn)。

3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

ISO、IEEE等機(jī)構(gòu)已經(jīng)逐步建立了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，其中也包括了針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)健康設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。最具有代表性的就是ISO/IEEE 11073 健康信息—醫(yī)療/健康設(shè)備通信標(biāo)準(zhǔn)系列。該標(biāo)準(zhǔn)系列分為兩部分，針對(duì)臨床健康監(jiān)控的POC(Point-of-care)系列和針對(duì)日常健康管理的PHD(Personal health device)個(gè)人健康設(shè)備系列。其中PHD系列與營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)系密切，包含了體重、血壓、血糖、體脂、身體活動(dòng)等方面相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)是質(zhì)量的基礎(chǔ)，在建立營(yíng)養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程中要防止閉門造車，積極采用甚至提出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保真?zhèn)€物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其信息的質(zhì)量。

4 結(jié)論

目前，我國(guó)正在經(jīng)歷新一輪創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下的技術(shù)革命，各種新技術(shù)的迭代和應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)往的任何一個(gè)時(shí)期。另一方面，營(yíng)養(yǎng)信息化建設(shè)是營(yíng)養(yǎng)學(xué)與信息技術(shù)的交差學(xué)科，所采用的新技術(shù)、新思路，對(duì)于營(yíng)養(yǎng)工作人員來(lái)說(shuō)并不熟悉；另一方面，信息工作人員對(duì)各種新技術(shù)了然于心，卻缺乏必要的營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)。如何加強(qiáng)雙方溝通，甚至于建立兩個(gè)領(lǐng)域的互通機(jī)制，使得營(yíng)養(yǎng)工作能夠適應(yīng)新形勢(shì)下社會(huì)和國(guó)家的需求，是需要在營(yíng)養(yǎng)工作信息化頂層設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)作為新一代ICT技術(shù)的代表，更是需要做好頂層設(shè)計(jì)，廣泛開(kāi)展調(diào)研，創(chuàng)新工作模式，明晰技術(shù)需求，探索培養(yǎng)健康信息化復(fù)合型人才。在具體實(shí)踐中，盡管仍有許面臨多挑戰(zhàn)需要解決，但機(jī)遇遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于挑戰(zhàn)，營(yíng)養(yǎng)工作者應(yīng)該主動(dòng)加深與信息和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)間的合作，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的積極作用，做好頂層設(shè)計(jì)，使我國(guó)的營(yíng)養(yǎng)工作更上一個(gè)臺(tái)階?！?/p>

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(責(zé)任編輯 李婷婷)

The Internet of Things Contributes to The Development of Nutrition Work

WANG Ye，YU Xin-ping，LAI Jian-qiang
(National Institute of Nutrition and Health，CDC，Beijing 100050，China)

The application of Internet of Things technology in nutrition work，combined with the development of relevant standards，could solve the nutritional information to obtain “the first one mile” dilemma to lay the foundation for the refinement of nutrition work.

Internet of Things(IOT)；nutrition work

王 燁(1986— )，男，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：營(yíng)養(yǎng)學(xué)、衛(wèi)生管理。

賴建強(qiáng)(1969— )，男，博士，碩士生導(dǎo)師，研究員，研究方向：營(yíng)養(yǎng)學(xué)。