萬 振，邱 丹，劉元喆，許 華，趙衛(wèi)康*，劉 勇

（1.天津大學海河醫(yī)院，天津 300350；2.沈陽聯勤保障中心藥品儀器監(jiān)督檢驗站信息科，沈陽110026；3.西北師范大學計算機科學與工程學院，蘭州 730070）

0 引言

物聯網是繼計算機、互聯網之后的又一新的信息科學技術，目前世界多個國家將物聯網作為發(fā)展新經濟技術的主要突破口之一，我國在“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)規(guī)劃中就已將物聯網技術列為新一代信息技術產業(yè)的重要組成部分[1]，其發(fā)展的戰(zhàn)略意義重大，是我國工業(yè)4.0道路上不可或缺的一個發(fā)展領域。醫(yī)療物聯網作為其中一個重點研究分支，如何高效地進行技術研發(fā)和應用研究，并有效融合于實際醫(yī)療需求，對全面提高醫(yī)療水平具有非常重要的意義[2]。以下對醫(yī)療物聯網的概念、技術與應用情況進行介紹，指出存在問題，提出針對性的建議，并對醫(yī)療物聯網未來發(fā)展進行展望。

1 醫(yī)療物聯網的概念

醫(yī)療物聯網（internet of medical things，IoMT）是指通過物聯網和通信技術將醫(yī)護工作人員、患者、各種醫(yī)療設備和設施智能便捷地連接起來，從而全面支持醫(yī)療數據自動識別、定位、采集、跟蹤、管理、共享等各項功能，更好地完成智能化醫(yī)療以及智能化物品管理[3-4]。而構建醫(yī)療物聯網系統(tǒng)可實現對患者健康狀況的實時狀態(tài)反饋，提高就醫(yī)響應速度，提供全天候的醫(yī)療關護，大大減輕醫(yī)務人員的工作壓力，提高醫(yī)療工作的準確性和便利性，提升臨床醫(yī)療質量。

2 醫(yī)療物聯網技術

醫(yī)療物聯網區(qū)別于其他物聯網應用，具有采集數據精細化、各類設備多樣化、實現的應用復雜化的特點，且系統(tǒng)中還存在著大量的異構接口、異構數據、異構協(xié)議通信轉換的現象。醫(yī)療物聯網結構龐大、要求繁多，決定了其為物聯網各項應用中技術含量需求、成熟度需求、穩(wěn)定性需求更高的體系[5]。

鑒于現有物聯網的技術基礎與醫(yī)療體系的特殊性，醫(yī)療物聯網領域采用更多的是感知層（承擔信息的采集）、網絡層（承擔信息的傳輸）和應用層（完成信息的分析、處理和控制決策）[6]3層技術體系架構。醫(yī)療物聯網技術體系架構如圖1所示。

圖1 醫(yī)療物聯網技術體系架構

2.1 感知層

醫(yī)療物聯網感知層主要通過各類傳感器設備采集患者的生理參數（如體溫、血壓、血氧、心率等數據）、個人信息、醫(yī)療設備的運行參數等各項數據，并轉換為特定信號上傳至對應處理器，收集和識別醫(yī)療所需的感知信息和控制信息[7]。

感知層現有關鍵技術主要包括射頻識別（radio frequency identification，RFID）技術、傳感器技術網絡化、智能嵌入技術。

2.1.1 RFID

RFID是一種非直接接觸式的自動識別技術，即通過自動識別射頻信號獲取目標對象相關數據的一種領先技術[8]。射頻識別系統(tǒng)主要由標簽、閱讀器、天線3個部分組成。其優(yōu)點在于：（1）識別工作無需人工干預；（2）可適應各種工作環(huán)境；（3）數據存取速度快；（4）多個標簽可實現即時無干擾識別；（5）操作流程便捷、簡易化。

2.1.2 傳感器技術網絡化

傳感器技術網絡化即將熱、力、光、電、聲、位移等傳感器所感知的信息與網絡相結合，或通過無線傳感器網絡技術采集、傳輸和處理相關信息[9]，從而將物聯網應用于醫(yī)療體系的各個角落，全方位實現醫(yī)療體系電子化、信息化。傳感器是物聯網中的必要組成部分，隨著傳感器網絡化的發(fā)展，物品信息提取更加便利，網絡上的各點在具有授權的前提下都可對網絡傳感器信息進行提取及應用，提升傳感器網絡的使用頻率及效率[10]。

2.1.3 智能嵌入技術

智能嵌入技術本身可以增強網絡前端的處理能力，提高數據處理的效率并提升網絡自適應能力。具備智能嵌入技術的物體將具有某些處理能力和刺激反饋能力。智能嵌入技術使物體實現與用戶主動或被動的交互，是物聯網關鍵技術之一[11]。

2.2 網絡層

醫(yī)療物聯網網絡層主要通過各類無線傳輸技術，將處理完成的信息傳送至服務器，同時接收上位機的控制信息，實現數據傳輸的上通下達[12]。

當前，網絡層重點發(fā)展方向在于開發(fā)高度匹配物聯網特性的無線通信技術，建立通用型技術標準。

最開始的物聯網基于無線局域網（wireless local area networks，WLAN）技術，通過連接 Wi-Fi、藍牙（Bluetooth）、ZigBee、Z-wave傳輸數據，但是這些傳輸技術局限于功耗高、傳送距離受限，限制了WLAN物聯網應用在工業(yè)企業(yè)應用場景中。

大部分物聯網應用場景的需求是待機久、造價低、覆蓋廣，為滿足這種特性要求，通信行業(yè)推出了低功耗廣域網（low-power wide-area network，LPWAN）技術，以更好地匹配物聯網信息傳輸需求，是今后物聯網無線傳輸的主流方式。作為一種新的技術概念，LPWAN包括很多技術標準，比較主流的有NB-IoT、eMTC、LoRa、SigFox等技術。以上技術中，LoRa、SigFox屬于私有技術，需要獨立建網，經濟性較差，不利于推廣；eMTC、NB-IoT屬于國際標準，但eMTC比NBIoT成本高，故NB-IoT標準協(xié)議在2016年6月由第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）組織（移動通信標準化團體）確定為物聯網通信的全球統(tǒng)一標準。綜合考量現有技術，NB-IoT更容易推廣和建設，當NB-IoT鋪設完畢，將會大大推進物聯網技術的發(fā)展、應用[13]。

2.3 應用層

醫(yī)療物聯網應用層作為醫(yī)療物聯網的核心，主要完成對感知層采集的數據的歸納計算和處理，并將數據與應用需求相結合從而得出反饋，然后對反饋進行計算處理，將計算結果應用到實際智能化控制和管理過程當中，實現物與物、人與物的信息交互。

醫(yī)療物聯網根據應用服務場景可分為院前急救體系、院內醫(yī)療系統(tǒng)、家庭健康管理、智慧管理平臺四大方向，各個方向的應用之間數據也要進行相互傳輸交互，形成有效數據閉環(huán)。

3 醫(yī)療物聯網的應用

自2009年將物聯網列于國家新興戰(zhàn)略性產業(yè)之后，國家出臺了多項政策加快物聯網建設，2019年4月，工業(yè)和信息化部、國務院國有資產監(jiān)督管理委員會在《關于開展深入推進寬帶網絡提速降費 支撐經濟高質量發(fā)展2019專項行動的通知》（工信部職通信〔2019〕94號）中提到：進一步升級NB-IoT網絡能力，持續(xù)完善NB-IoT網絡覆蓋，建立移動物聯網發(fā)展監(jiān)測體系，促進各地NB-IoT應用和產業(yè)發(fā)展[14]。

為響應國家政策和提高醫(yī)療服務水平，無錫市某醫(yī)院、大連某附屬中山醫(yī)院、廈門大學某附屬醫(yī)院、重慶醫(yī)科大學某附屬醫(yī)院等逐步發(fā)展、完善醫(yī)療物聯網體系，對患者健康狀況進行全過程全周期管理，全面提升醫(yī)療能力。通過對現有案例的分析，醫(yī)療物聯網可分為院前急救體系、院內醫(yī)療系統(tǒng)、家庭健康管理、智慧管理平臺四大方向，各個方向又分為各分支應用。本文介紹了大部分成熟的物聯網應用，有部分尚在開發(fā)或未大面積應用的分支醫(yī)療物聯網應用未敘詳盡，在醫(yī)療物聯網的應用體系圖中以省略號表示，如圖2所示。

圖2 醫(yī)療物聯網的應用體系

3.1 院前急救體系

急診工作具有突發(fā)性和即時性，在急救指揮中心調度的同時也需要和院內救治緊密配合。上海市某醫(yī)院通過基于物聯網的多發(fā)傷病院前、院內急救信息平臺的良好應用，針對性解決了由于院前、院內急救人員分屬不同團隊導致聯合救治過程中銜接不順暢的問題[15]。院前急救體系與物聯網技術的結合主要表現在以下3個方面：

（1）通過醫(yī)療物聯網實現全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）定位、急救調度分配、電子病歷傳輸，保障一線急救的即時性和高效率；

（2）急救過程中物聯網設備實時記錄患者生命體征數據并上傳至急救指揮中心和院內醫(yī)療系統(tǒng)，實現救治方案共享；

（3）通過院前、院內醫(yī)療進行實時的信息交互和遠程治療指導，可以更好地銜接院前、院內急救工作，大大提高診療水平。醫(yī)療物聯網在院前急救中的發(fā)展有助于疑難病例的治療和分級轉診工作，大大提高了急救指揮中心及接診醫(yī)院應對突發(fā)性衛(wèi)生事件的能力[16]。

3.2 院內醫(yī)療系統(tǒng)

院內醫(yī)療系統(tǒng)支撐著醫(yī)院內部的基礎醫(yī)療救治業(yè)務，打造基于醫(yī)療物聯網技術與醫(yī)護工作高效融合的智慧醫(yī)療平臺，實現更高效的醫(yī)護工作及患者服務，是院內醫(yī)療系統(tǒng)發(fā)展的方向。無錫市某醫(yī)院作為中國首家醫(yī)療物聯網整體應用示范醫(yī)院，實施成功的物聯網項目有嬰兒防盜系統(tǒng)、無線輸液過程管理、移動護理條碼掃描系統(tǒng)、移動門診輸液管理系統(tǒng)等。依托先進的院內醫(yī)療系統(tǒng)，無錫市某醫(yī)院創(chuàng)建了一個高標準、高質量的新型服務模式[17]。具體如下：

（1）藥物管理。

合理地設置藥物管理流程，通過具有唯一性的RFID標簽，能夠有效地監(jiān)控和管理醫(yī)療設備和藥品的整個生產、銷售、使用環(huán)節(jié)，且對于防偽具有非常顯著的優(yōu)勢[18]。配合信息化技術，實現藥品全自動化管理，在藥品處方匹配及藥品供貨、上架、打包、配送、接收整個流程中都可以實現藥物的跟蹤以及追溯，既可以保證藥物的準確性，又可以保證藥品管理過程的快捷，如有問題可以精確追溯到對應過程，及時整改，大大提高了效率。

（2）醫(yī)護系統(tǒng)管理。

為了改善就醫(yī)流程、保障醫(yī)療安全、提升患者就醫(yī)流程的可視化、減輕醫(yī)護人員的工作壓力，將物聯網技術應用于醫(yī)護系統(tǒng)中，可以實現患者身份識別、醫(yī)囑自動核對等功能，減小護理人員的勞動強度，提高患者信息的準確性，簡化傳統(tǒng)模式的復雜流程。醫(yī)護系統(tǒng)可以自動控制患者輸液速度，報警提示危急狀況，減輕護理工作人員的負擔，同時實現對醫(yī)護工作者更加合理的調度。在外科手術室管理中，通過醫(yī)療設備自動識別管理系統(tǒng)完成對醫(yī)療設備基本信息、每次巡檢記錄和維護記錄的存儲，有利于界定與醫(yī)療設備相關的醫(yī)療事故責任[19]，將醫(yī)療設備、一次性器材、病理標本信息化，簡化了流程，提高了效率。電子病歷的應用可以跟隨患者就診、住院、取藥、治療情況等治療全過程，實現過程全記錄，提高醫(yī)療方案的精準性[20]。

3.3 家庭健康管理

國內外家庭健康數據的采集與傳輸逐漸簡單化、標準化，家庭健康管理的數據與院內醫(yī)療系統(tǒng)逐步實現了同步傳輸及信息合并共享，這對慢性病、中老年患者的治療尤為有效。通過對患者長期數據的統(tǒng)計研究，可以制訂更好的治療方案。智能穿戴設備的普及對居民健康信息的采集和移動護理都大有裨益，使家庭健康的觀念從治療向預防轉變。物聯網應用于家庭醫(yī)療健康，有助于全民健康意識的提升和全方位搭建、完善個人健康管理體系，個人健康數據庫越龐大，針對性治療的方案將越準確，可大大降低慢性病、老年病的發(fā)病率，提高隨診的針對性與效率。家庭健康管理的廣泛應用將醫(yī)療健康服務提升到又一新的高度[21]。

3.4 智慧管理平臺

智慧管理平臺主要包含醫(yī)療物資管理、運維管理、能源管理、安全管理4個部分，是醫(yī)院正常運轉的基礎保障平臺。具體如下：

（1）醫(yī)療物資管理。

作為醫(yī)療活動的基礎，及時補充高頻耗材和更換過期耗材以及跟蹤物資材料出入庫是醫(yī)療物資管理提高效率、降低成本、增加產品可塑性的重要途徑。通過RFID技術，每一批物資都可以實現入庫、出庫、科室管理、報損、廢棄、銷毀全過程監(jiān)督，有利于在各個重點環(huán)節(jié)明確執(zhí)行各項規(guī)章制度，更好地保證了醫(yī)療工作的正常運行。物聯網技術在醫(yī)療物資管理的應用可以提高精細化管理的水平、降低物資管理的難度，大大提高了工作效率[22]。

（2）運維管理。

醫(yī)療服務機構的運維管理是一個非常復雜的工程，包含眾多分支，每個分支的專業(yè)度要求很高。物聯網與運維管理結合較為緊密的有醫(yī)療設備監(jiān)管、醫(yī)療廢棄物管理、消毒供應管理和醫(yī)療冷鏈管理，具體如下：①醫(yī)療設備監(jiān)管：對種類繁多、數額較大的醫(yī)療設備運行狀態(tài)進行監(jiān)控及定期巡檢管理、記錄維修保養(yǎng)情況等；②醫(yī)療廢棄物管理：主要包括醫(yī)療垃圾的分類監(jiān)管、醫(yī)療廢棄物存儲時間提醒、醫(yī)療垃圾處理過程記錄；③消毒供應管理：實現手術器械等接收、消毒、包裝、發(fā)放、回收等全流程管理；④醫(yī)療冷鏈管理：實現醫(yī)院對溫度、濕度有特殊要求的空間和物品進行全程實時智能管理。這些功能均可通過RFID識別電子標簽、上傳數據從而進行管理，減少低效率的人工投入，注重管理過程，實現報告的實時化、可視化，充分發(fā)揮設備的最大功用，避免設備價值無效流失的情況。物聯網將運維管理簡化、規(guī)范，將龐大繁雜的工作量歸納匯總成直觀簡潔的數據，實現運維管理的可視化。

（3）能源管理。

醫(yī)療設備效益分析指導醫(yī)院的科學投資，保障醫(yī)療設備的社會效益和經濟效益雙豐收[23]。可以通過對醫(yī)院主要能耗設備的實時信息采集與處理分析，進行能耗統(tǒng)計與節(jié)能管理，實現設備各項能耗數據的高精度收集，為能源精細設計和節(jié)能改造提供數據支持，并通過大量數據的累積形成趨勢記錄，幫助優(yōu)化資源和規(guī)劃運行模式，大大降低能源成本。

（4）安全管理。

安全運行是醫(yī)院管理的第一要素，安全管理實現及時預警與報警功能，當被監(jiān)測設備運行狀態(tài)超出安全閾值時，系統(tǒng)將設備運行故障問題代碼傳送至工作人員，工作人員可通過監(jiān)測設備收集的數據資料進行維修排查，提前排除安全隱患。安全管理還可以實現系統(tǒng)聯動，實時安全防護，某一環(huán)節(jié)出現了故障，其他環(huán)節(jié)采取相應措施，防止故障繼續(xù)擴大到其他環(huán)節(jié)，將故障帶來的影響降到最低?；谖锫摼W的醫(yī)療設備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)可有效降低電氣故障的發(fā)生率，提高醫(yī)療設備的安全性[24]。

4 醫(yī)療物聯網應用存在的問題與建議

醫(yī)療物聯網應用有巨大的發(fā)展?jié)摿?，眾多醫(yī)院已經將部分醫(yī)療物聯網應用落地在實際當中，但實際運用仍存在一些問題需要逐步完善。為了更好地貼近應用需求，針對目前存在的主要問題，筆者進行了分析并給出了相應建議。

（1）行業(yè)缺乏通用標準。以重慶醫(yī)科大學某附屬醫(yī)院的醫(yī)院信息化管理為例，由于互聯網行業(yè)標準體系處于建立中，沒有統(tǒng)一的標準可循，建設的物聯網只是基于自身醫(yī)院發(fā)展而建設，很難實現跨醫(yī)院、跨地區(qū)的資源共享[25]，兼容性較低、拓展性較差。國家相關衛(wèi)生健康部門可通過采集現有規(guī)模較大、應用較為成熟的醫(yī)療機構的信息，制定適用性廣泛的通用標準，引導廠商開發(fā)可兼容軟件配套系統(tǒng)，便于各醫(yī)療單位進行統(tǒng)一標準的配套升級，進而能夠實現數據資源的快速傳遞，進一步提升物聯網的數據共享與處理功能。

（2）物聯網平臺建設分散。投入使用的部分現有物聯網平臺只是解決針對性的問題有效，分散成獨立的每個平臺系統(tǒng)，沒有頂層設計，難以整合，構建難度增大[26]，平臺與平臺之間沒有交互，相互獨立，無法實現醫(yī)院內部與外部的資源共享?？煽紤]在后續(xù)平臺的建設過程中加強集成化平臺的應用，將之前的各個平臺整合，采用統(tǒng)一的接口與開放協(xié)議，保證各個系統(tǒng)內的數據以統(tǒng)一編碼的形式無縫銜接，以提高院內資源的利用率。

（3）數據利用程度較低。在采集到大量數據后，對數據進行合理的篩選、分析、計算，提取其中有效信息，為后續(xù)處理過程提供有價值的數據，是醫(yī)療物聯網更深價值的體現，但目前的數據處理方法與醫(yī)療實際應用貼合性較差，導致數據利用率較低[27]。為解決此問題，需加強多學科融合，引進更多計算機算法與醫(yī)療數據相結合的人才，通過在實驗環(huán)境的重復模擬與論證，采用更貼合醫(yī)療數據特殊性要求的系統(tǒng)方案，從而提高對大數據的利用轉化率。

（4）數據安全問題。醫(yī)療物聯網系統(tǒng)所采集的數據涉及到大量患者個人的隱私信息，因此保障數據安全越來越受到重視。感知層是基于開放的網絡架構進行運作，具有高度動態(tài)的網絡拓撲的特性，而醫(yī)療信息的特殊性與物聯網的開放性尚未做到很好的兼容[28]。為了規(guī)避通信當中的信息泄露、病毒侵襲、黑客攻擊等各種意外情況的發(fā)生，可考慮與各通信公司合作，通過鋪設專網、加強防火墻等級、對云數據添加多層密鑰等各種方式來保障醫(yī)療數據的安全。

5 結語

醫(yī)療物聯網作為醫(yī)療發(fā)展信息化新的方向，顯著提高了醫(yī)療服務水平和質量，為患者營造了良好的就醫(yī)環(huán)境，簡化了各項流程，減輕了醫(yī)護工作人員的壓力，推進了醫(yī)療行業(yè)的數字化、信息化發(fā)展[29]。作為新興事物，其本身還存在一些不足，制約了醫(yī)療物聯網的應用，相信隨著醫(yī)療行業(yè)、5G新技術、網絡基礎建設、傳感器技術等多項技術的發(fā)展及融合，醫(yī)療物聯網會越來越成熟，會在先進技術手段的基礎上深度拓展，融入“智慧”成分，由“算法+算力+數據”打造可以自學習的智慧醫(yī)療核心，具備自學習、思考、決策的能力，創(chuàng)建更高層次的“智慧醫(yī)療”，將大大推動醫(yī)療行業(yè)整體服務水平[30]。