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技術專欄
物聯網的醫院信息化核心技術分析
發布日期:2015/9/14 19:18:11     作者:    已有  閱讀過本文

        近年來, 無線通信技術、射頻識別技術(RadioFrequency  Identification,RFID)、傳感器技術和智能終端技術得到了迅速發展并日趨成熟,而將這些技術與互聯網結合而形成的物聯網(Internet of  Tings)技術,已成為下一代互聯網的重要組成部分。隨著物聯網技術在醫療衛生領域的廣泛應用,改變了原有的醫療衛生服務模式,促使醫療衛生體系走向了  “遠程化、智能化”的發展階段。

  物聯網是通過各種傳感設備采集數據,按照約定協議進行信息交換和通信,對處理數據實現智能行為的服務推送,從而將物品與互聯網連接起來,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理并觸發事件數據處理的一種網絡技術,它是互聯網的延伸和擴展[1]。物聯網技術為醫院信息化服務模式帶來了前所未有的變革,能夠實現對醫療流程中的各個環節的智能化感知和處置,支持對醫務人員、患者、診療過程與處方、醫療器械設備、藥品識別、醫療廢棄物管理等信息的數字化采集、存儲、處置和決策等。

  1 物聯網的主要特點

  國際電信聯盟(ITU)把RFID 技術、傳感器技術、納米技術、智能嵌入式技術視為物聯網發展過程中的關鍵技術[2]。其中,RFID  是物聯網的構建基礎和核心。RFID  由射頻信號實現無接觸信息獲取,并通過無線數據通信網絡自動采集到中央信息處理系統,是一種非接觸式自動識別技術;傳感器是物聯網中實現物與物以及物與人信息交互的部分,可感知熱、力、光、電、聲、位移等信號,并按一定的頻率周期性地采集這些環境信息。物聯網上部署的傳感器由于數量極其龐大,種類也不盡相同,因而不可避免地會出現網絡中多源異構數據的集成以及數據共享的問題,為了保證數據的正確性與及時性,物聯網必須能夠適應各種結構的網絡和傳輸協議。此外,物聯網具有智能處理的能力,利用云計算、模式識別等智能計算技術,對海量數據進行分析處理,對物體實施智能控制,形成自我反饋的智能化處理模式。

  2 醫療物聯網的核心技術

  醫療物聯網是物聯網技術在醫療衛生領域的具體實現,其中包含三個基本的要素,第一是“物”,即醫療對象的智能化感知,包括醫生、患者、護士、藥品、耗材、設備等,實現醫療對象的全過程監控和管理;第二是“網”,即醫療流程的標準化管理和處置,其中包括診斷流程、檢驗流程、護理流程、追溯流程、質控和管理流程及臨床路徑等,提高醫療安全和醫療質量;第三是“聯”,即信息的交互,通過互聯互通技術實現醫療對象和醫療流程中數據信息的融合,從而實現醫療全過程標準化管理的目標。

  2.1 醫療物聯網的體系架構

  基于醫療物聯網的服務內容,決定了其信息感知具有很強的異構性。數據信息不僅來自前端傳感器的感知和參數采集,還涉及應用網關和通信網絡接口,另外種類繁多的設備輸出信號的類型、采集信息的模式、使用的傳輸接口、通信協議以及生成的數據格式都會有所區別。因此,為實現異構信息之間的互聯互通互操作,以及結合醫療行業應用部署的需求,醫療物聯網的體系結構需要一個開放的、分層的、可擴展的框架?;趪H電信聯盟標準描述的USN  高層架構以及歐洲電信標準化協會機器對機器技術委員會(ETSI M2M TC)提供的M2M  架構,目前國內外研究人員多采用三層或五層架構,其中三層架構分為感知層、網絡層和應用層,而五層架構是對三層架構的擴充,自下而上分為感知采集層、傳輸接入層、網絡通信層、支撐管理層以及服務應用層[3]。

  2.1.1 感知采集層

  感知層主要由多類型的感知設備和組網設備構成,主要任務是識別物體和采集信息,完成醫療對象的生理指標、生命體征以及其他生理參數的感知和采集,對人體生理和病理狀態進行檢測和監控。

  2.1.2 傳輸接入層

  傳輸接入層起著承上啟下的作用,向下面向底層傳感網絡,向上將采集的數據傳輸給上層基礎通信網絡,負責感知層與通信層之間的協議適配與網絡接入,處理和轉發原始數據,并將智能控制信息向下層傳遞[3]。

  2.1.3 網絡通信層

  網絡通信層負責感知層和應用層之間的基礎網絡通信任務,完成信息的遠距離傳輸,主要包括移動通信網、3G/LTE、互聯網、WMAN(Wireless  Metropolitan Area Network)、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave  Access)、WiFi(Wireless  Fidelity)、企業內部網、各類專網、有線電視網和衛星通信網等通信網絡[4],在此基礎上實現數據的實時傳輸。

  2.1.4 支撐管理層

  支撐管理層也可以稱為中間件層,支撐管理層基于云計算平臺及物聯網技術的支撐,主要完成感知數據的語義理解、推理、決策以及醫療健康數據的查詢、海量存儲、數據融合、分析數據庫與數據挖掘等,為醫療健康服務及擴展應用提供運行保障和運營支撐。該層可以屏蔽底層不同傳感設備在通信協議、數據格式上的差異,為上層醫用開發提供統一的接口,是貫通上下層級關系的核心組成,也是應用層各種應用的基礎。

  2.1.5 服務應用層

  服務應用層利用經過分析處理的感知數據,實現對醫療物聯網信息資源的整合,構建面向醫療服務的實際應用管理平臺,集成相關的服務等內容?;卺t療信息化服務和健康管理需求,應用層可提供人與物聯網的交互接口,同時根據目標人群的實際情況和服務需求,實現物聯網的智能應用。

  2.2 醫療信息的安全與隱私保護

  由于醫療物聯網的建設和使用中涉及患者大量隱私信息,一旦發生泄漏將引發災難性后果,因此系統的安全與隱私保護十分重要。然而同時物聯網具有網絡設備數量種類繁多、空間數據量大、用戶身份多樣、組網和接入技術相對復雜、應用平臺安全需求種類多等特點,無法運行復雜的安全保護體系,需要構建多層次、多級別的信息安全體系架構。

  2.2.1 感知層的安全問題

  在醫療物聯網的架構底層,負責檢測患者生理參數的感知節點存在人為損壞或意外屏蔽的風險,擁塞控制、路由安全、復雜電磁干擾和黑客攻擊會影響數據的完整性、有效性和真實性,因此在通信過程中不僅要防止數據的非法截獲、篡改、偽造和丟棄,還要保證數據融合過程中對冗余信息的錯誤識別??梢允褂媒尤肟刂?、身份認證與審計技術、入侵檢測技術,當受到攻擊或出現路由錯誤時,仍能保證網絡基本功能。通過數據加密簽名對檢測數據實施保護。

  2.2.2 敏感信息追蹤與防泄漏

  醫療信息數據將最終存儲到云計算服務中心或虛擬數據中心,云計算服務商擁有數據的優先訪問權,醫療數據被放置在哪臺服務器上對于醫療機構也是透明的,因此僅僅依靠被動的數據訪問審計技術是不夠完整的,應重點考慮數據庫關鍵數據及敏感數據的保護,一般采用加密網關技術實施主動保護,一旦發生外部攻擊或內部攻擊泄密時,黑客或入侵者只能獲取加密數據,短期內無法解密得到明文,不至影響現有應用或業務的運行。另外,除了利用技術手段以外更重要的是通過立法來保障涉及患者隱私信息的安全。

 

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