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

                  近年来, 无线通信技术、射频识别技术(RadioFrequency  Identification,RFID)、传感器技术和智能终端技术得到了迅速发展并日趋成熟,而将这些技术与互联网结合而形成的物联网(Internet of  Tings)技术,已成为下一代互联网的重要组成部分。随着物联网技术在医疗卫生领域的广泛应用,改变了原有的医疗卫生服务模式,促使医疗卫生体系走向了  “远程化、智能化”的发展阶段。

            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爲的服務推送,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、監控和管理並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]。物聯網技術爲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 物联网的主要特点

            国际电信联盟(ITU)把RFID 技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入式技术视为物联网发展过程中的关键技术[2]。其中,RFID  是物联网的构建基础和核心。RFID  由射频信号实现无接触信息获取,并通过无线数据通信网络自动采集到中央信息处理系统,是一种非接触式自动识别技术;传感器是物联网中实现物与物以及物与人信息交互的部分,可感知热、力、光、电、声、位移等信号,并按一定的频率周期性地采集这些环境信息。物联网上部署的传感器由于数量极其庞大,种类也不尽相同,因而不可避免地会出现网络中多源异构数据的集成以及数据共享的问题,为了保证数据的正确性与及时性,物联网必须能够适应各种结构的网络和传输协议。此外,物联网具有智能处理的能力,利用云计算、模式识别等智能计算技术,对海量数据进行分析处理,对物体实施智能控制,形成自我反馈的智能化处理模式。

            2 医疗物联网的核心技术

            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”,即醫療流程的標准化管理和處置,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准化管理的目標。

            2.1 医疗物联网的体系架构

            基于医疗物联网的服务内容,决定了其信息感知具有很强的异构性。数据信息不仅来自前端传感器的感知和参数采集,还涉及应用网关和通信网络接口,另外种类繁多的设备输出信号的类型、采集信息的模式、使用的传输接口、通信协议以及生成的数据格式都会有所区别。因此,为实现异构信息之间的互联互通互操作,以及结合医疗行业应用部署的需求,医疗物联网的体系结构需要一个开放的、分层的、可扩展的框架。基于国际电信联盟标准描述的USN  高层架构以及欧洲电信标准化协会机器对机器技术委员会(ETSI M2M TC)提供的M2M  架构,目前国内外研究人员多采用三层或五层架构,其中三层架构分为感知层、网络层和应用层,而五层架构是对三层架构的扩充,自下而上分为感知采集层、传输接入层、网络通信层、支撑管理层以及服务应用层[3]。

            2.1.1 感知采集层

            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 传输接入层

            傳輸接入層起著承上啓下的作用,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,並將智能控制信息向下層傳遞[3]。

            2.1.3 网络通信层

            网络通信层负责感知层和应用层之间的基础网络通信任务,完成信息的远距离传输,主要包括移动通信网、3G/LTE、互联网、WMAN(Wireless  Metropolitan Area Network)、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave  Access)、WiFi(Wireless  Fidelity)、企业内部网、各类专网、有线电视网和卫星通信网等通信网络[4],在此基础上实现数据的实时传输。

            2.1.4 支撑管理层

            支撐管理層也可以稱爲中間件層,支撐管理層基于雲計算平台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,爲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,爲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 服务应用层

            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台,集成相關的服務等內容。基于醫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 医疗信息的安全与隐私保护

            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後果,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複雜、應用平台安全需求種類多等特點,無法運行複雜的安全保護體系,需要構建多層次、多級別的信息安全體系架構。

            2.2.1 感知层的安全问题

            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爲損壞或意外屏蔽的風險,擁塞控制、路由安全、複雜電磁幹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、僞造和丟棄,還要保證數據融合過程中對冗余信息的錯誤識別。可以使用接入控制、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 敏感信息追踪与防泄漏

            醫療信息數據將最終存儲到雲計算服務中心或虛擬數據中心,雲計算服務商擁有數據的優先訪問權,醫療數據被放置在哪台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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