实用物联网医学
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第二节 现代物联网医学

一、物联网与物联网医学模式

(一)物联网

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,Kevin Ash-ton教授首次提出“The Internet of Things(IoT)”,即“物物相连的互联网”。物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展;此外,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。物联网可通过智能感知、识别技术与普适计算广泛服务和造福社会。物联网利用局部网络或互联网等通信技术,把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起,既实现了人与物、物与物的相连,同时也实现了信息化、远程控制和智能化管理。
简言之,物联网具有三大基本流程和十大功能。三大基本应用流程为:全面感知→可靠传送→智能处理。其层次结构也可相应的分为:感知层、传输层和应用层。物联网最基本功能特征为提供“无处不在的连接和在线服务(ubiquitous connectivity)”,具体可分为十大基本功能:
(1)在线监测:这是物联网最基本的功能,物联网业务一般以集中监测为主、控制为辅;
(2)定位追溯:一般基于传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等GPS(或其他卫星定位,如北斗)和无线通信技术,或只依赖于无线通信技术的定位,如基于移动基站的定位、实时定位系统等;
(3)报警联动:主要提供事件报警和提示,有时还会提供基于工作流或规则引擎的联动功能;
(4)指挥调度:基于时间排程和事件响应规则的指挥、调度和派遣功能;
(5)预案管理:基于预先设定的规章或法规对事物产生的事件进行处置;
(6)安全隐私:由于物联网所有权属性和隐私保护的重要性,物联网系统必须提供相应的安全保障机制;
(7)远程维保:这是物联网技术能够提供或提升的服务,主要适用于企业产品售后联网服务;
(8)在线升级:这是保证物联网系统本身能够正常运行的手段,也是企业产品售后自动服务的手段之一;
(9)领导桌面:主要指仪表盘(dashboard)或智能商务个性化门户,经过多层过滤提炼的实时资讯,可供主管负责人实现对全局的“一目了然”;
(10)统计决策:指的是基于对联网信息的数据挖掘和统计分析,提供决策支持和统计报表功能。

(二)物联网医学

从医学角度看,将物联网三大流程和十大功能应用到医学上,即为物联网医学。例如,三大基本流程(全面感知→可靠传送→智能处理)可用于医学,物联网的十大基本功能也可移植到医学上(表1-2),进行全时空预防、保健、诊疗和康复。
其中在线监测、定位跟踪、警报联动、急救调度功能有利于全时空在线病情监测和指导治疗;预案管理、远程管理、领导桌面和统计决策功能可拓展海量信息深度挖掘功能,应用预先设定的规章对慢性病进行全天候管理和及时处置,改善生命质量和延长生存时间;安全隐私和在线升级功能是物联网医学技术的保障,可保证物联网系统能够正常运行,更适用于医疗的联网服务。
与传统医学相比,物联网医学有如下优点:
(1)模式转变:使专业医疗走进家庭,干预潜在的健康危机,由被动治疗转变为主动健康管理;
表1-2 基于物联网的物联网医学十大功能
(2)全时空:可实现实时在线任何时间任何地点的监测和管理,通过筛查、评估、预防、干预、随访和教育等多种方式对民众的健康进行全面管理;
(3)全周期:即贯穿预防、诊断和治疗全程或终身的健康档案及各项健康管理服务;
(4)多渠道:通过网站、电话、短信、邮件、微博、微信、语音、视频和现场等多种形式实现与专家的实时高效沟通;
(5)个体化:针对不同人群提供个性化的诊断和治疗方案;
(6)高科技:利用无线传感设备和现代因特网技术,使患者足不出户即可享受专业医疗健康服务。
物联网医学可用于:
(1)危险因素的早期干预:危险因素识别及远程病情评估;
(2)病情监测:及早发现病情变化,及时指导治疗;
(3)指导稳定期规范化治疗;
(4)指导康复锻炼;
(5)物联网医学还可对海量检测数据进行“深度加工和挖掘”,以更加精细、动态和“智慧”地管理疾病预警、早期诊断和监护治疗,提高医疗资源利用率和健康水平,以及用于多中心的临床试验的数据采集。
物联网医学模式既缓解了大医院人满为患的现状,又为社区医师解决了一些慢性病诊治和管理的依从性差的高技术难题,可以高效监测疾病,动态协助疾病和患者管理;此外,GPS定位和报警装置可协助抢救患者生命并减少住院次数。

(三)如何将其拓展为新的医疗模式

物联网医学中的“物”就是各种与医学服务活动相关的人和事物,如健康人、亚健康人、患者、医师、护士、医疗器械、检查设备、药品等。医学物联网中的“联”即信息交互连接,对上述“人和事物”产生的相关信息进行交互、传输和共享。医学物联网中的“网”是通过把“物”有机地连成一张“网”,感知医学服务对象、各种数据的交换和无缝连接,实现对医疗卫生保健服务的实时动态监控、连续跟踪管理和做出精准的医疗健康决策。
物联网医学是有别于以往常规医疗模式的革命性医疗模式。物联网医学的迅速发展创新性地解决了许多以往诊疗手段无法解决的问题,促进了疾病诊治和医学服务水平的不断提高(表1-3)。一方面,现代医学正快速向早期发现、精确定量发展;另一方面,在以疾病为中心向以健康为中心的医学模式转变过程中,面向基层、家庭和个人的健康状态的感知,以及疾病预警、保健、管理和康复等已成为物联网医学发挥作用的动力。充分体现了以健康为中心、家庭为单位的新型社区医疗卫生服务模式对物联网医学服务的需求,可以为社区和专科医师的服务产生如虎添翼的作用(表1-3)。
表1-3 常规与物联网医学模式服务功能比较
物联网医学为社区医师和专科医师提供了相互取长补短与难以想象地放大服务效果的良好技术平台。简言之,应用物联网医学技术后,社区医师将有机会随时随地接受教育,以及经常与专科医师交流,迅速提高其专业水平,并易得到患者及其家庭的认可。同时,大医院专科医师也可以与社区医师一同参与疾病预防、保健、康复和慢性病管理,可以更好地放大其治病救人的天使作用。民众则可以解决入名院难、看名医难的“两难”问题,因为他们可以在家中即得到“云连知名专家,端享现代医疗”的良好服务。

(四)形成三级联动的新医疗模式

物联网医学不但可解决“三低、两难和四差”等问题,也是提升发展中国家医疗保健科技水平的助推器。随着科技发展、医疗水平和生活水平的逐步提高,人们对自身健康保障的要求也越来越高,传统的“到医院看病、门诊随访”医疗模式不但越来越难以满足人们对高质量健康资源的需求,而且无法有效地做到对重要器官疾病(比如心肺停止工作6分钟即可引起即刻死亡)的提前预警、及时治疗和避免心肺疾病引起的突然死亡。因此,这就需要引进或研发适宜的新技术,改善现有的医疗模式,以解决这些问题,进而提高民众的医疗保健服务水平。
这些在以往只能是梦想,但是现代IT技术、电子健康医学(e-Health)的兴起以及无线传感、物联网技术和远程医学的出现,已经为实现这种先进的医疗模式奠定了雄厚基础。远程医疗最早应用于航天医学,用以检测宇航员的健康状态,目前已逐步转为民用。远程医疗与传统医疗相比具有六方面优势:
(1)有利于预防和早期诊断疾病,以及对患者进行健康教育;
(2)可以提高治疗的依从性,提高患者执行医疗保健措施的客观行为的依从程度;
(3)可以远距离获得患者的有关资料;
(4)可以替代面对面的医生或护士随访;
(5)可以提供患者病情急性加重的早期诊断和及时干预;
(6)可以减少不必要的门诊随访、急诊随访以及住院次数。
目前全球发达国家已经充分重视这一领域,英国应用这一技术后,社区门诊量减少了40%,美国也有很多类似的成功案例。
虽然远程医疗具有以上多种优势,但其也存在一些缺点。其一,由于不是同步服务,不能随时随地与患者交流,往往需要护士通过邮件或电话的形式回复患者;其二,这种远程医疗服务无法直接做到全面实时监测,无法每分每秒陪伴患者;其三,不能全时空地对患者进行慢性疾病管理,例如自动提醒他们按时服药等。
物联网可将新一代IT技术运用在各行各业中,使人类能以更加精细和动态的方式管理工作和生活,达到“人工智慧”境界,从而提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系,也为将多种传感器嵌入和装备到医疗行业设备中提供了基础。将“物联网”与现有的互联网整合,可以实现医院、患者与医疗设备的整合和推进全新的现代医疗模式,大大增加人类与疾病斗争的能力。在这个整合的网络中,存在计算能力超级强大的中心计算机集群,能够对整合在网络内的医生、患者、设备进行实时管理和控制,实现对现有医疗服务模式的补充完善,从而更好地为民众服务。
我们提出的物联网医学中的“物”指各种与医学服务相关的人和事物,如健康人、亚健康人、患者、医生、护士、医疗器械、检查设备、各种传感器等;“联”指信息交互连接,将上述“人和事物”产生的相关信息进行交互、传输和共享;“网”是指将“物”有机地连成一张“网”,以便感知医学服务用户各种数据的交换和无缝连接,实现对医疗卫生保健服务的实时动态监控、连续跟踪管理和精准决策。物联网医学也可以满足国家卫生和计划生育委员会提出的“关口前移,重心下沉”的总体要求,也就是医疗服务前移至预防疾病时期,下沉到社区。物联网医学可将目前“病发后到医院”的被动治疗模式改为“病前预警,及时主动治疗”的先进医学模式,起到“云连知名专家,端享现代医疗”的效果(图1-2)。
图1-2 物联网医学管理示意图
将物联网医学用于疾病诊断、检测、随访和服务还有其他的优势,包括采用计算和电子程序可以避免医务人员因为工作匆忙而导致的错误或信息遗漏。应用庞大的数据库和长期的随访,可以进行数据运算和数据挖掘,对系统和医疗模式进行二次升华,提炼真实医疗活动的规律。

(五)物联网医学与远程医学的区别

物联网医学具有物联网的三大流程和十大功能,远程医学通常仅具有其中部分流程和部分功能。例如,远程医学在全面感知→可靠传送→智能处理的三大基本流程中仅具有前两个流程,并且仅仅具有物联网十大功能中的部分(表1-4)。
表1-4 远程医学与物联网医学功能的差别
续表
总之,远程医学具有在线监测、定位跟踪、警报联动、指挥调度和安全隐私等功能,但不具有在线升级、预案管理和领导桌面功能。在远程维护、在线升级和统计决策上也不如物联网医学。