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三、物联网医学在应急救援中的应用
无论人们多么小心谨慎,事故仍会在任何时间、任何地点发生,包括自然灾害、有意或无意的人为骚乱、机械故障,或这些事故的组合。在造成人身伤害的事故中,最优先的选择是及早地提供适当的治疗。一般情况下,寻求帮助可能是一个非常漫长的过程。最大限度地减少寻求治疗的时间往往是挽救生命的最好方式,远程医疗为应急救援提供了这方面的解决方案。目前,应用于应急救援的无线技术主要有无线传感器网络、Mesh网络、卫星网络、手机网络等。无线技术如何发挥作用是非常明显的,最简单的一个例子,比如过去几十年手机的普及,在任何地方,人们可以立即从口袋里掏出手机呼叫救护车。与必须寻找固定电话相比,所需时间明显减少,而这些时间上的差异可能关系到受伤者的生死。只有移动电话在服务覆盖区域内,才可以使用;因此扩大覆盖范围将提高救治概率。结合GPS,目前的智能手机等终端设备可以自动报告呼叫者位置。无线通信和多媒体技术相结合,实现具备多种移动设备的紧急医疗服务。
无线远程医疗可以应用于不同紧急情况。相比紧急呼叫援助中心,移动电话配备摄像头可以寻求更多帮助。2008年,有报道指出可以使用手机进行远程诊断,并传输由疾病标志物引起的颜色变化信息。在特定情况下,传送测试图像可指示某些肾脏疾病的发生。为了实现该目标,手机摄像头只要“色彩深度”足以区分反映被测流体特性的不同颜色变化就足够了。“色彩深度”取决于在图像特定像素中,由多少二进位表示每种原色,即红色、绿色和蓝色。一个照相机,其颜色深度是n位时,能够捕捉图像的2 n不同层次的各原色的色调。由于物质存在或缺乏的指标不需要区分细微的色彩变化,普通手机就可以很好实现该应用。然而,在其他情况下,如捕捉图像呈现伤口,所需的图像质量要求可能远远超过了手机内置摄像头的拍摄效果。因此,有必要开发更精密的设备用于应急救援。
大量信息表明远程医疗系统可以远程采集,我们列举一个案例,图2-11显示了一个应急救援体系框架,能够向医疗机构发送大量信息,在患者到来之前,医院就能做好必要准备。发生火灾时,可以使护理人员与消防员直接通信,促进合作。每个护理人员携带大量设施,包括照相机、传感器和通讯设备。同样,一名消防员也可以携带跟踪装置、气体检测仪和氧气水平指标仪。用于所有医务工作连接点的救护车,将在医务人员与医院间构建一个双向通信链,医务人员从医院储存的电子病历查询患者病史,如此,在首次救援时,就可以预先了解患者过敏和健康状况等医疗信息。
图2-11 一个简单的紧急救援体系
(一)物联网医学在救援现场患者监测中的应用
在事故现场,无线局域网与救护车功能接近。一些医护人员所使用的医疗设备可以同时联网,向医院发送数据。同时,患者信息也可以从存储在医院的电子病历中查询所得。
覆盖事故现场周围区域,除非发生在救护车无法在附近停放的高层建筑物或草木茂密的森林,IEEE802. lln WLAN通常是足够的。这种网络的一个主要优点是在持续连接中,视线不是必需的。
该网络可以执行以下功能:可穿戴式相机拍摄高分辨率图像显示患者损伤细节、图像处理算法估算出血量、各种传感器获取相应生命体征(如:心脏和呼吸频率、血氧水平等)。提供即时的治愈时,医护人员需要快速获取受伤者病史,如药物过敏史及任何可扩散疾病,以采用必要的预防措施。视频会议技术也使得咨询专家更加容易,特别是当患者病情需要咨询专家。
大量数据被每个医务人员在不同设备获得。这样就需要解决许多问题。首先,当一个以上患者在现场时,必须明确识别每一组数据的属性,即患者数据必须是容易区分的。检查是否所有医护人员都在网络覆盖范围内,确保医护人员在救护车附近自由移动时,仍然保持连接。数据安全性也必须解决,以确保患者的信息不被未经授权的人员窃取,同时传输的信息不被干扰或篡改。与我们日常使用互联网相比,这似乎不是太高要求;两者重要区别是,日常发生故障时,我们可以重新加载页面;但在远程医疗应用中可能不允许第二轮数据采集和重新传递数据。所以,必须提供足够的技术保障。
医护人员在事故现场常常会发现衍射和反射等削弱信号传导的因素,影响设备的连通性。由于医护人员有可能在救援中不断移动,无法保证发射设备将传递清晰的LOS到救护车上的天线。衍射量主要取决于阻碍物的几何形状及信号的特性,如振幅、相位和偏振。有时波在反射过程中会发生衍射。反射和衍射的程度,主要依赖于击中物体的材料、偏振和入射角。
(二)物联网医学在救援医院中的应用
由于患者具体受伤信息和关键体征已经发送到医院,急诊室医生可以在患者到达救护车前,预先了解患者情况。检索电子病历,了解患者病史。远程医疗技术为急症室人员带来的好处是明显的,但同时也面临一些挑战。
外科医生和辅助人员需要熟悉远程医疗系统,了解传输内容及如何充分利用该系统。因此适当的培训是必需的,以确保通过远程医疗系统提供的信息被正确理解。与现有医疗系统结合,需要特别考虑兼容性和互通性。由于发射装置应用于远程医疗,干扰的潜在因素也值得调查。
远程医疗可以在患者到达之前,提供患者重要信息。当患者到达时,可以提供及更新以下患者信息,如显示受伤程度的图片,生命体征如心脏和呼吸频率、脉搏血氧、动脉血氧分压和动脉舒张压等。虽然远程医疗需要传送大量信息,但是不会带来大量数据,因此带宽一般不是问题。一些系统也支持实时视频会议功能,则可能需要数据传输速率超过1MB/s。
(三)物联网医学应急救援设备
护理人员依据救援性质及信息类型,携带一些可佩戴设备。图2-12显示护理人员救助受伤患者时携带的无线设备。由于考虑小型穿戴式设备,在BAN中通常使用蓝牙实现连接,而不是将设备直接连接到救护车。该例中,一个定制的PDA作为存储缓冲器,用来收集传感器和摄像头采集的数据,通过一个2. 4GHz链连接到救护车网络。
图2-12 协助医护人员实施救援的无线设备
无论单个设备的功能是什么,设计时必须考虑穿着舒适性和易用性。功耗、尺寸和重量也是重要的因素。另外,相对运动和定向接收性能需要深入研究,以获得最佳的运行可靠性。大多数可佩戴的医疗设备是高度定制的,所以很少有市场上现成的设备可以购买。符合人体工程学的设计是至关重要的属性,以确保佩戴时该设备不会影响护理人员的正常工作,而同时能持续不断地捕获数据。可编程数字信号处理芯片可以对一个单一类型的处理器进行调整,以驱动几乎所有的传感器。
特定的设备取决于每个具体的救援任务。例如,夜间操作需要照明,因此需要消耗更多能量,电池寿命可能会显著缩短。大多数设备都需要防水外壳以防水。安装要确保实施救援时,不会有遗漏的设备。根据所需信息类型,选取相应设备,甚至适用于医务人员需要不停救援好几个小时的情况。
由于电子医疗需要监控患者,隐私成为当局关注的一个主要问题,对于违反安全行为,支持诉讼或寻求赔偿。赔偿问题可能会成为影响远程医疗推广的障碍。如果远程医疗服务推广到具有不同法律和许可的国家,监管将成为一个重要问题。支出和缺乏资金也可能是限制急诊室医生开发远程医疗系统的重要因素,因为远程医疗收益可能不会太明显,尽管其可以显著节省救治时间,并最终拯救一个生命。官方常基于商业角度做决定;有时财政投资期望在指定的时间内收回成本。所以,需要使官方相信远程医疗带来的优势。
许多情况下,技术挑战可能不会像获得政府认可那样困难。为紧急救援建立一个全面网络可能需要多方合作。此外,向医疗人员提供适当培训可能被当局视为一个耗时的过程。远程医疗在事故救治中的长远利益是非常明显的,但所需资金及时间投入也是必要的。