PAGE1基于物聯網的智慧醫療終端及其系統設計摘要:隨著物聯網技術的出現，醫療系統迎來了巨大的飛躍式發展，智慧醫療使醫療數據在診斷和治療中得到最佳利用，對于構建出一個以患者為中心的智慧醫療平臺也擁有了巨大的可能性。本文首先介紹了當前基于物聯網技術的智慧醫療在世界各地的發展的情況，并分析了基于物聯網的智慧醫療系統所相關的技術理論以及各種技術在智慧醫療中的應用。在此之上，設計出基于物聯網的智慧醫療系統的設計方案。最后，對未來的智慧醫療技術及系統做出展望。關鍵詞:物聯網；傳感器；RFID；智慧醫療；人工智能目錄1 引言 11.1 智慧醫療的研究背景 11.2 智慧醫療的發展現狀 11.2.1 國內智慧醫療的發展現狀 11.2.2 國外智慧醫療的發展現狀 11.3 智慧醫療的研究意義 22 智慧醫療中的物聯網技術分析 22.1 RFID技術 22.2 人工智能技術 32.3 無線通信與數據傳輸 32.4 傳感器技術 42.5 Zigbee技術 43 智慧醫療整體需求分析 43.1 患者就診需求 43.2 醫院管理需求 53.2.1 醫療體系效率 53.2.2 醫療服務質量 53.3 醫療資源分配需求 53.3.1 衛生資源 53.3.2 醫療人員 54 基于物聯網的智慧醫療終端及其系統設計 54.1 智慧醫院 64.1.1 醫療器械管理 64.1.2 智能化藥房 74.1.3 智能就診 74.2 家庭健康系統 74.2.1 遠程會診 74.2.2 互聯網醫院 85 總結 9參考文獻 10PAGEPAGE7引言智慧醫療的研究背景智慧醫療是利用最先進的物聯網技術，建立起區域性的病案醫療信息平臺，實現患者與醫務人員、醫療機構、醫療設備之間的相互聯系，從而逐步達到醫療數據的信息化。由于國內公共醫療管理體制的不完善，醫療費用高、渠道少、覆蓋面低等問題一直困擾著民生。尤其是以“醫療體系效率低下、醫療服務質量差、看病難、看病貴”為代表的醫療問題更是社會關注的焦點。大醫院人滿為患，社區醫院人去樓空，患者的治療程序繁瑣等等。這些問題是由醫療信息不暢、醫療資源兩極分化、醫療監管機制不健全等原因造成的。這些問題已經成為影響社會和諧發展的重要因素。因此，需要建立一套智能化的醫療信息網絡平臺系統，使患者以較短的等待時間和基本醫療費用享受到安全、便捷、優質的診療服務。在不久的將來，醫療行業將集成更多的人工智能、傳感器技術等高新技術，使醫療服務更加智能化，促進醫療行業的繁榮發展。在中國新醫改的背景下，智慧醫療正在走進普通百姓的生活。智慧醫療的發展現狀國內智慧醫療的發展現狀我國醫療信息化起步于20世紀70年代末，其發展歷程詳見表1-1。從表1-1可以看出，我國醫療信息化發展趨勢良好，但建設進度緩慢。它們大多以業務流程信息化的思想為指導。醫療數據共享程度低，存在“信息孤島”，無法提高醫療服務質量和工作效率。表1-1我國醫療信息化發展歷程2015年，我國智慧醫療設備進出口額近200億美元，同比增長7.81%。其中，出口93.74億美元，同比增長4.5%；進口83.4億美元，同比增長12.5%。2012年以來，進出口貿易順差保持在20億美元左右，主要原因是中國每年向發展中國家出口大量中低端智慧醫療設備。國外智慧醫療的發展現狀自2009年智慧醫學概念提出以來，國內外開展了大量的研究和開發工作。自國外提出智慧醫療研究概念后，包括美國、日本、歐盟在內的許多國家以及機構都出臺了一系列的智慧醫療建設措施。美國智慧醫療產業研發實力雄厚，醫療設備、影像診斷設備、遠程診斷設備以及手術機器人的技術水平在世界已經領先各國。美國是世界上最大的智慧醫療市場，同時也是第一大智慧醫療強國。目前，美國移動醫療和智慧醫療市場約占全球市場份額的4/5。與此同時，全球超過2/5的智慧醫療設備是在美國生產的。2015年，智慧醫療器械在德國、法國、英國等11個西歐國家的銷售額約為五百億億美元，同比增長約10%。由于老齡化社會、大量計劃外移民的涌入以及醫療設備更新換代的需要，市場需求將持續增長。日本的智慧醫療市場是僅次于美國,是世界第二大智慧醫療消費市場。在日本的智慧醫療市場上，西方發達國家特別是美國的智慧醫療產品，在世界占有很大比重。日本已進入高度老齡化社會，六十歲以上人口占全國總人口的1/5。與老年疾病相關的智慧醫療產品的需求比較旺盛，包括起搏器、人工心臟瓣膜、血管支架、人工關節等產品。同時，近年來虧損的日本電子巨頭已經紛紛轉型進入智慧醫療產業，日本智慧醫療產業的發展將進一步推動。智慧醫療的研究意義長期以來，基于物聯網技術的分診體系不是很完善，大醫院已經超負荷運行，基層醫療資源經過長期閑置，造成優質醫療服務資源下沉，實施難度大，不足以滿足多層次的衛生需求。例如，大型醫院門診病人中，有4/5以上患者為常見病或多發病，導致專業醫生超負荷工作，無法同時將精力和時間用在決疑難雜癥和危急癥患者上；偏遠地區的患者得不到高質量的醫療服務，智能由小病變成大病；忙碌的亞健康人要經過漫長的等待，才能夠得以問診，從而導致慢性病沒有早期預防以及及時的健康管理。醫療體驗的優化、醫療服務質量和人民健康水平的提高因為物聯網的融入而得到大幅度的改善，物聯網技術的發展對于推進健康社會、緩解看病難和看病貴等問題，都具有重要而深遠的意義。一句話,就是智能醫療技術的實現是人們更加高效、便捷的醫療服務的重要途經,智慧醫療的最終目標是實現人人都能享受更加公平開放的醫療資源，實現更全面、高效率帶來的醫療保障和醫療改革帶來的極大地滿足。因此我們需要對醫療系統持續的研究與革新。智慧醫療中的物聯網技術分析RFID技術射頻識別（RFID）技術，主要是通過無線射頻方式對所接觸到的物體（標簽）進行識別，并精準探測前方電磁波信號強弱，配合RFID天線，重新構建物品連接端點，為物品建立唯一的標識符，使得連接設備能夠確定該物品的身份、位置和真實性。RFID工作原理圖如下圖2-1所示。圖2-1RFID工作原理示意圖利用該技術可以實現患者與醫務人員、醫療設備以及醫療機構之間的互動，使數據采集更加信息化。而且，在不久的將來，醫療行業將與人工智能、傳感器技術等高新技術更好的融合，進一步實現醫療資源的合理有效利用，使醫療服務真正意義上的走向智能化，從而促進醫療行業的發展。人工智能技術人工智能（AI）技術是一門新興的技術科學，它研究和發展模擬和拓展人類智能的理論、方法、技術和應用系統。將人工智能應用于機器學習和自然語言處理技術中，以自動變量捕獲臨床病歷，整合智能化的各種醫療數據，在異構數據庫中生成結構化的標準化病歷和文獻。成批醫療記錄自動轉換為結構化數據庫。基于電子醫院記錄等系統，可以推斷出患者信息，自動生成詳細的診斷和治療建議，供醫生作出決定。作為人工智能最早攻克的領域之一，幾十年來，一些人一直將人工智能和醫療診斷結合起來，幫助醫生進行診斷。今天的醫學專家系統離不開人工智能的基礎。醫學專家系統主要采用人工智能知識的智能推理和表示技術，模擬醫學診斷、醫學專家對患者的觀察和治療的思維過程。無線通信與數據傳輸無線局域網（WLAN）具有與移動終端連接靈活的特點。隨著近年來無線技術的飛速發展，傳輸速度的質量得到了提高。數據的無限傳輸可以有效提高醫務人員和管理人員的工作效率，協助相關部門有序開展工作。此外，無線數據連接正日益改變著醫療保健。這些產品的優點是消除了妨礙醫務人員移動的電線，減少了建立通信鏈路時人為失誤的可能性，并降低了成本。傳感器技術傳感器通常由開關元件和傳感器元件組成。在這種情況下，所述傳感元件可以直接感知測量值，所述轉換元件可以將測量值轉換為電信號輸出。傳感器技術是實現智能醫療的重要因素。通過傳感器技術，可以獲取患者生命體征和治療過程的數據，監測護理過程，提高治療效率，管理從用藥到患者痊愈的整個過程。Zigbee技術Zigbee(英文:Zigbee)是一種低速無線協議，用于近距離、低功耗、低速電子設備的數據傳輸，以及通常具有周期性、間歇性和低響應時間的數據傳輸。Zigbee技術在醫療物聯網中的應用主要體現在病房診療和當前醫療靜脈注射等方面，嚴重降低了醫務人員的工作效率。在醫療系統中，采用Zigbee技術構建無線傳感器網絡。傳感器節點使用中央控制器控制需要監測生理指標的傳感器數據，并通過無線通信將數據發送到Zigbee基站設備。基站數據被傳輸到PC機或其他網絡設備。數據通過互聯網發送到遠程醫療監控中心。由專業醫務人員對其數據進行統計觀察，提供必要的咨詢服務和醫療指導，實現遠程醫療。智慧醫療整體需求分析隨著物聯網技術的發展，傳統醫療領域已經不能滿足人們的醫療需求。同時，之前的醫療操作復雜，信息閉塞，患者無法了解自己的情況，醫患之間產生沖突。智慧醫療的建設將是未來社會的一個重要方向。因此我們有必要對數據共享機制進行調整，將云數據處理和人工智能等物聯網技術的組合，從而幫助患者了解當下自身情況，也可以通過人工智能等技術提供更優秀的、可供患者選擇的治療方案。患者就診需求患者就診一般步驟是得先問診，了解自己該看什么科室，然后是漫長的排隊掛號以及候診后就診。同樣的，醫院的醫生每天面對的患者有很多，每一個患者與醫生之間所溝通的時間不會太多，這就導致了患者時間的浪費。有些患者很難理解治療方案，只能診后通過網絡搜索等方式去尋找答案，如果了解的信息不能夠完全與自身癥狀相符合或者是錯誤的信息，就有可能導致醫患糾紛。對于某些慢性病患者，在需要問診或者就藥的情況下，同樣也要花費不少的時間來等待，智慧醫療會通過RFID、人工智能等物聯網技術來減少不必要的時間的浪費。醫院管理需求醫療體系效率患者在就醫過程中，經常會存在長時間的掛號等待、重復檢查、就診專家不確定等一系列問題。另外，由于醫療信息不能共享，當市民需要轉診時，輾轉于不同醫療機構的重復檢査和繁瑣手續，更是耗費了大量的精力和財力。醫療服務質量隨著醫療需求的增加，許多病人依賴知名醫院和專家，而技術的進步導致有知名醫生的醫院人滿為患，床位和專家短缺。這導致保健服務水平相對下降，獲得保健服務的機會有所增加。醫療資源分配需求醫療資源是指提供醫療服務的生產要素的總稱，通常包括衛生資源、醫務人員、醫療機構、醫療設備等。衛生資源由于我國人口眾多，區域經濟發展不平衡，醫療資源水平高，主要集中在經濟發展較快，指標良好的大中城市。結果，當地醫院和保健中心常常無人看病，保健和醫療資源的分配相對不合理。“難看醫”仍然是人們尋求治療時面臨的第一大問題。其次，患者需要住院卻不住，而他們沒有住院的主要原因是“財政困難”。“昂貴的醫療服務”嚴重影響著人們的治療和康復。醫療人員隨著人口的增長，醫院人滿為患已經是常態，尤其是在經過了新冠疫情之后，人們更加注意自身的健康，這就使得不管有病沒病的，都會來檢查身體，這就導致醫務人員在很大程度上出現人手短缺的現象，最終只能是出現醫護資源不足以支撐目前的市場狀況。基于物聯網的智慧醫療終端及其系統設計基于智慧醫療系統的模塊結構，將智慧醫療分成兩部分，分別為智慧醫院系統、家庭健康系統。如下圖4-1所示。圖4-1智慧醫療系統結構圖智慧醫院智能醫院服務系統以患者為中心，實現醫院、醫生、患者之間的互聯互通，實現醫療信息的實時傳輸，將醫院服務窗口延伸到患者手機，如在線咨詢、預約診療、候診提醒等，診療報告查詢、藥品配送等便捷服務，提高患者的就醫體驗。智慧醫院服務體系能夠打破地域、時間、專家等不平等資源的限制，整合時間碎片，為患者提供更加開放、平等的醫療服務，開啟全新、便捷的醫療體驗，如下圖4-2所示。圖4-2智慧醫院系統結構圖醫療器械管理對醫療器械進行登記備案管理，確保醫療器械的安全有效。醫療器械管理的目的是使查看、查找醫療器械變得更加容易。在智能管理醫療器械中，有以下幾點方案：（1）引入條碼、RFID（電子標簽）技術，建立醫療器械電子賬戶，并配備專用手持終端和移動管理模塊軟件，可以更簡單、快捷、高效地管理設備。（2）在每個醫療器械中，加入RFID感應裝置，當醫療器械出現問題時，感應裝置在RFID閱讀器的甄別下，篩選和淘汰可能包含有害物質的醫療設備。智能化藥房從本質上講，智能藥房是一種利用互聯網技術對傳統服務進行升級的藥房。與傳統的只提供銷售服務的藥房相比，更適合患者多樣化的需求。它主要包括智能化的醫院藥房和藥店兩種。具體情況如下圖4-3所示：圖4-3智能化藥房結構圖1、醫院藥房主要分為三種功能：一，使用微信或醫院app等應用，查詢處方信息、藥品用量、注意事項等信息；二，將藥房與其他醫院信息系統連接起來，減少病人排隊、繳費、取藥的時間；三，利用app可以隨時提醒患者用藥、以及訪問跟進用藥情況。2、智能化藥店的三種功能是：一，患者通過微信、app、電腦等工具進行線上購藥，然后線下取藥；二，線上來開具處方藥，然后線下將藥品配送到家。三，進行線上問診開藥的同時，建立起慢性病檔案和個人健康檔案；智能化藥房不僅能優化藥品管理方案，規避用藥差錯的可能性，增強藥品可追溯性，還能滿足患者多元化、個性化的需求，提高患者的體驗水平。智能就診借助面部識別和ID識別技術，我們已經實現了醫院，醫生和患者之間的聯系，并傳輸了真實的醫療信息。同時，我們將醫院服務窗口擴展到患者的手機，例如在線咨詢，診斷和治療建議以及等待通知。查詢和分發診斷和治療報告等便捷服務可以幫助患者縮短治療時間，根據每位醫生所擅長的領域的不同，給患者推薦不同的醫院。家庭健康系統家庭衛生系統是最接近公共衛生保護的系統，包括對不能送醫院治療的病人進行視頻醫療，對慢性病病人、老幼病人進行遠程監護，對智力低下、殘疾、傳染病等特殊人群進行健康監護，他還含有一個智能用藥系統，會自動提示用藥時間、禁忌癥及剩余劑量。遠程會診遠程會診是一種利用計算機技術，傳感器技術，Zigbee技術，無線通信和數據傳輸技術的醫療服務。它充分利用了醫療技術和醫療設備的優勢，能夠及時判斷疾病，由護理專家等進行的遠程診斷。此功能是一個完全統一的系統，它主要用于對病情較輕且沒有醫療條件的偏遠地區的患者進行遠程診斷，治療和咨詢。它可以提高診斷和治療水平，降低醫療成本，并滿足醫療和公共衛生需求。目前，遠程會診技術已從最初的電視監控、電話遠程診斷發展到數字、圖像、語音的綜合傳輸，實現了語音和高清圖像的實時通信，為現代醫學的應用提供了更廣闊的發展空間。互聯網醫院“互聯網醫院”，按照其功能劃分為三個板塊，線問診、智能問藥、藥品快遞到家。其結構圖如下圖4-3所示。圖4-3互聯網醫院結構圖（1）在線問診：將人工智能技術與Zigbee技術相結合，模擬出臨床診療，通過對話了解患者的癥狀、病歷等信息，讓患者能夠清楚自身的情況，然后根據患者的狀況，生成相應的電子病歷。（2）智能問藥：首先利用傳感器技術獲取患者的生理信息和病情，然后通過人工智能技術來為患者推薦出相應的藥品。（3）藥品快遞到家：通過醫院內部系統注冊的手機app選擇智能問藥所推薦的藥品，然后完成網上付款，并填寫住址，所開藥品便可通過快遞郵寄到家中。每個人都可以通過互聯網與專業醫生聯系，隨時隨地享受便捷優質的醫療服務。例如：生活中大部分日常疾病，基本上不需要去醫院，也不需要去藥店買藥，會有醫生根據個人情況推薦對癥藥物，并送藥上門，并當面確認繼發疾病，然后進行健康跟蹤。當人們生病不能辨別自己的疾病時，他們需要專業醫生的幫助。這時，他們可以通過圖形、語音、電話等方式找到醫院的醫生進行健康咨詢，醫生會為患者提供專業的解答。經過詳細的溝通，醫生會根據患者的癥狀描述給出科學的建議，或者去醫院進一步治療，或者按照醫生的建議在家吃藥。節省了大量地時間，又享受到了專業的醫療服務。總結在物聯網技術的推動下，智慧醫療正在走進普通人的生活。將物聯網技術應用于醫療領域，通過數字化、可視化的方式，將有限的醫療資源共享給更多的人。隨著智能醫學在企業管理中的重要性不斷發展，互聯網+戰略在中國的進一步發展，智能醫學的研究將形成物聯網應用的新天地。參考文獻[1]王宇.物聯網Android平臺可穿戴醫療監控系統設計與實現[J].山西電子技術，2017（3）：27-30.[2]李玲，郭曉玲，武仁杰，等.基于NB-IoT及Zigbee的無線傳感器網絡網關設計[J]