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物联网的医院信息化核心技术分析
发布日期:2015/9/14 19:18:11     作者:    已有  阅读过本文

        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。

  物联网是通过各种传感设备采集数据,按照约定协议进行信息交换和通信,对处理数据实现智能行为的服务推送,从而将物品与互联网连接起来,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理并触发事件数据处理的一种网络技术,它是互联网的延伸和扩展[1]。物联网技术为医院信息化服务模式带来了前所未有的变革,能够实现对医疗流程中的各个环节的智能化感知和处置,支持对医务人员、患者、诊疗过程与处方、医疗器械设备、药品识别、医疗废弃物管理等信息的数字化采集、存储、处置和决策等。

  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

  医疗物联网是物联网技术在医疗卫生领域的具体实现,其中包含三个基本的要素,第一是“物”,即医疗对象的智能化感知,包括医生、患者、护士、药品、耗材、设备等,实现医疗对象的全过程监控和管理;第二是“网”,即医疗流程的标准化管理和处置,其中包括诊断流程、检验流程、护理流程、追溯流程、质控和管理流程及临床路径等,提高医疗安全和医疗质量;第三是“联”,即信息的交互,通过互联互通技术实现医疗对象和医疗流程中数据信息的融合,从而实现医疗全过程标准化管理的目标。

  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

  感知层主要由多类型的感知设备和组网设备构成,主要任务是识别物体和采集信息,完成医疗对象的生理指标、生命体征以及其他生理参数的感知和采集,对人体生理和病理状态进行检测和监控。

  2.1.2 传输接入层

  传输接入层起着承上启下的作用,向下面向底层传感网络,向上将采集的数据传输给上层基础通信网络,负责感知层与通信层之间的协议适配与网络接入,处理和转发原始数据,并将智能控制信息向下层传递[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

  支撑管理层也可以称为中间件层,支撑管理层基于云计算平台及物联网技术的支撑,主要完成感知数据的语义理解、推理、决策以及医疗健康数据的查询、海量存储、数据融合、分析数据库与数据挖掘等,为医疗健康服务及扩展应用提供运行保障和运营支撑。该层可以屏蔽底层不同传感设备在通信协议、数据格式上的差异,为上层医用开发提供统一的接口,是贯通上下层级关系的核心组成,也是应用层各种应用的基础。

  2.1.5 服务应用层

  服务应用层利用经过分析处理的感知数据,实现对医疗物联网信息资源的整合,构建面向医疗服务的实际应用管理平台,集成相关的服务等内容。基于医疗信息化服务和健康管理需求,应用层可提供人与物联网的交互接口,同时根据目标人群的实际情况和服务需求,实现物联网的智能应用。

  2.2 医疗信息的安全与隐私保护

  由于医疗物联网的建设和使用中涉及患者大量隐私信息,一旦发生泄漏将引发灾难性后果,因此系统的安全与隐私保护十分重要。然而同时物联网具有网络设备数量种类繁多、空间数据量大、用户身份多样、组网和接入技术相对复杂、应用平台安全需求种类多等特点,无法运行复杂的安全保护体系,需要构建多层次、多级别的信息安全体系架构。

  2.2.1 感知层的安全问题

  在医疗物联网的架构底层,负责检测患者生理参数的感知节点存在人为损坏或意外屏蔽的风险,拥塞控制、路由安全、复杂电磁干扰和黑客攻击会影响数据的完整性、有效性和真实性,因此在通信过程中不仅要防止数据的非法截获、篡改、伪造和丢弃,还要保证数据融合过程中对冗余信息的错误识别。可以使用接入控制、身份认证与审计技术、入侵检测技术,当受到攻击或出现路由错误时,仍能保证网络基本功能。通过数据加密签名对检测数据实施保护。

  2.2.2 敏感信息追踪与防泄漏

  医疗信息数据将最终存储到云计算服务中心或虚拟数据中心,云计算服务商拥有数据的优先访问权,医疗数据被放置在哪台服务器上对于医疗机构也是透明的,因此仅仅依靠被动的数据访问审计技术是不够完整的,应重点考虑数据库关键数据及敏感数据的保护,一般采用加密网关技术实施主动保护,一旦发生外部攻击或内部攻击泄密时,黑客或入侵者只能获取加密数据,短期内无法解密得到明文,不至影响现有应用或业务的运行。另外,除了利用技术手段以外更重要的是通过立法来保障涉及患者隐私信息的安全。

 

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