醫(yī)療行業(yè)中的定位感知系統(tǒng)

　　定位感知系統(tǒng)(Location-aware System)是屬于普適計(jì)算(Ubiquitous Computing)研究的范疇。普適計(jì)算的思想最早是1991年MarkWeiser在《Scientific American》的“The Computer for the 21st Century”中提出的,普適計(jì)算的設(shè)想就是人類(lèi)置身于一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的世界,服務(wù)設(shè)備無(wú)處不在,并己完全融入人們的日常生活中。普適計(jì)算的目的是充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的功能,利用它們更好地為人們服務(wù),極大提高人們的生活質(zhì)量。普適計(jì)算可以認(rèn)為是信息空間與物理空間的融合,在這個(gè)融合的空間中人們可以隨時(shí)隨地、透明地獲得數(shù)字化的服務(wù)。

　　定位感知系統(tǒng)是普適計(jì)算的重要組成部分。所謂定位感知,就是系統(tǒng)中心在一定的精確度內(nèi)動(dòng)態(tài)獲取用戶(hù)的位置信息,同時(shí)為用戶(hù)積極主動(dòng)地提供各種所需服務(wù)。在傳統(tǒng)的“請(qǐng)求—應(yīng)答”服務(wù)模式中,用戶(hù)要得到所需信息必須先向服務(wù)系統(tǒng)提出請(qǐng)求,系統(tǒng)響應(yīng)后給出回復(fù),按照要求的格式提供信息。這種被稱(chēng)為“被動(dòng)模式”的系統(tǒng)無(wú)法滿足用戶(hù)動(dòng)態(tài)信息的需求,無(wú)法積極智能地主動(dòng)提供服務(wù),是不符合普適計(jì)算的要求的。

　　定位感知系統(tǒng)是“主動(dòng)模式”系統(tǒng),它能夠同時(shí)為許多用戶(hù)提供服務(wù)。系統(tǒng)能夠根據(jù)自已取得的信息主動(dòng)向用戶(hù)們進(jìn)行廣播,說(shuō)明自己能夠提供的服務(wù), 用戶(hù)按照自己的所需獲取自己的信息。因此,“主動(dòng)模式”必須擁有兩個(gè)功能系統(tǒng):“定位系統(tǒng)(Orienta-tionSystem)”和“位置系統(tǒng) (LocationSystem)”。“定位系統(tǒng)”的重點(diǎn)在于要知道對(duì)象所在的位置,而“位置系統(tǒng)”的重點(diǎn)在于要知道特定位置上的對(duì)象集。

　　在醫(yī)療行業(yè)中,定位信息和位置信息都是非常重要的信息。比如,定位可以在緊急救援或者醫(yī)療看護(hù)中發(fā)揮作用,而位置信息可以知道在特定位置有怎樣的患者,需要怎樣的醫(yī)療服務(wù)等。隨著醫(yī)療行業(yè)信息化的不斷發(fā)展,定位感知系統(tǒng)正逐步在醫(yī)療行業(yè)構(gòu)建起來(lái),給醫(yī)療行業(yè)帶來(lái)了跨越式的發(fā)展。一個(gè)無(wú)所不在的救護(hù)網(wǎng)絡(luò),一個(gè)準(zhǔn)確快捷的設(shè)備和藥品管理網(wǎng)絡(luò),一個(gè)安全及時(shí)的病人信息網(wǎng)絡(luò),不僅提升了醫(yī)院的服務(wù)能力,方便了醫(yī)院內(nèi)部的信息溝通,更是保障了病人生命的安全。以下,我們將從定位感知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有的醫(yī)療信息化水平出發(fā),對(duì)醫(yī)療行業(yè)中的定位感知系統(tǒng)進(jìn)行研討和展望。

　　從結(jié)構(gòu)上來(lái)講,定位感知系統(tǒng)可分為以下五個(gè)部分:系統(tǒng)控制中心、事務(wù)處理中心、通信環(huán)境、定位系統(tǒng)和位置系統(tǒng)(圖1)。

　 1　系統(tǒng)控制中心

　　系統(tǒng)控制中心是整個(gè)系統(tǒng)的控制管理中心,它負(fù)責(zé)將位置信息或者對(duì)象集信息向事務(wù)處理中心傳送,將位置信息向“位置系統(tǒng)”傳送,它必須能夠?qū)崟r(shí)處理大量的各種信息,并進(jìn)行分析檢測(cè)。

　　近幾年來(lái),國(guó)內(nèi)各大醫(yī)院都在建設(shè)數(shù)字化醫(yī)院,“數(shù)字化醫(yī)院”就是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將病人的診療信息、衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)信息、藥品信息、醫(yī)院管理信息等各類(lèi)信息進(jìn)行最有效的收集、儲(chǔ)存、傳輸與整合,并實(shí)現(xiàn)各類(lèi)業(yè)務(wù)流程的最優(yōu)化和信息利用最大化的醫(yī)院。而這些醫(yī)院所使用的醫(yī)院信息管理系統(tǒng) (HIS:HospitalInformationSystem)實(shí)現(xiàn)的就是系統(tǒng)控制中心的功能,它是整個(gè)醫(yī)院甚至是醫(yī)療行業(yè)的控制管理中心,可以實(shí)時(shí)傳輸和處理大量的醫(yī)療信息,有的甚至是從急救現(xiàn)場(chǎng)傳來(lái)的資料。

　　2　事務(wù)處理中心

　　事務(wù)處理中心是整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)發(fā)送者與處理單元。它接收系統(tǒng)控制中心傳來(lái)的各種信息,或者響應(yīng)用戶(hù)的服務(wù)請(qǐng)求,或者主動(dòng)向用戶(hù)廣播各種有用信息。系統(tǒng)控制中心將許多更細(xì)節(jié)化的工作分散到各個(gè)事務(wù)處理中心,比如醫(yī)院HIS系統(tǒng)中的護(hù)士工作站,就是一個(gè)比較典型的事務(wù)處理中心。

　　3　通信環(huán)境

　　通信環(huán)境為各個(gè)部分的信息傳送提供支持。從定位感知系統(tǒng)的意義上來(lái)講,我們希望構(gòu)建的是一個(gè)無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)世界。而無(wú)線廣域網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)等技術(shù)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)定位感知系統(tǒng)的通信環(huán)境提供了一個(gè)非常好的平臺(tái)。

　　無(wú)線廣域網(wǎng)(WWAN)技術(shù)可使用戶(hù)通過(guò)遠(yuǎn)程公共網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。通過(guò)使用無(wú)線服務(wù)提供商所維護(hù)的若干天線或衛(wèi)星系統(tǒng),這些連接可以覆蓋廣大的地理區(qū)域。

　　無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)是采用無(wú)線通訊技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜,提供設(shè)備接入功能的網(wǎng)絡(luò),是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信、移動(dòng)通信技術(shù)相結(jié)合的新生技術(shù)。在無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展中,形成了包括IEEE802.11a,802.11b,802.11g,HiperLAN/2等在內(nèi)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),能夠提供的網(wǎng)絡(luò)接入速率從11Mbps,22Mbps到54Mbps不等。

　　4　“定位系統(tǒng)”與“位置系統(tǒng)”

　　“定位系統(tǒng)”和“位置系統(tǒng)”是定位感知系統(tǒng)的重要功能系統(tǒng),而無(wú)論是定位信息還是位置信息都離不開(kāi)無(wú)線定位技術(shù)的應(yīng)用。常用的無(wú)線定位技術(shù)有: 紅外線定位技術(shù)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、超聲波定位系統(tǒng)、IEEE802.11定位系統(tǒng)和無(wú)線射頻識(shí)別(RFID, Radio Frequency Identification)定位系統(tǒng)等。每種定位技術(shù)特點(diǎn)和定位精度各不相同。借助于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的平臺(tái),RFID定位追蹤系統(tǒng)是近期研究比較多的一個(gè)方向。

　　無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID, Radio Frequency Identification)是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),其基本原理是利用空間電磁波的耦合或傳播來(lái)進(jìn)行通信,以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別被標(biāo)識(shí)對(duì)象,獲取標(biāo)識(shí)對(duì)象相關(guān)信息的目的。最簡(jiǎn)單的RFID系統(tǒng)由標(biāo)簽(Tag)、讀寫(xiě)器(Reader)和天線(Antenna)3部分組成,配合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和軟件支持可以組成一個(gè)RFID應(yīng)用系統(tǒng)(圖2)。RFID運(yùn)用無(wú)線電技術(shù)進(jìn)行通訊,信息儲(chǔ)存在標(biāo)簽中的一個(gè)小硅片中。標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后,接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào),憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的信息(Passive Tag,無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽),或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的加密信號(hào)(Active Tag,有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽);解讀器讀取信息并解碼后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

　　5　構(gòu)建醫(yī)療行業(yè)中的定位感知系統(tǒng)

　　由定位感 知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)有的醫(yī)療行業(yè)信息化水平來(lái)看,從現(xiàn)今的IT技術(shù)手段出發(fā),我們可以構(gòu)建未來(lái)醫(yī)療行業(yè)中的定位感知系統(tǒng)的一個(gè)基本框架(圖3):以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為通信環(huán)境,以不斷升級(jí)的HIS系統(tǒng)為系統(tǒng)控制中心,以RFID技術(shù)為主要定位技術(shù)和信息獲取技術(shù)。

　　其實(shí)早在1997年,美國(guó)專(zhuān)利與商標(biāo)局就批準(zhǔn)過(guò)一個(gè)第5629678號(hào)專(zhuān)利,授權(quán)人為自然人。這個(gè)專(zhuān)利主要保護(hù)一種在身體植入RFID芯片,并用全球定位系統(tǒng)實(shí)施全球定位和身份識(shí)別的技術(shù)。它維系一種傳感器網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠主動(dòng)對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),并記錄、發(fā)送相關(guān)資料。救護(hù)中心可隨時(shí)通過(guò)全球定位系統(tǒng)獲取當(dāng)事人的位置、運(yùn)動(dòng)路線、身份、緊急事態(tài)、救護(hù)辦法等。理論上講,這種技術(shù)可以用于檢測(cè)每個(gè)人的身體狀況,主動(dòng)檢測(cè)當(dāng)事人遇到的疾病、遭遇的環(huán)境危害和人身攻擊,并自動(dòng)發(fā)送全部必要的救護(hù)信息。從專(zhuān)利描述的技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看,這樣的一個(gè)RFID無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)趨于定位感知系統(tǒng)的要求。

　　美國(guó)食品與藥品管理局于2004年12月份正式批準(zhǔn)了美國(guó)應(yīng)用數(shù)據(jù)解決公司(ADS:Applied Digital So-lutionsCo.)在醫(yī)療行業(yè)銷(xiāo)售RFID芯片的申請(qǐng)。ADS公司的VeriChip是一個(gè)長(zhǎng)約12mm、外形呈“米粒”的RFID芯片。芯片上記錄有植入者的識(shí)別(ID)信息,植入人的上臂皮下。VeriChip有專(zhuān)用的“讀取掃描設(shè)備”。該掃描設(shè)備發(fā)出的微弱無(wú)線電波穿過(guò)皮膚到達(dá) VeriChip,就向其提供了微弱能量。獲得這些能量后,VeriChip就發(fā)出植入者的ID信息,被掃描設(shè)備接收。這些ID信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到ADS 公司管理的數(shù)據(jù)庫(kù)中心。數(shù)據(jù)庫(kù)中心記錄有簽約加入者的過(guò)去的醫(yī)療與健康信息,根據(jù)需要可以隨時(shí)調(diào)用。盡管這一技術(shù)在美國(guó)引起了廣泛爭(zhēng)議,但是就定位感知系統(tǒng)而言,植入人體的VeriChip芯片使網(wǎng)絡(luò),設(shè)備和人更緊密的結(jié)合,是符合定位感知系統(tǒng)的發(fā)展要求的。

　　除信息獲取以外,利用RFID技術(shù)進(jìn)行定位是我們構(gòu)建定位感知系統(tǒng)的一個(gè)非常重要的部分。無(wú)線定位的精確度是現(xiàn)在乃至今后的一個(gè)挑戰(zhàn)性的研究?jī)?nèi)容。對(duì)于在一個(gè)小區(qū)域查找某一個(gè)人或者事物在或者不在的簡(jiǎn)單定位,RFID技術(shù)完全可以勝任而且已經(jīng)在很多場(chǎng)合得到應(yīng)用。對(duì)于利用RFID進(jìn)行精確定位, 典型代表是SpotON系統(tǒng)和LANDMARC系統(tǒng)。SpotON系統(tǒng)基于信號(hào)強(qiáng)度分析,發(fā)展了一種聚合算法對(duì)三維空間進(jìn)行定位。系統(tǒng)中硬件標(biāo)簽成網(wǎng)絡(luò)狀分布,無(wú)需中央控制單元,通過(guò)標(biāo)簽測(cè)試到的信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)表征標(biāo)簽之間的幾何距離。LANDMARC系統(tǒng)通過(guò)引入?yún)⒖级ㄎ粯?biāo)簽,并根據(jù)不同標(biāo)簽之間的殘差加權(quán)算法,可以獲得較高的定位精度。但是這兩個(gè)系統(tǒng)還處于實(shí)驗(yàn)研究階段,因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜程度對(duì)定位精度有很大影響,所以利用RFID進(jìn)行精確定位是今后研究的一個(gè)重要方向,也是構(gòu)建定位感知系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

　　在現(xiàn)有的技術(shù)條件下,RFID定位追蹤系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始在一些醫(yī)院應(yīng)用,結(jié)合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和HIS系統(tǒng),可根據(jù)醫(yī)院的規(guī)模和性質(zhì)或者根據(jù)治理的疾病分類(lèi),對(duì)所有的病人、探病者、醫(yī)護(hù)工作人員裝上RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行追蹤,在醫(yī)院的平面圖上進(jìn)行監(jiān)控,所有受監(jiān)控對(duì)象的情況將會(huì)一目了然。憑借無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的及時(shí)性和移動(dòng)性的優(yōu)勢(shì),可以隨時(shí)進(jìn)行生命體征數(shù)據(jù)、醫(yī)護(hù)數(shù)據(jù)的查詢(xún)與錄入,醫(yī)生查房、床邊護(hù)理、呼叫通信、護(hù)理監(jiān)控、藥物配送和病人標(biāo)識(shí)碼識(shí)別等都成為透明的數(shù)字化服務(wù)。同時(shí)還可以做到查詢(xún)統(tǒng)計(jì)分析,內(nèi)容包括:現(xiàn)場(chǎng)人員清點(diǎn)(包括人數(shù)、分布、人員資料等)、區(qū)域歷史記錄查詢(xún)(某個(gè)區(qū)域在某段時(shí)間內(nèi)曾出現(xiàn)過(guò)的人或物)、人員(對(duì)象)歷史記錄查詢(xún)(特定對(duì)象曾在哪些區(qū)域出現(xiàn))、警報(bào)歷史記錄查詢(xún)(統(tǒng)計(jì)出事件發(fā)生模式)、主要物料庫(kù)存及去向(如血漿、器官、化驗(yàn)樣本等)。

　　6　結(jié)束語(yǔ)

　　普適計(jì)算概念從形成到現(xiàn)在經(jīng)歷了十幾年,對(duì)定位感知系統(tǒng)的研究一直是普適計(jì)算中最為人們重視的領(lǐng)域之一。醫(yī)院信息管理系統(tǒng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和RFID 等新興技術(shù)的應(yīng)用,使我們看到現(xiàn)代科技已經(jīng)逐步在醫(yī)療行業(yè)當(dāng)中構(gòu)建起一個(gè)定位感知系統(tǒng)的雛形。雖然,現(xiàn)有的雛形離普適計(jì)算概念中信息空間與物理空間完全融合的世界還有不小距離,特別是在精確定位方面,但是我們相信,隨著科技水平的不斷提高,定位感知系統(tǒng)會(huì)在醫(yī)療這個(gè)與生命休戚相關(guān)的行業(yè)中真正成型。到那時(shí),一個(gè)小小的芯片將實(shí)時(shí)、主動(dòng)檢測(cè)我們身體和外界環(huán)境的危險(xiǎn)信號(hào),它將充當(dāng)貼身醫(yī)生每時(shí)每刻保護(hù)人們的安全。