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)想就是人類置身于一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的世界，服務(wù)設(shè)備無處不在，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)動態(tài)獲取用戶的位置信息，同時(shí)為用戶積極主動地提供各種所需服務(wù)。在傳統(tǒng)的“請求—應(yīng)答”服務(wù)模式中，用戶要得到所需信息必須先向服務(wù)系統(tǒng)提出請求，系統(tǒng)響應(yīng)后給出回復(fù)，按照要求的格式提供信息。這種被稱為“被動模式”的系統(tǒng)無法滿足用戶動態(tài)信息的需求，無法積極智能地主動提供服務(wù)，是不符合普適計(jì)算的要求的。

定位感知系統(tǒng)是“主動模式”系統(tǒng)，它能夠同時(shí)為許多用戶提供服務(wù)。系統(tǒng)能夠根據(jù)自已取得的信息主動向用戶們進(jìn)行廣播，說明自己能夠提供的服務(wù)，用戶按照自己的所需獲取自己的信息。因此，“主動模式”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，給醫(yī)療行業(yè)帶來了跨越式的發(fā)展。一個(gè)無所不在的救護(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。

近幾年來，國內(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)院管理信息等各類信息進(jìn)行最有效的收集、儲存、傳輸與整合，并實(shí)現(xiàn)各類業(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)場傳來的資料。

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)控制中心傳來的各種信息，或者響應(yīng)用戶的服務(wù)請求，或者主動向用戶廣播各種有用信息。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)的意義上來講，我們希望構(gòu)建的是一個(gè)無線的網(wǎng)絡(luò)世界。而無線廣域網(wǎng)、無線局域網(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。

無線廣域網(wǎng)（WWAN）技術(shù)可使用戶通過遠(yuǎn)程公共網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)建立無線網(wǎng)絡(luò)連接。通過使用無線服務(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。

無線局域網(wǎng)（WLAN）是采用無線通訊技術(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)與無線通信、移動通信技術(shù)相結(jié)合的新生技術(shù)。在無線局域網(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)，而無論是定位信息還是位置信息都離不開無線定位技術(shù)的應(yīng)用。常用的無線定位技術(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)和無線射頻識別（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。借助于無線網(wǎng)絡(luò)的平臺，RFID定位追蹤系統(tǒng)是近期研究比較多的一個(gè)方向。

無線射頻識別技術(shù)（RFID, Radio Frequency Identification）是一種非接觸的自動識別技術(shù)，其基本原理是利用空間電磁波的耦合或傳播來進(jìn)行通信，以達(dá)到自動識別被標(biāo)識對象，獲取標(biāo)識對象相關(guān)信息的目的。最簡單的RFID系統(tǒng)由標(biāo)簽（Tag）、讀寫器（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)用無線電技術(shù)進(jìn)行通訊，信息儲存在標(biāo)簽中的一個(gè)小硅片中。標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的信息（Passive Tag,無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者主動發(fā)送某一頻率的加密信號（Active Tag,有源標(biāo)簽或主動標(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)信息化水平來看，從現(xiàn)今的IT技術(shù)手段出發(fā)，我們可以構(gòu)建未來醫(yī)療行業(yè)中的定位感知系統(tǒng)的一個(gè)基本框架（圖3）：以無線網(wǎng)絡(luò)為通信環(huán)境，以不斷升級的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，美國專利與商標(biāo)局就批準(zhǔn)過一個(gè)第5629678號專利，授權(quán)人為自然人。這個(gè)專利主要保護(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)能夠主動對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，并記錄、發(fā)送相關(guān)資料。救護(hù)中心可隨時(shí)通過全球定位系統(tǒng)獲取當(dāng)事人的位置、運(yùn)動路線、身份、緊急事態(tài)、救護(hù)辦法等。理論上講，這種技術(shù)可以用于檢測每個(gè)人的身體狀況，主動檢測當(dāng)事人遇到的疾病、遭遇的環(huán)境危害和人身攻擊，并自動發(fā)送全部必要的救護(hù)信息。從專利描述的技術(shù)特點(diǎn)來看，這樣的一個(gè)RFID無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)趨于定位感知系統(tǒng)的要求。

美國食品與藥品管理局于2004年12月份正式批準(zhǔn)了美國應(yīng)用數(shù)據(jù)解決公司（ADS:Applied Digital So-lutionsCo.）在醫(yī)療行業(yè)銷售RFID芯片的申請。ADS公司的VeriChip是一個(gè)長約12mm、外形呈“米粒”的RFID芯片。芯片上記錄有植入者的識別（ID）信息，植入人的上臂皮下。VeriChip有專用的“讀取掃描設(shè)備”。該掃描設(shè)備發(fā)出的微弱無線電波穿過皮膚到達(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信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到ADS公司管理的數(shù)據(jù)庫中心。數(shù)據(jù)庫中心記錄有簽約加入者的過去的醫(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)在美國引起了廣泛爭議，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)性的研究內(nèi)容。對于在一個(gè)小區(qū)域查找某一個(gè)人或者事物在或者不在的簡單定位，RFID技術(shù)完全可以勝任而且已經(jīng)在很多場合得到應(yīng)用。對于利用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)基于信號強(qiáng)度分析，發(fā)展了一種聚合算法對三維空間進(jìn)行定位。系統(tǒng)中硬件標(biāo)簽成網(wǎng)絡(luò)狀分布，無需中央控制單元，通過標(biāo)簽測試到的信號強(qiáng)弱來表征標(biāo)簽之間的幾何距離。LANDMARC系統(tǒng)通過引入?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)開始在一些醫(yī)院應(yīng)用，結(jié)合無線網(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，對所有的病人、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)控對象的情況將會一目了然。憑借無線網(wǎng)絡(luò)的及時(shí)性和移動性的優(yōu)勢，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)識碼識別等都成為透明的數(shù)字化服務(wù)。同時(shí)還可以做到查詢統(tǒng)計(jì)分析，內(nèi)容包括：現(xiàn)場人員清點(diǎn)（包括人數(shù)、分布、人員資料等）、區(qū)域歷史記錄查詢（某個(gè)區(qū)域在某段時(shí)間內(nèi)曾出現(xiàn)過的人或物）、人員（對象）歷史記錄查詢（特定對象曾在哪些區(qū)域出現(xiàn)）、警報(bào)歷史記錄查詢（統(tǒng)計(jì)出事件發(fā)生模式）、主要物料庫存及去向（如血漿、器官、化驗(yàn)樣本等）。

6　結(jié)束語

普適計(jì)算概念從形成到現(xiàn)在經(jīng)歷了十幾年，對定位感知系統(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)、主動檢測我們身體和外界環(huán)境的危險(xiǎn)信號，它將充當(dāng)貼身醫(yī)生每時(shí)每刻保護(hù)人們的安全。

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