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浅析“智慧医疗”三大核心技术

2010-03-0115:08来源:

2009年初,一个名叫“IBM医疗行业解决方案实验室”的机构成立了,它把一个颇具吸引力的单词推到了我们面前——智慧医疗。智慧医疗涉及到统一通信、视频、无线网络、传感技术和RFID等当前最新的和最热门的技术领域,从而打造了一个整合各种应用的信息化平台,为患者提供一种前所未有的智慧体验。

医疗神经元

智慧医疗的核心是病人信息的传递与共享,包括这些信息在医院不同科室之间、医院之间,甚至医院与社区、医疗保险、政府部门等的信息传递。这使得一种叫做无线传感器网络(Wireless Sensor Networks)的概念成为业界的热点。WSNs的概念起源于美国国防先进技术研究计划署中的一个研究项目。这种无线传感网络结合了感测、运算,以及网络连接的能力,被部署在整个医院中的不同传感器,在其感测范围内监控与侦测周围环境与和特定目标的即时状态,并透过无线网络将这些状态信息回传到主处理系统。系统管理者在收到这些信息时,就能据此对患者的病情变化做出适当的处理。

医疗无线传感器网络要求分布在医院、医生、患者和设备等处的传感器节点,具备无线通信能力。目前无线传感器网络技术主要使用ZigBee协议。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低成本的无线网络技术,主要用于近距离无线连接。通过ZigBee,可以简单地实现各种器件的实时在线。其低数据速率和通信范围较小的特点,决定了ZigBee技术适合于承载病情监控等数据流量较小的业务。ZigBee技术在数千个微小的传感器之间相互协调,实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,其通信效率很高。相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。ZigBee的出发点就是实现一种易实现的低成本无线网络。同时它的低功耗性能可以使采用电池供电的产品维持6个月到数年的工作时间。这一点对于医院应用来说非常重要。它可以保证部署在医院各处的成千上万个传感器长期稳定地工作,而不会因为供电问题造成信息缺失和维护的麻烦。

在床边的影像

和传统的网络构建需求不同,实现智慧医疗的网络基础不再是带宽和传输速度,而是网络的移动性和灵活性。因此,无线宽带在智慧医疗的实现过程中,将成为关键的承载技术。全面覆盖现代医院的无线移动网络可以保证随时随地进行多元化应用。在突发性情况发生的时候,专家可以不必寻找电脑去查找资料来帮助诊断,而是当时就可移动查询,确保没有一分钟的延误。

这种在床边的无线信息记录与访问技术在上海市胸科医院甚至被应用到了对医学影像的处理方面。该医院收治的主要是临床病危病人、骨科牵引病人及小儿抢救病人。这些病人往往需要床边采集图像资料,这就对设备的移动性和信息的无线传输提出了非常高的要求。胸科医院采用了新型移动CR系统用于在病人床边的X线影像实时采集作业。这是一种含有单板CR阅读器、X射线发生器、PC工作站(带有触摸屏显示器)和便携式电源的移动CR系统。但移动CR设备仍需要将数字影像保存在其PC工作站中,等操作人员检查完所有预约病人后,回到放射科再将所有影像资料通过有线方式一次性上传到PACS系统。此后,各相关病人的主管医生才可以查阅影像资料。这样做的结果是,在病人较多时,查阅影像资料的周期长。另外,遇到特殊的急诊病人则无法满足需求。

上海市胸科医院放射科主任叶剑定说道:“针对这类新的需求,我们提出了床边放射影像的数字化并采用无线传输方式接入PACS的方案。这是我院在国内首创的新应用,由于移动床边摄影的特殊性和影像数据传输格式的标准要求,所选择的放射摄影设备和无线接收、发射装置都有相关的数据接口、交换要求。选择的原则是既要有可靠的安全抗干扰能力,又要保持灵敏和高速的传输特性。“

上海市胸科医院部署的智能无线方案包括在中心机房的一台卓纪思MX-200R智能无线控制器以及分布于住院部大楼17个病区护士站的30台MP-422A无线接入点,并由RingMaster进行无线网络的规划、配置、部署、监控和优化,精确控制接入管理的各个方面,包括用户、内容、时间、地点、原因、以及接入方式。为完成客户端部署,需要在移动CR设备所配备的PC工作站上安装支持802.11a/b/g的无线网卡,这样就使该移动CR系统具有了无线传输能力。

数字医学影像含有庞大的数据规模这对网络的吞吐能力提出了新的要求,据计算机室主任孙科芬介绍说:“通常一张胸片影像的数据文件大约在5MB左右,这是因为临床医生对胸片辅助诊断的要求非常高,细微的变化都可能左右诊断的结果。为了保证检查人员在每个护士站都能迅速将采集到的影像资料上传至PACS系统,我们采用了独特的智能无线体系架构Smart Mobile,所使用的无线接入点拥有了足够的数据处理能力。

AP在执行加/解密及策略的同时,也处理数据转发。即AP负责转发这类高数据传输率的影像数据流量至交换机,然后直接发至PACS,而无需通过WLAN控制器做集中转发,从而提高了上传速度和整体无线网的可扩展性。另一方面,由于802.11b/g工作的2.4GHz电磁波干扰非常严重,而802.11a标准工作的5GHz频段不仅可以有效地避免干扰,而且可以实现与802.11g一样的数据传输速率,因此,本次无线网络部署采用了802.11a的Wi-Fi标准用于保证高速,稳定的PACS接入能力。

优化医疗体验

智慧医疗的另一个关键是为就医者提供更好的医疗体验。例如在一些特殊的病房,患者因病情严重易受外部感染,同时患者本身的疾病带有极强的传染性,不能与外界直接接触。如重症监护室(ICU)患者均为手术后病人和危重病人,抵抗力低、易产生并发症和严重感染。但是,这一类患者往往同时又最需要家人的陪同和安慰。

为了解决这个问题,未来的智慧医院通过网络视频监控系统实现远程探视,这样既可以保护患者免遭外部感染或交叉传染,又可以实现患者与家人的“面对面”交流。

在特殊病房内配备的视频编码器以及摄像机、麦克风、音箱、电视机,可以随时将患者的病况、影像、声音采集并传递出来,同时在隔离区外设立远程探视室,配备了视频编码器、摄像机以及PC、耳麦,这些设施通过医院局域网接入监控中心管理平台。家属或朋友在室外的探视点即可实时看到室内的患者的情况,并与患者进行交流沟通,患者也可以看到外面家属的视频。如果将管理平台接入Internet,家属或朋友即使在家里或身在外地,也可通过PC远程登录,而通过视频编码器与病房内相关医疗设施的结合,还可以提供更为智能和更为人性化的服务。比如与输液报警器连接,患者输液完毕时通过监控系统的报警联动自动向护士站报警,与血压仪、心电图机、床边监护仪等仪器连接,实现自动报警以及数据参数与监控图像的叠加显示,在发生异常时及时报警通知护士站医护人员。

在国外,基于视频的远程医疗应用已经开始实现。据统计美国每年有 70 多万人患有中风,大多数人因此致残。一种经 FDA 认证的药物可以帮助部分患者防止因中风造成的残疾,但此药物必须在中风发作后三小时内服用。中风病人接受治疗越早,康复机率也就越大。

在位于波士顿的医疗联盟集团公司(Partners HealthCare),视频会议技术首次与医疗保健系统进行集成,针对其电视医疗计划部医疗联盟集团公司部署的视频会议解决方案允许各地的用户进行面对面的实时交流,还支持多种演示程序,例如 PowerPoint、35 毫米幻灯片以及高层投影。该组织还部署了多位置技术,最多可使位于32 个不同地点的用户共同进行视频会话。另外,桥接技术使医疗联盟集团公司内外部联网自如,如有需要,还能够让可变的H.323 (IP) 和H.320 (ISDN) 协议以不同的线速参与到同一视频会话中。

在 Partners 视频网络中,有 30% 用于医疗系统的管理; 10% 用于在紧急情况下或者对住院及门诊病人提供医疗服务。Partners 利用三个特定的视频方式向患者提供医疗服务,它们分别是电视皮肤学应用程序、世界范围内的医疗咨询以及马萨诸塞州综合医院(MGH)的电视中风中心(TeleStroke Center)。例如,一家叫做Nantucket 的医院患者较少,无法支付一个医师或者常设固定门诊的费用,使用视频会议技术后,Nantucket 可以安排每周三小时的会诊时间,为突发性或者有必要的患者提供医疗服务。“视频会议技术清除了在时间和距离上的障碍,使我们能够将来自 MGH 的急性中风专家的意见即时提供给来自美国和整个世界更多的患者。未来医疗保健业发展的关键在于:在有效的时间内,向患者提供有针对性的治疗。”该医院相关人士表示。

Partners HealthCare 视频网络技术主要包括VSX 系列的全线产品,其包含了 Siren音频和StereoSurround技术提供业界最佳的音频和视频效果。该医院还通过部署 VSX 3000 个人会议视频系统和PVX 台式机会议软件应用程序,使用户可以启动台式机视频,而针对多位置通话和 IP 与 ISDN 混合网络通话,该医院使用了 Polycom MCG-50 桥接技术。PathNavigator 高级监管程序被用于进行网络管理和呼叫选路。通过使用视频会议技术来提供可供点播的神经科专家门诊,患者无论身处何地,都可随时获得专业的中风病医疗服务,还可迅速得到病情诊断并开始治疗。

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