周海鷹

（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150001）

醫(yī)療衛(wèi)生保健是構(gòu)成現(xiàn)代社會不可或缺的組成部分，是全民專注的重點(diǎn)，其財(cái)政支出在國民生產(chǎn)總值中占有重要比重。健全的醫(yī)療衛(wèi)生保健系統(tǒng)，可提升政府形象，也是維護(hù)社會和諧穩(wěn)定的重要因素。進(jìn)入21世紀(jì)以后，由于全球老齡化問題，世界各國的衛(wèi)生保健系統(tǒng)正面臨著開支飛速增長，保健系統(tǒng)壓力沉重等問題，為滿足日益增長的醫(yī)療保健需求已導(dǎo)致醫(yī)療保健部門的財(cái)政資源和人力資源出現(xiàn)嚴(yán)重短缺［1］。為應(yīng)對因老齡化問題所引起的醫(yī)療衛(wèi)生保健服務(wù)的供求矛盾，利用新一代的IT技術(shù)執(zhí)行普適健康看護(hù) （Pervasive Healthcare,PHC）成為了一條行之有效的解決途徑。

1 PHC發(fā)展現(xiàn)狀

世界衛(wèi)生組織預(yù)計(jì)全世界65歲以上老齡人口在2025年將達(dá)到7.61億［2］?！吨袊淆g事業(yè)的發(fā)展》白皮書揭示了我國正加速進(jìn)入老齡化甚至高齡化社會 ：2005年底我國60歲及以上老年人口為1.44億，到2037年將超過4億，居世界首位。另一方面，我國醫(yī)療資源總體嚴(yán)重不足，且分布極不均衡。中國人口占世界的22%，但醫(yī)療衛(wèi)生資源僅占世界的2%，這其中80%的醫(yī)療資源都集中在城市，而在城市中又有80%的資源集中在大醫(yī)院。因此，我國因老齡化問題所引起的醫(yī)療衛(wèi)生保健服務(wù)供求矛盾非常突出［4］。

多項(xiàng)研究顯示，80%以上的老齡人患有慢性疾病以及與生活習(xí)慣相關(guān)的疾病，30%以上患有2種以上慢性疾?。?］。研究進(jìn)一步表明，針對患有多種慢性疾病的患者，更需要的是長期持續(xù)的健康看護(hù)觀察，而不是費(fèi)用昂貴的臨床監(jiān)護(hù)治療。從流行病學(xué)數(shù)據(jù)和過去的研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)防與減少疾病急性發(fā)作的重點(diǎn)在于提高健康看護(hù)質(zhì)量，主動(dòng)管理慢性疾病，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，鼓勵(lì)患者在醫(yī)院以外的正常、健康的生活方式［6］。

面對因?yàn)槔淆g化所引起的醫(yī)療費(fèi)用不斷上升及看護(hù)能力日益短缺的現(xiàn)狀，支持獨(dú)立生活方式、個(gè)性化的院外醫(yī)療護(hù)理模式正成為新的健康看護(hù)的發(fā)展趨勢［7］，其特點(diǎn)包括：1）充分利用普適生物醫(yī)學(xué)傳感、計(jì)算和通信技術(shù)，配合與協(xié)助醫(yī)療專家執(zhí)行7×24 h的有效慢性疾病管理；2）提供異常及時(shí)發(fā)現(xiàn)能力以避免陷入危機(jī)（猝死）；3）利用醫(yī)護(hù)人員的專業(yè)知識，提供時(shí)間和位置未受約束的適時(shí)準(zhǔn)確的醫(yī)療看護(hù)服務(wù)與異常處理能力。

普適健康看護(hù)針對老年人和患有多種慢性病的高風(fēng)險(xiǎn)病人，旨在協(xié)助和補(bǔ)充現(xiàn)有的醫(yī)療衛(wèi)生保健系統(tǒng)，整合醫(yī)療資源，降低不必要開支，提供高品質(zhì)的健康看護(hù)服務(wù)。病人積極參與的普適健康看護(hù)可有效降低醫(yī)護(hù)人員體力上與精神上的壓力，提高配合治療程度，減少看護(hù)與治療成本，促進(jìn)病人在院外的更好、更健康的生活方式［4］。病人監(jiān)測服務(wù)市場是一個(gè)有著數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，但目前面對以環(huán)境構(gòu)建與服務(wù)提供為目的的普適健康監(jiān)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)的專門研究還非常缺乏［8］。

健康與醫(yī)療關(guān)系到人民的生命安全與身體，關(guān)系到國家的安全與和諧。普適健康服務(wù)技術(shù)是支持基本健康保障制度實(shí)施的主要技術(shù)基礎(chǔ)，在中國開展與推廣普適健康看護(hù)服務(wù)，可解決資源與需求的沖突，能有效整合醫(yī)療資源，確保財(cái)務(wù)保障高效運(yùn)轉(zhuǎn)，以健康普適服務(wù)促進(jìn)社會和諧。通過運(yùn)用普適服務(wù)技術(shù)和信息化手段，在健康與醫(yī)療服務(wù)全過程中融合普適計(jì)算理念，以創(chuàng)新的服務(wù)模式為人民適時(shí)、適地的提供普遍適用的健康服務(wù)與醫(yī)療服務(wù)，既是國家之所急，又是人民之所需，更是技術(shù)之所責(zé)。

2 PHC技術(shù)調(diào)研

隨著普適計(jì)算技術(shù)的進(jìn)一步研究和其在健康看護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，區(qū)別于相關(guān)聯(lián)的生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)以及普適計(jì)算技術(shù)，普適健康看護(hù)技術(shù)作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，顯示出其自身顯著的特點(diǎn)與不同的研究內(nèi)容、方法與技術(shù)。由于PHC應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性、多樣性以及多變性，如何基于現(xiàn)代信息技術(shù)，調(diào)試普適計(jì)算技術(shù)，并結(jié)合生物醫(yī)學(xué)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)適時(shí)適地提供適當(dāng)健康看護(hù)的服務(wù)環(huán)境，是一門多學(xué)科交叉綜合的復(fù)雜研究領(lǐng)域［9］。本文將分別從應(yīng)用原型、系統(tǒng)模型以及上下文感知技術(shù)的角度分析普適看護(hù)領(lǐng)域的研究發(fā)展現(xiàn)狀。

2.1 PHC應(yīng)用原型

無線通信技術(shù)和病人可佩戴的醫(yī)療遙測設(shè)備的進(jìn)步促使了病人臨床監(jiān)護(hù)與院外監(jiān)護(hù)技術(shù)的快速發(fā)展，各種不同的病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)得以開發(fā)與應(yīng)用。隨著普適計(jì)算、生命醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)療遙測等多學(xué)科技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可快速實(shí)現(xiàn)通過病人攜帶設(shè)備提取、記錄、分析并傳輸病人健康狀況征兆（以生理信號為表征形式）到醫(yī)療專業(yè)人員的電腦或PDA設(shè)備上，從而減少對評估和治療所需的時(shí)間［10］。最近，從事健康監(jiān)護(hù)研究機(jī)構(gòu)正著力于開發(fā)可以準(zhǔn)確監(jiān)測病人生命體征和及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常征兆的病人監(jiān)護(hù)原型系統(tǒng)和應(yīng)用，并取得了顯著成果［11］。認(rèn)識到老人醫(yī)療監(jiān)護(hù)市場的重要性，一些全球知名的醫(yī)療儀器設(shè)備公司，包括通用電氣、惠普、霍尼韋爾和英特爾，于2002年在美國華盛頓聯(lián)手成立一家老年服務(wù)技術(shù)研究中心（CAST），鼓勵(lì)老年人服務(wù)相關(guān)技術(shù)的開發(fā)與合作，倡導(dǎo)無線、遠(yuǎn)程病人監(jiān)護(hù)醫(yī)療服務(wù)模式，以面對醫(yī)療服務(wù)費(fèi)用日益增長的現(xiàn)狀。

大量的健康監(jiān)護(hù)原型系統(tǒng)得以開發(fā)設(shè)計(jì)，經(jīng)歷了3個(gè)典型階段［8］，如果按照病人（監(jiān)護(hù)對象）所處于的監(jiān)護(hù)場景來劃分，可以分為醫(yī)院臨床監(jiān)護(hù)、居家監(jiān)護(hù)以及戶外移動(dòng)監(jiān)護(hù)3種不同類型［12］。第一代監(jiān)測系統(tǒng)，如Micropaq在醫(yī)院大樓范圍內(nèi)通過藍(lán)牙等短距離無線技術(shù)和醫(yī)院通信基礎(chǔ)設(shè)施，收集和傳輸多參數(shù)的監(jiān)測信息。下一代監(jiān)視系統(tǒng)，如Medtronic支持居家的病人監(jiān)護(hù)功能，在預(yù)約的時(shí)間收集傳輸病人信息。Motiva系統(tǒng)基于電視與有線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一個(gè)安全的、個(gè)性化的健康監(jiān)護(hù)通信平臺，支持慢性病人在家中與服務(wù)提供商的交互，從而實(shí)現(xiàn)慢性疾病進(jìn)行監(jiān)控與管理，改善病人生活質(zhì)量。其它類似的系統(tǒng)，如CardioNet與Biotronik可提供針對居家病人的短期監(jiān)護(hù)（7～14 d）。

新一代監(jiān)視系統(tǒng)針對移動(dòng)病人，通過基于傳輸基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)（無線局域網(wǎng)，蜂窩PCS和衛(wèi)星），持續(xù)不斷的收集和傳輸病人的生命體征信息。代表性的類型，如智能穿戴式健康研究［13］，醫(yī)療遙測設(shè)備［14］，PDA 移動(dòng)網(wǎng)關(guān)［15］，智能服裝監(jiān)護(hù)[16]等。 文獻(xiàn)［17］體現(xiàn)了為提高普適看護(hù)質(zhì)量而進(jìn)行的醫(yī)療推理決策方面的研究。適合于老年人的普適監(jiān)護(hù)系系統(tǒng)，代表性的研究如Gator Tech智能房間［18］，感知房間［19］以及精英護(hù)理［20］等項(xiàng)目。

2.2 PHC系統(tǒng)建模

目前，針對普適看護(hù)系統(tǒng)模型的研究還不多見，已有的文獻(xiàn)多給出了普適看護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求與挑戰(zhàn)分析，但實(shí)際的系統(tǒng)建模研究則少見報(bào)道。例如，文獻(xiàn)［21］分析了傳達(dá)報(bào)警消息的需求模型；文獻(xiàn)［22］從ICT架構(gòu)模式的角度分析監(jiān)護(hù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：以人為中心、以家為中心、以遠(yuǎn)程健康服務(wù)為中心，以健康看護(hù)服務(wù)機(jī)構(gòu)為中心，分類普適健康看護(hù)的基本功能：緊急狀態(tài)檢測與報(bào)警、疾病管理、健康狀態(tài)反饋與建議，并提出設(shè)計(jì)24 h醫(yī)療監(jiān)護(hù)環(huán)境應(yīng)包含的主要系統(tǒng)：室內(nèi)（外）居家監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程戶外活動(dòng)監(jiān)控與位置定位、緊急情況救援系統(tǒng)與系統(tǒng)服務(wù)的穩(wěn)定維持；文獻(xiàn)［23］調(diào)研了最近5年在健康看護(hù)領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)，按原始資料將文獻(xiàn)分為5大類別：決策支持信息系統(tǒng)、用戶健康信息學(xué)、居家遠(yuǎn)程健康看護(hù)、突發(fā)信息技術(shù)與信息學(xué)方法；文獻(xiàn)［24］按照服務(wù)的可控性與應(yīng)用位置，將健康看護(hù)系統(tǒng)分為可控制的環(huán)境（如健康看護(hù)單元或醫(yī)院）與立即健康服務(wù)不可達(dá)地點(diǎn)（如病人家中或城市里）；文獻(xiàn)［8］提出了基于傳感、推理和傳輸功能的普適健康看護(hù)的系統(tǒng)框架，并探討了主要功能組件的設(shè)計(jì)決策邏輯；文獻(xiàn)［25］基于無線傳感器網(wǎng)路技術(shù)，提出了一種基于網(wǎng)格的普適健康看護(hù)系統(tǒng)框架；文獻(xiàn)［26］通過分析已有的普適健康看護(hù)應(yīng)用，分類居家、網(wǎng)格空間以及移動(dòng)空間3種典型應(yīng)用環(huán)境，試圖提出一種通用的滿足軟件需求的普適看護(hù)系統(tǒng)框架。

由于健康看護(hù)環(huán)境、對象以及采取策略的不同，健康看護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)類型眾多，當(dāng)前的研究多是針對某一特定的應(yīng)用類型（目標(biāo)），提出特定的解決方案，缺乏一種統(tǒng)一的普適看護(hù)體系架構(gòu)分析以及設(shè)計(jì)方法研究。為便于普適看護(hù)系統(tǒng)的原型開發(fā)與設(shè)計(jì)，需要建立一個(gè)規(guī)范的系統(tǒng)模型，這是實(shí)現(xiàn)普適看護(hù)系統(tǒng)仿真與評估的重要前提與模型基礎(chǔ)。

2.3 PHC上下文感知

上下文感知是普適計(jì)算領(lǐng)域的核心技術(shù)，最近幾年，大量的研究工作集中在這一領(lǐng)域。文獻(xiàn)［27］分類了5類有代表性的上下文感知架構(gòu)：基于智能代理的架構(gòu)（如CoBrA）、面向服務(wù)的構(gòu)架（如SOCAM）、面向數(shù)據(jù)流的構(gòu)架（如Confab）、基于 COBRA構(gòu)架（如Gaia）以及面向?qū)ο蟮募軜?gòu)（Context-Tookit）。 T.Strang 等人［28］中總結(jié)了以下幾種上下文模型：鍵值對模型、標(biāo)記配置模型、圖模型、面向?qū)ο竽Ｐ?、基于邏輯模型和基于本體模型。其中，基于本體的上下文建模具有知識共享、支持邏輯推理以及知識重用的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)語義層次的上下文信息的交互與共享，因而非常適合于普適看護(hù)服務(wù)的上下文建模應(yīng)用［29］。文獻(xiàn)［30］提出了一個(gè)包含增強(qiáng)詞匯模型的上下文本體用于界面中上下文和動(dòng)作信息的導(dǎo)航，其中，本體結(jié)構(gòu)被定義為一系列屬性，而本體詞匯表則可依據(jù)領(lǐng)域和應(yīng)用的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)；文獻(xiàn)［31］使用OWL本體標(biāo)記語言建模上下文，并支持語義表示、上下文推斷和語義知識共享等；文獻(xiàn)［32］中提出了一種基于 RDF（resource description framework）的CSCP語言來建模上下文。

由于普適看護(hù)服務(wù)的多樣性、多變性以及復(fù)雜性，應(yīng)用于普適看護(hù)上下文感知系統(tǒng)的研究還是少見報(bào)道。面向普適看護(hù)計(jì)算的上下文建模與推理工作，必須與普適看護(hù)服務(wù)環(huán)境和專家醫(yī)療知識與經(jīng)驗(yàn)常識相結(jié)合，因此具有其特殊性。按照實(shí)現(xiàn)技術(shù)，文獻(xiàn)［27］提出了一種命名為VINCA的服務(wù)網(wǎng)格方法體系，采用本體描述語言O(shè)WL和Jena規(guī)則推理系統(tǒng)，開發(fā)了基于VINCA－CC的上下文感知中間件。在過去的幾年，常識推理在普適環(huán)境下的研究與應(yīng)用也越來越多。文獻(xiàn)［33］等利用常識知識以及智能對象來識別隱藏的對象并判斷該對象的位置，以及檢測某些隱含的危險(xiǎn)情形，及時(shí)提醒用戶。文獻(xiàn)［34］設(shè)計(jì)了一種常識概率模型并使用傳感器數(shù)據(jù)來推斷用戶的狀態(tài)。文獻(xiàn)［35］借助常識知識進(jìn)一步進(jìn)行推理獲取更準(zhǔn)確的用戶活動(dòng)。文獻(xiàn)［36］基于常識推理技術(shù)介紹了一種新的面向場景的推薦方法，可以幫助用戶根據(jù)日常生活中不同的場景選擇更合適的穿戴搭配。文獻(xiàn)［37］提出了廚房感知的研究平臺，使用常識推理使控制接口簡單化并增強(qiáng)交互性。文獻(xiàn)［38］提出了一種面向老年人智能輔助環(huán)境的常識推理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，闡述了常識獲取、采用本體技術(shù)的常識表征以及常識規(guī)則推理技術(shù)，并建立起來推理原型系統(tǒng)。文獻(xiàn)［39］針對現(xiàn)有上下文感知中間件在普適醫(yī)療領(lǐng)域的中存在的不足，基于本體對上下文信息建模和推理，提出一種適用于普適醫(yī)療環(huán)境的上下文感知中間件，該中間件采用集中式架構(gòu)、用UPnP作為上下文發(fā)現(xiàn)和接入方法。

3 總 結(jié)

通過上述調(diào)研分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然有關(guān)病人監(jiān)護(hù)領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了一些顯著的成績，但仍然存在著一些主要的限制和制約：1）提出的解決方案多數(shù)未涉及普適看護(hù)領(lǐng)域，未深入研究如病人移動(dòng)性、持續(xù)監(jiān)護(hù)以及異常及時(shí)發(fā)現(xiàn)等普適看護(hù)的應(yīng)用特色；2）大多數(shù)解決方案未充分利用移動(dòng)計(jì)算平臺進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析，因而傳輸大量原始數(shù)據(jù)將導(dǎo)致高的傳輸網(wǎng)絡(luò)流量和更高的帶寬需求，同時(shí)也給醫(yī)療專業(yè)人士進(jìn)行信號分析和異常監(jiān)測帶來巨大的工作壓力。

目前，商用的便攜式監(jiān)測設(shè)備與原型系統(tǒng)所提供的遠(yuǎn)程病人監(jiān)護(hù)服務(wù)對于上下文異常檢測的實(shí)時(shí)性、有效性以及可靠性方面與理想的普適看護(hù)服務(wù)還存在巨大差距，一個(gè)主要的因素在于已有的解決方案對于普適看護(hù)的復(fù)雜處理模式、相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)、以及推理決策機(jī)制等方面還缺乏深入理解和研究。針對慢性疾病的普適看護(hù)服務(wù)的系統(tǒng)構(gòu)架與異常檢測技術(shù)的研究，其未來主要研究方向包括：1）提供及時(shí)的異常檢查，預(yù)防突發(fā)性疾病，減少可避免的住院費(fèi)用與相應(yīng)開銷；2）利用移動(dòng)計(jì)算平臺，提供基于普適看護(hù)的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的分析監(jiān)測能力與醫(yī)療干預(yù)能力，降低網(wǎng)絡(luò)流量與帶寬需求。

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