引言

在健康監(jiān)測環(huán)境下醫(yī)療監(jiān)測是一個由各個等級的醫(yī)療專業(yè)人士實施的嚴(yán)格的過程，但這些專業(yè)人士實施的過程中，仍然不能避免意外的人為錯誤。在健康監(jiān)測環(huán)境中，人為錯誤應(yīng)該減少到零，但是這通常是達(dá)不到的。因此在過去的十年，針對減少醫(yī)療過程中的人為錯誤開展了很多研究工作。研究者已經(jīng)從信息通信技術(shù)（ICT）入手來減少醫(yī)療過程中的人為錯誤。需要說明的是ICT所帶來的創(chuàng)新不僅僅是提高患者自動監(jiān)測過程的可實施性，更重要的是極大的提高了該過程可靠性。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［1］［2］是信息通信技術(shù)方面比較好的技術(shù)，最初是用于軍事方面戰(zhàn)場上的的監(jiān)測，無線傳感器技術(shù)還有很多別的應(yīng)用，例如環(huán)境學(xué)習(xí)、動物保護(hù)、生產(chǎn)線、樓宇安全，這樣便使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用于醫(yī)療環(huán)境來提高病患監(jiān)視的可信度。

基本上，無線傳感器設(shè)備的尺寸非常小，這樣可以更好的應(yīng)用于監(jiān)測病人的身體健康狀況，從而解決醫(yī)生或者護(hù)士難以全天隨時隨地守護(hù)病人的問題。同時肯定可以實現(xiàn)一個全球一體化的可能性，通過因特網(wǎng)發(fā)送該重要病人的身體健康信息到別的專家醫(yī)生的手持設(shè)備，因為現(xiàn)在任何一個醫(yī)生都有手持設(shè)備。

所以考慮到這些方面，就得更多的提到無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)［3］，它是LAN的擴(kuò)展，同時在有限的布線數(shù)量的情況下有比較遠(yuǎn)范圍的通信距離，這樣使重要的信息能通過處于無線傳感器拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)（WSMN）［4］中的傳感器來傳送，無線傳感器拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)（WSMN）是無線傳感器和拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的組合。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)部署好后，它同時提供了不同的機(jī)能來提高環(huán)境的監(jiān)測能力。

另外一個ICT的革新是無線射頻識別（RFID）［5］-［7］，它不僅僅用于病患的監(jiān)測，還用于醫(yī)療設(shè)備醫(yī)療手術(shù)設(shè)備的管理、藥品的管理以及危險醫(yī)用物品的管理，物品清單控制，還包括病人的識別和定位。即使當(dāng)病人在戶外，例如病人在私人的居住地或者常規(guī)的活動區(qū)域時，使用RFID對其進(jìn)行定位也是可能的。從這些考慮來看，我們可以看出使用RFID對病人進(jìn)行監(jiān)視主要用于病人識別、定位監(jiān)視和病人醫(yī)療信息的發(fā)送。

這樣，這些設(shè)備的功能和初始化應(yīng)用可以通過引入一些帶RFID的傳感機(jī)理來加強(qiáng)［8］［9］。因為無線傳感體域網(wǎng)（WBSN）可以基于網(wǎng)絡(luò)提供可靠的基礎(chǔ)設(shè)施來支柱，所以我們現(xiàn)在提出集合了RFID傳感器和無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)（WMN）而創(chuàng)造的一個新奇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我們稱之為RFID-WBSMN。

這個框架提供了一個可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來用于病人監(jiān)視和識別應(yīng)用，然后自由地使用智能體技術(shù)來做出決定是否通知醫(yī)生。使用［10］中提到的智能體技術(shù)，通過在網(wǎng)絡(luò)中計算從而減少通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的必要，從而減少網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)負(fù)載和延遲的情況。智能體被放在網(wǎng)絡(luò)中固定的位置，被當(dāng)做類似于早期的報警系統(tǒng)來使用。從而監(jiān)測和報告異常給特定的醫(yī)療工作者。

一般情況下，這些傳感器不能完成這些功能，因為這些設(shè)備的內(nèi)存和能量有限。另外，最新的ICT革新的主要是提高信息技術(shù)（IT）系統(tǒng)，即能通過云技術(shù)來支持信息分散。這個技術(shù)作為單獨(dú)付費(fèi)使用的技術(shù)提供用戶所有信息技術(shù)的資源。從前面可以看到有三個服務(wù)可以通過云計算實現(xiàn)，分別是架構(gòu)即服務(wù)（Iaas）、平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。

所以觀察基于云技術(shù)提供的設(shè)備，醫(yī)療服務(wù)需要一個好的網(wǎng)絡(luò)連接和一個必備的基礎(chǔ)設(shè)施、平臺和處理軟件，通過云來管理從而提供好的醫(yī)療服務(wù)。同時云服務(wù)可以被任何小的醫(yī)療服務(wù)診所和多專業(yè)的醫(yī)院使用，在有的國家可以想購買因特網(wǎng)服務(wù)一樣來購買每個醫(yī)療服務(wù)。現(xiàn)在研究者已經(jīng)開始采取基于云的電子醫(yī)療管理系統(tǒng)［11］，使用了一個應(yīng)用程序接口連接緊急部門工作者和來自波士頓EMS救護(hù)中心之前儲存的醫(yī)院數(shù)據(jù)。

基于以上這些事實，我們在這里提出了基于云系統(tǒng)的智能體，用來對病人的進(jìn)行識別和物理參數(shù)的監(jiān)測，這樣云的使用作為一個倉庫來保存信息和收集信息。當(dāng)智能體提出要訪問傳感器節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)集合和通知醫(yī)療工作者檢測異常傳感信息的時候。作為支柱的云儲存架構(gòu)為系統(tǒng)的執(zhí)行提供了一個經(jīng)濟(jì)有效的平臺。這個系統(tǒng)集合了各種醫(yī)療設(shè)施和遠(yuǎn)程病人監(jiān)控。論文剩下的部分如下：論文第二部分對相關(guān)技術(shù)的研究做了一個調(diào)查;論文第三部分對所提出系統(tǒng)的架構(gòu)和功能進(jìn)行了詳細(xì)的描述;論文第四部分給出了一個總結(jié)，和對將來工作的一個展望。

當(dāng)前研究活動的調(diào)查

我們將在這個部分中討論，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID、智能體、云計算在醫(yī)療服務(wù)方面的應(yīng)用，在詳細(xì)介紹我們所做的研究工作之前，本文將會介紹當(dāng)前在這些領(lǐng)域中的相關(guān)研究工作。

A 無線傳感器在醫(yī)療服務(wù)方面。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)［1］［2］通常是一個大型的空間上分布的網(wǎng)絡(luò)，有上百個節(jié)點(diǎn)隨機(jī)或者帶有一定地理位置的分布，目的是在環(huán)境中檢測或者感知一些特定的參數(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最初的應(yīng)用是在一個空曠的環(huán)境下檢測一些參數(shù)。最開始是由軍隊用于在戰(zhàn)場上進(jìn)行監(jiān)測和一些科學(xué)家、環(huán)境研究者用于檢測氣候變化和森林環(huán)境以及地下水。然而當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)變成熱門領(lǐng)域后，它的應(yīng)用范圍也開始擴(kuò)展。在醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域我們可以看到，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展為無線體域網(wǎng)（WBAN）或者是無線人體傳感器網(wǎng)絡(luò)（WBSN）［12］。隨著體積更小功能更強(qiáng)大的傳感器的發(fā)展，誕生了取代或者重新起草管理這些設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，例如，IEEE802.11和IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)組織，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這些變化都是可以實現(xiàn)的［12］-［14］。另外就是對無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)WMN進(jìn)行一個介紹，［3］，［13］-［15］，由一些公司或者是服務(wù)提供商來拓展對有線網(wǎng)絡(luò)的一個接入范圍，這個領(lǐng)域?qū)魬?zhàn)常規(guī)有線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這種無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)集合了無線人體傳感器網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造了無線人體傳感器拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。這個網(wǎng)絡(luò)［4］［16］提到的應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)監(jiān)視。在監(jiān)測中病人只要佩戴可穿戴的傳感器節(jié)點(diǎn)［12］，就可以測得其的身體情況，例如血壓，體溫，脈搏。這樣這些信息通過上傳至路由或者是網(wǎng)關(guān)最后傳到中心服務(wù)器形成病人的病歷數(shù)據(jù)庫。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以用于遠(yuǎn)程病人的情況檢測，在這種情況下，在家里你只要安裝上了無線傳感器節(jié)點(diǎn)，同時這些節(jié)點(diǎn)可以連入因特網(wǎng)或者是其他的通信網(wǎng)絡(luò)，同樣可以將數(shù)據(jù)傳送到醫(yī)療服務(wù)設(shè)備。這為不斷擴(kuò)大的老齡群體提供了非常方便的醫(yī)療服務(wù)，同時這也增加了醫(yī)療設(shè)備進(jìn)入家庭和養(yǎng)老醫(yī)療設(shè)備的業(yè)務(wù)。在需求增多的情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用大多數(shù)出現(xiàn)在遠(yuǎn)程病人監(jiān)控例子中，在病人病情超過一定閾值后通知報警系統(tǒng)。當(dāng)病人的信息在醫(yī)療服務(wù)設(shè)備中有所記錄時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以通過緊急情況報警設(shè)備來通知和發(fā)送重要病人的信息，這樣的話可以讓醫(yī)療工作者為緊急情況做好充分的準(zhǔn)備。這些傳感器網(wǎng)絡(luò)具有在服務(wù)區(qū)內(nèi)提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量的潛在優(yōu)勢。

B.RFID技術(shù)在醫(yī)療服務(wù)方面的應(yīng)用

RFID方法并不是一個新的技術(shù)，它誕生于1960年代，像是舞臺上的一個新的表演者。應(yīng)用領(lǐng)域主要是在軍事方面和產(chǎn)品應(yīng)用鏈的管理。然而，RFID技術(shù)受到的關(guān)注和歡迎應(yīng)用領(lǐng)域也開始擴(kuò)展。

RFID技術(shù)發(fā)現(xiàn)了他進(jìn)軍醫(yī)療服務(wù)行業(yè)的發(fā)展方向，通過他最擅長的即提高有效性的保障。對象有需要嚴(yán)格看護(hù)的設(shè)備、藥品、雇傭者、還有病人［5］［6］［7］。 在醫(yī)療服務(wù)環(huán)境中，生和死的區(qū)別可能就在僅僅于這些設(shè)備的位置。例如，電震發(fā)生器。或者別的什么東西，例如外科手術(shù)設(shè)備，在完成外科處理過程之后放在病人左邊的設(shè)備。

另外一個很重要的應(yīng)用就是對病人的跟蹤和識別。這個應(yīng)用相當(dāng)重要因為在當(dāng)病人不能被有效地識別的時候，會造成很多的過度醫(yī)療現(xiàn)象出現(xiàn) ［5］［6］［7］ 。RFID技術(shù)給病人提供一個可以被讀寫的卡片［17］，上面包含了病人的各種醫(yī)療信息包括病人現(xiàn)在在哪家醫(yī)院就診等信息。

C. RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療服務(wù)方面的應(yīng)用

在RFID技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合的技術(shù)中，RFID標(biāo)簽被修改從而能支持被標(biāo)記的傳感器和他所支持的感知能力。這些標(biāo)簽被稱為RFID傳感器標(biāo)簽，可以處于積極狀態(tài)、消極狀態(tài)和半積極狀態(tài)。這些具有增強(qiáng)功能的標(biāo)簽現(xiàn)在可以識別被標(biāo)定的物體以及檢測這些物體的參數(shù)。當(dāng)詢問機(jī)讀取這些傳感器標(biāo)簽的時候，這些參數(shù)可以被發(fā)送。如果這些詢問機(jī)的功能沒有被增強(qiáng)，那么RFID網(wǎng)絡(luò)只能被當(dāng)做單跳的網(wǎng)絡(luò)。如果RFID詢問機(jī)隨著無線傳感器而被修改為可以和多個異構(gòu)設(shè)備進(jìn)行通信，那么RFID網(wǎng)絡(luò)可以被應(yīng)用于多跳網(wǎng)絡(luò)［18］。

在醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域，RFID和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，在設(shè)備應(yīng)用方面，具有潛在的巨大的提高空間。在之前提到這些技術(shù)的缺點(diǎn)就是不能和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。研究的主要方向是這些設(shè)備基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)［19］。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)管理著低功耗的Zigbee設(shè)備［19］。

D.智能體技術(shù)在醫(yī)療服務(wù)方面的應(yīng)用

智能體技術(shù)已經(jīng)被提出并應(yīng)用于多種醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)。［20］-［22］ 在上面那些文章中，有很多的思想都是將智能機(jī)應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)產(chǎn)業(yè)。在這些文章中都明確強(qiáng)調(diào)了一個研究重要性，就是將單個智能體或者多個智能體應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)行業(yè)來解決這個行業(yè)中所存在的問題。研究工作將會從基于智能體的移動設(shè)備入手，用于醫(yī)院的選擇和預(yù)約計劃。這里還提到了一個基于智能體的研究應(yīng)用，通過無線人體傳感器網(wǎng)絡(luò)將病人的體溫信息發(fā)送到醫(yī)生的手持設(shè)備上［22］。

E. 云技術(shù)在醫(yī)療服務(wù)方面的應(yīng)用

在信息通信方面最新的革新應(yīng)該是云和云計算，支持消費(fèi)者在信息技術(shù)的需求中，云計算提供了可視化硬件框架的無限可擴(kuò)展性，通過業(yè)務(wù)使這些信息技術(shù)框架被利用。美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）定義了云計算是一個模型，這個模型可以方便地按需訪問一個可配置的計算資源（例如，網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲設(shè)備、應(yīng)用程序以及服務(wù)）的公共集。這些資源可以被迅速提供并發(fā)布，同時最小化管理成本或服務(wù)提供商的干涉。云服務(wù)基于服務(wù)水平協(xié)議（SLAs）可以采用單向收費(fèi)。云服務(wù)提供商為用戶提供了常用的IT設(shè)備和依賴這些設(shè)備的不同業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)包括框架、平臺、軟件。這些業(yè)務(wù)模型主要關(guān)注的是服務(wù)提供商如何授權(quán)用戶能使用這些所提供的IT設(shè)備。

由于在過去幾年云計算領(lǐng)域具有很高人氣，所以在更多不同的領(lǐng)域得以應(yīng)用。每個應(yīng)用領(lǐng)域都會考慮采用能滿足其需求的云計算模型類型，NIST定義了四種不同的云計算部署模型，它們分別是私有云、社區(qū)云、公有云、混合云模型。私有云的云基礎(chǔ)設(shè)施由一個組織來管理控制，它可能被安置在室內(nèi)或者一個比較偏遠(yuǎn)的地方。社區(qū)云的的云基礎(chǔ)設(shè)施由多個組織來管理控制，通常帶有一定的共同目的。公有云的云基礎(chǔ)架構(gòu)被由云服務(wù)提供商控制并向用戶出售云服務(wù)。混合云的云基礎(chǔ)架構(gòu)是由兩個或者兩個以上的云組成，這些云保持著唯一的實體，但是通過標(biāo)準(zhǔn)或者特有的技術(shù)結(jié)合在一起，這些技術(shù)使得數(shù)據(jù)或者應(yīng)用程序具有可移植性。

醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域得益于研究者們提出各種各樣的云計算使用方案，從而為醫(yī)療服務(wù)業(yè)務(wù)和醫(yī)療服務(wù)設(shè)備以及遠(yuǎn)程醫(yī)療提供了無所不在的平臺。研究者采取基于云的醫(yī)院電子管理系統(tǒng)［11］，這個系統(tǒng)采用應(yīng)用接口可以連接帶有波士頓EMS救護(hù)車上的預(yù)留醫(yī)院數(shù)據(jù)的急診部門的工作者。BIDMC的醫(yī)生可以在醫(yī)院的急癥室的儀器表上查看救護(hù)車上的重要信息，同時還可以輸入病人的電子病例信息。在這個計劃執(zhí)行前，急診室離得醫(yī)生們不得不每天手動地將病人的病例傳真給BIDMC來儲存他們的數(shù)據(jù)和病例。

從這篇文獻(xiàn)的調(diào)查中可以看出并沒有太多的工作是關(guān)于通過Zigbee將RFID和傳感技術(shù)融合后應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)方面。如果這些技術(shù)采用點(diǎn)對點(diǎn)模式進(jìn)行，當(dāng)在這種模式下由于網(wǎng)絡(luò)的不可靠性，那么是不能保證能成功傳送數(shù)據(jù)的。所以采用無線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)來代替這種模式，我們可以集成拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)和Zigbee的RFID傳感技術(shù)來實現(xiàn)可靠地、實時地傳送病人的相關(guān)健康數(shù)據(jù)。

另外這些技術(shù)并沒有采用智能體在醫(yī)療服務(wù)方面的技術(shù)，也沒有采用醫(yī)療服務(wù)方面的云計算技術(shù)。將云技術(shù)與智能體技術(shù)融合對于不同醫(yī)療服務(wù)者和醫(yī)療服務(wù)設(shè)備是很有利的，甚至是對信息技術(shù)不太了解的用戶也可以通過云服務(wù)提供的服務(wù)者、電腦、別的IT基礎(chǔ)設(shè)備、軟件、平臺來使用信息技術(shù)。下面將介紹所提出的研究將會來帶兩種技術(shù)——帶Zigbee RFID感應(yīng)技術(shù)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)和基于云的智能體技術(shù)。

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