联网医疗设备的数量——通过互联网与其他系统通信的设备——正在稳步增长。这些智能设备收集和传输大量医疗保健数据。甚至像这样的小玩意儿 健身追踪器和智能手表 可以提供很多与健康相关的指标,包括心率、睡眠模式、卡路里消耗等。关键是,这些数据是称为医疗物联网的庞大系统的主要组成部分。什么是物联网?你会在这篇文章中找到答案。 

什么是医疗物联网?

IoMT 或医疗物联网是专注于医疗保健的一部分 物联网 (IoT),因此有了另一个名字——医疗物联网。更准确地定义,IoMT 是一个相互连接的医疗设备、软件、医疗保健系统和服务的系统,它们通过网络技术交换实时数据。

为了帮助您了解 IoMT 系统“事物”部分背后的内容,让我们以心率监测器为例。这种设备收集患者数据并将其发送到医院云软件,以便医生可以看到健康状况的真实情况,并及时做出明智的决定。

如果我们采用 2017 年的统计数据 医疗保健资讯,我们将看到全球 60% 的医疗保健组织已经在其流程中实施了 IoT 解决方案。预计另外 27% 的机构将在短期内采用该技术。影响 IoMT 技术快速采用的主要因素如下。

医疗成本上升

分析师计算出采用 IoMT 可能会导致 3000亿美元 每年为美国医疗保健行业节省开支。通过实施物联网解决方案,可以减少就诊次数、及早发现疾病,从而减少治疗支出等等

对远程患者监测的需求增加

这一因素背后有两个关键趋势:慢性病(特别是癌症、哮喘和糖尿病等疾病)的发病率上升和人口老龄化。至于后者, 联合国报告指出 到 2050 年,地球上将有 21 亿老年人。老年人更容易出现健康问题,在这种情况下,IoMT 设备可能会有很大帮助。 

人们越来越注重健康

COVID-19 大流行使很多人改变了对健康和相关预防措施的态度。这增加了对各种健康监测设备的需求。

IoMT 系统如何工作

与物联网类似,医疗物联网的架构涉及四个关键组件或层: 

  • the 感知或传感器层 由许多医疗设备和传感器组成,从周围收集有用的健康相关数据并将其传输到另一层;
  • the 网络或通信层 将感知层采集到的数据通过不同的组网技术(WiFi、蓝牙、LAN等)传输到中间件层;
  • the 中间件或处理层 充当数据存储、处理和管理环境;和
  • the 应用层 包括各种软件工具来分析收到的医疗数据。

物联网系统架构

现在让我们浏览每个构建块,重点关注为 IoMT 引擎提供数据支持的连接设备。 

感知层:IoMT 设备 

可以访问互联网并涵盖各种医疗保健目的的各种物理医疗用品令人印象深刻。一些计算表明 200 万种不同的智能医疗设备 生成和收集重要的医疗保健数据。所有这些都可以分为以下几类。

IoMT 设备的类型

医院监视器和设备

医疗机构拥有大型机器,如 MRI、ECG 和 CT 扫描仪,可提供有价值的数据并将其发送到云端。最重要的是,可以在本地使用各种小型设备和传感器来跟踪设备、监控患者和工作人员以及管理医院内的用品。 

即时诊断设备和信息亭

一系列便携式诊断仪器和自助服务亭旨在在实验室环境之外收集患者的临床信息(血液、唾液、尿液、皮肤细胞等)。此类别中的设备可用于诊所和家庭。

临床级可穿戴设备 

此类别包括医生开出或推荐的各种设备。他们的主要目标是跟踪疾病状况——退化和改善——并为医生提供有关患者健康状况的实时数据,以便快速做出决策。临床级设备必须获得相应监管机构的批准使用或认证,例如 FDA(美国食品和药物管理局)。

消费级可穿戴设备

群组 由各种带有内置传感器的可穿戴设备组成,用于跟踪、收集和传输与一般身体活动相关的数据。它们也被称为健身可穿戴设备,不受卫生当局的监管。

个人应急响应系统 (PERS)

患者(瘫痪、老年人、行动不便等)使用这些医疗警报系统来寻求帮助或通知护理人员和医生。这种类型的医疗设备通常配备有紧急按钮。 

聪明的药丸

这些小型电子设备也被称为数字药丸或智能药物,形状为药物胶囊并配备传感器。当这种药丸被吞下时,它可以用来跟踪生命体征、将药物运送到需要的区域、提供胃肠道的图片以进行更准确的诊断等等。 

通信层:网络技术

收集后,数据将通过以下网络技术之一发送到云端: 

  • 局域网或 LAN — 能够在有限地理区域内连接两台或多台计算机和设备的专用计算机网络;
  • 低功耗蓝牙或 BLE — 一种节能无线技术,允许各种设备在短距离内进行通信和传输数据;
  • 无线上网 — 一种无线技术,可实现设备与互联网的高速连接并在有限区域内运行;或者
  • 广域网或 WAN  — 一种计算机网络,可在较大的地理区域内提供设备连接。

为了在设备之间和云中传输消息,使用了不同的消息传递协议。最常见的是:

  • 消息队列遥测传输或 MQTT 协议 — 一种支持设备间发布订阅消息的轻量级网络协议;和
  • 高级消息队列协议或 AMQP 协议 — 一种开放的标准应用协议,使系统能够发送和接收消息。

现在您了解了从设备物理世界到云的数据路径,是时候处理存储、处理和管理数据的 IoT 平台了。 

处理层:物联网平台 

云物联网平台或中间件是任何 IoMT 系统中最重要的部分。有几种物联网解决方案不仅具有强大的处理层,而且更重要的是,它们符合医疗保健法规——即 健康保险流通与责任法案 (HIPAA)。

谷歌云物联网 有一套服务来构建一个完全符合 HIPAA 标准的 IoMT 系统。科技巨头提供 云医疗API 具有用于在 Google Cloud 上创建医疗保健应用程序和解决方案的开发环境。

AWS 物联网平台 拥有广泛的能力来创建先进的 IoMT 系统。这些服务包括遵循数据保护监管要求的 AWS Cloud Trail 和 AmazonCloudWatch,以及用于在本地构建、部署和管理设备软件的 AW IoT Greengrass。 

微软 Azure 物联网 不落后于竞争对手,并提供 Azure IoT Edge 等服务来集成本地数据、Azure IoT Central 来管理设备和处理数据流和事件,以及 Azure IoT 连接器从 IoMT 设备中提取数据。

应用层:医疗软件

该层与最终用户(医学专家和患者)交互。您可以在 IoMT 之上构建多种解决方案,例如健康跟踪应用程序、数据分析仪表板、远程患者监测平台或 远程医疗 systems.

物联网用例 

在仍在开发和改进的同时,IoMT 已经拥有大量实际应用。下面我们将概述一些成功的例子。 

监测葡萄糖水平的 IoMT 设备

据世界卫生组织统计,近 全球有 4.22 亿糖尿病患者.持续跟踪血糖水平对他们来说至关重要,甚至可能是生死攸关的问题。今天,我们拥有葡萄糖监测系统,不仅可以日夜进行测试,而且还可以在没有刺痛手指的情况下进行测试。

在此类系统中,通常将带有传感器的防水可穿戴设备放置在皮肤下。每隔几分钟,它就会检查组织液,并通过 WiFi 或蓝牙将数据发送到智能手表或智能手机。 

现实生活中的例子: Dexcom G6 CGM 系统 用于糖尿病数据监测和管理

检测和防止跌倒的 IoMT 设备

The 统计数据 美国疾病控制与预防中心 (CDC) 的报告显示,每年有四分之一的美国老年人跌倒。老年人不仅更容易摔倒,而且他们也更有可能受到危险的伤害——撞到头或摔断臀部。为了防止这种情况发生,设计了特殊的 IoMT 解决方案。  

这些通常是可穿戴设备,如智能手表或腰带,其传感器能够指示严重跌倒、通知紧急服务和/或护理人员事件,甚至提供及时保护(如果是腰带,它可以配备安全气囊.) 此类设备与软件应用程序同步,以便可以在计算机或手机上查看数据。 

现实生活中的例子: 苹果手表 带有跌倒警报系统;智能护臀带叫 探戈 

为智能医院提供动力的 IoMT 设备 

如今,智能家居无人能及。智能医院就不是这样了——这个概念还处于起步阶段。然而,这不是某种科幻小说。例如,一些设施为其医疗器械配备传感器,以跟踪每件设备的确切位置

通过这种方式,当医院工作人员需要除颤器等时,他们将能够快速找到并将其送到急诊室。跟踪器还可以连接到病床上,以检查它们的位置、状况和维护需求。这种传感器的另一种有用方式是监控医院用品并按时补充。 

现实生活中的例子: 由 NHS Highland 运营的凯斯内斯综合医院

推进内窥镜检查的 IoMT 设备

胶囊内窥镜让临床医生可以检查整个胃肠道、将药物输送到特定位置、进行活组织检查和执行其他程序。原理很简单:病人吞下一个小药丸大小的数字设备,里面有一个微型摄像机。相机在穿过人体胃肠道时拍照,并将数据传输到记录设备。然后,可以将数据传送到 EHR 系统。

现实生活中的例子: CapsoCam Plus 系统

物联网技术实施的主要挑战 

除了承诺之外,IoMT 还带来了许多挑战。要充分发挥物联网在医疗保健领域的潜力,必须解决以下主要问题。

医疗数据安全威胁

HIPAA 杂志报道 与 2019 年相比,2020 年医疗数据泄露率增加了 25%。数据安全威胁仍然是医院、诊所和其他希望采用 IoMT 系统的医疗机构面临的最大挑战。 IoMT 设备设计有不同级别的安全性,因此 Internet 连接使它们容易受到网络攻击。

各个系统之间缺乏互操作性

互操作性是医疗保健系统统一交换和解释数据的能力。医生、管理人员和患者可能会使用不同类型的医疗设备和软件解决方案,它们彼此不“理解”。它们之间缺乏互操作性导致数据孤岛并阻碍数据访问。

合规性

IoMT 解决方案必须遵守以下法律: 保护数据隐私 和患者安全。由于监管环境时常发生变化,合规性可能成为构建和升级医疗设备及配套软件的重大障碍。

尽管存在这些和其他挑战,但全球 IoMT 市场仍在不断增长,因为到目前为止,它带来的好处超过了其采用带来的麻烦。

图片来源:安娜 shvets;像素;谢谢你!

Boryslava Omelchenko

鲍里斯拉娃·奥梅琴科

鲍里斯拉娃·奥梅琴科 是 AltexSoft 的技术记者。她热衷于报道信息技术和物联网的趋势,尤其是在医疗保健行业。