二、物联网医学在医院内患者监护中的应用
过去几十年,信息技术(information technology,IT)为医疗服务带来自动化和安全性。IT为医院带来无止境的改善,帮助实现医院现代化,远程医疗在医院不同部门日常运作中发挥重大作用。例如:医院信息系统检测到医生将开的药品可能对患者曾服用药物产生影响,于是向医生发出警报;从而使医生选取替代药物。这只是众多及时传递信息拯救生命例子中的一例。接下来,继续讨论医生在医院内远程检查X影像和控制机器人。远程医疗可以使所有这些和其他任务成为可能。
一般,综合性医院包括由一个中心管理的多个部门。图2-10列举一个典型简化的医院模型,其中各部门通过网络连接,以实现信息共享和协调。显然,每个部门对信息处理方法和信息检索优先顺序要求不同。例如,治疗伤患的急诊室比提供健康评估的儿科更加迫切需要患者信息。这些都需要检索病史和更新信息。远程医疗在急诊室效率最大化中起重要作用,可以在患者到达之前,向医生提供必要信息。
图2-10 一个典型的医院网络框架
(一)人员跟踪
在医院中,使用无线射频识别标签跟踪婴儿,避免错认。世界各地都有新生儿错认的案例,往往导致大量赔偿。例如:在一个医院产科病房,将无线射频识别阅读器安装在主入口两侧,每名护士携带手持阅读器。当宝宝出生时,用防水带缚2个无线射频识别标签。标签含有个体化信息,例如:宝宝姓名、性别、出生日期、父母姓名等。因此,即使初生的宝宝看起来很相似,只要快速扫描标签就可以准确识别每个宝宝。此外,绑缚有无线射频识别标签的婴儿通过读取器时,就会产生宝宝的行踪记录。当标签接近出口时,发出报警,防止未经允许将宝宝带离某特定区域。为了使之更安全,当标签被篡改或在指定时间保持静止(比如:一分钟或足够长可以合理假设标签已经被除去的时间)时,发出警报。该体系尤其适用于婴儿,因为他们运动频繁,即使是睡着的时候。采用有源标签可能花费更多,但它们带来的好处是显而易见的。通常,婴儿在回家前只在病房停留几天。出于这个原因,电池寿命不是一个问题,因为即使一个很小的内置电池也可以对一个有源标签连续供能几个星期。此外,无线射频识别标签不会引起过度辐射,甚至是对新生儿;因为它发射的电磁辐射强度甚至比人们随身携带手机还要低。通信系统对于连接报警系统和医护人员是必要的。建立一个控制台,用于存储所有标签信息及阅读器位置。关于警报种类及获取RFID信号的最近阅读器位置的信息,可以传播给所有员工,作出必要的跟踪。
此外,该系统也适用于寻找走失老人。老年人记忆力减退,方向辨别能力降低,容易走失。采用无线技术,在老年人身上佩戴无线装置,便于相关人员或亲人定位老年人;此外,也可发出警报,寻求帮助。总之,无线技术在人员追踪上发挥极其重要的作用。
(二)放射学检测癌症和其他异常
放射医学是医学中的一门重要学科,其主要任务是研究电离辐射对人体的作用、机制、损伤与修复的规律,放射损伤的诊断、治疗和预防,为放射性工作人员的卫生防护、医学监督和保健工作提供理论依据和措施。放射医学是早期诊断和治疗的一个重要医学领域,确保最大生存率。这是一个沟通医务人员和患者的重要应用。向患者延迟传送正确的信息,可能导致不必要的治疗延误,可能会导致法律后果。放射学涉及准确分析医学图像。图像本身对患者常常不具有任何意义,所以分析图像是医院与患者之间沟通的一个重要组成部分,图像最终转化为报告。该系统中,通过调度模块,短信服务文本消息会自动发送给患者,提醒其接受医疗健康检查。无线射频识别卡可以通知放射科工作人员患者已到达、自动检索电子病历和医疗跟进。发送结果到医院信息系统进行分析,确保采取必要措施。图像和影像学资料将存储在不同数据库中。
有效沟通的一个主要目标是节省成本,确保正确传输信息节省大量资金。从放射科医生拍摄图像到传递相关报告给患者,必须准确进行,确保正常通信,使支付赔偿案件降到最低水平。这些最好通过合理设计和维护相关远程医疗系统来实现。一个放射科医生可以同时向多名患者提供服务,这些图像被捕获和数字化后发送给专家,用以诊治各自的患者。
在该过程中,也存在一系列问题,最坏的可能是不同患者图像被混淆,从而导致健康人被错误诊为癌症患者,而癌症患者却出院。很显然,这种误诊给患者和他们的家庭带来负面的心理影响;以及健康人接受不必要治疗,而癌症患者却未被发现。安全维护图像,以及确保其正确对应于各自患者的第一步是在对整个过程中的图像进行合理备案。严格遵守程序,信息化管理可以确保合理保管图像。其次,顺利发送图像给专家,手动或使用图像处理技术,检查图像和检测任何异常。在肿瘤形成的早期阶段,尤其是在癌原位阶段,可能不容易观察到细微迹象。这是防止肿瘤侵袭的关键阶段,因此需要更多治疗方案。无噪声、高分辨率图像无细节损失,因此在图像传输过程中非常重要。射线图像通常数字化传输,图像清晰度依赖于“误比特率”,即有效地测量当数据流中1比特被损坏时,多少比特被输出。最终,我们不希望由于数字图像中几个比特的缺失,而导致肿瘤漏诊。
(三)机器人辅助远程手术
“远程手术”是指外科医生远程而不是在手术室中进行手术。高精度机器人随着微型传感器和执行器的发展,近期才研制成功。这些小型执行器进行非常细微的三维运动。执行器的主要功能是根据医生发出的指令,驱动机器人。除了手动控制,眼控机器人使组织3D制图成为可能;并且,自动计算组织深度,通过检测控制术者的眼球运动,精确跟踪医生手术区域。
机器人远程手术不需要医生必须在手术现场,该过程涉及医生与机器人之间大量的数据交换。首先,医生需要很好地了解手术室内的情景。手术室内安装的摄像头,必须具有远程可控旋转和放大功能。另外,获得的视频图像必须实时展示给医生,以避免机器人运动延迟。机器人运行中,即使是很小的延迟也可对患者身体造成不可挽回的伤害。长距离远程手术中,时间延迟(时延)是个大问题。然而,对于横跨各大洲的电信通讯,延迟是一个不可避免的问题。这很可能是远程手术中最具挑战性的问题。
必须精心设计控制界面,以确保整个系统与医生很好合作;声控用于确保手术中最小干扰。这涉及语音识别程序,不仅正确解释医生发出的指令,还要识别附近每个人的声音,最终只执行相应医生的指令。这对确保其他医生或辅助人员的声音不被混淆及采取不当行动,至关重要。通常,通过一对虚拟手套进行高精度3D手动操控机器人;有时使用“六维”描述这些手套中的传感器。“六维”是指沿着正向及反向“X”、“Y”和“Z”轴的方向,表示3D空间中任意点的位置。传感器的运动驱动相应执行器,以控制机器人手臂进行手术。除了控制信号,话音通道还应当为医生和手术室中人员提供视频会议。因此,远程手术包括传输高分辨率实时视频图像和精确高控制信号。最大限度地减少时间延迟是机器人辅助手术成功实施的一个非常重要的问题。
便携式机器人在远程救援中非常有用。危急情况中,只是将昂贵的机器人,而不是任何人员,留在危险中实施救援。大多情况下,机器人都是进入危险环境,实施高风险救援。
(四)对医疗器械的电磁干扰
从上面的例子中,我们注意到,无线远程医疗是有效和可靠的,那么电磁干扰对精密医疗仪器的影响是什么?无线电发射设备,如移动电话,可能会导致医疗设备出故障;在某些情况下,甚至会严重影响维持生命的仪器。医院内外各种来源的电磁噪声不易控制,因此,适当屏蔽医疗器械,对控制手术周围区域干扰噪音水平,最为有效。然而,很多仪器本身就是电磁干扰源。例如:心肺复苏仪吸收大量电流,将产生过量噪声。适当设计金属屏蔽外壳,可以保护仪器免受外部干扰。因所用仪器的内在设置,手术室及重症监护病房最容易受到电磁干扰。在这些区域,有必要限制使用通信设备,如手机;也可以设置具有吸收室的分区,在壁内安装锥体聚氨酯泡沫,泡沫层可有效阻止进入该区域的电磁辐射。