智能医疗保健系统：基于传感器网络的个性化治疗方案

在许多发达国家，医疗花费的增长幅度一般高于GDP的增长幅度，而医疗花费的持续增长就需要改革医疗系统，以便提高医疗系统的效率和治疗质量。达到这种效果的一种方法是，把医疗系统的功能从治疗病人转变为保持健康和防治疾病。

目前，在荷兰等国家正在实施的医疗改革增加了人们的责任，人们需要选择哪个医生、哪个医院、哪种保险和保险等级，并为这些选择负责。这种情况下，人们就需要了解如何投资自己的精力和金钱。医院外的保健服务，如集体实践式治疗、周末服务、出院后的保健、保健通道或“综合服务”，正在不断涌现，这导致一个病人会同时接受多个专业人士的医疗和保健服务。因此，这些专业人士都需要获得病人的最新信息，不仅包括病人在办公室时的信息，也包括病人出行时的信息。病人的远程监控和远程支持对如下两点非常重要：病人出院后的保健，预防慢性病人的再次住院。

然而，目前还没有适当的方式来实现上述功能，至多只有初步的尝试。一种可能的方法是利用传感器或传感网络。传感器或传感器网络从病人身上捕获相关的信号后，把信号传递到一个健康应用设备，这个健康应用设备会根据存储在多个地方（包括医院和全科医生的电子档案）的健康信息来为病人给出个人化的保健意见。像这样的方法不仅适用于处于恢复期的病人和有慢性病的病人，也适用于渴望通过维持健康的生活方式来保持健康状态的个人。

医疗系统的成功变革需要如下设备与技术：传感器、执行器、执行器与传感器网络（用于实现家庭和移动监控、安全和隐私）之间的连接设备、基于角色的精细化访问控制、互用性标准、应用层的数据交换协议、到互联网主干网的多访问网络的运用、服务的动态配置、万维网服务技术和允许多个保健信息电子记录服务机构（如医院、全科执业医师和其他保健服务供应商）合作的生态系统。

而且，也有必要对治疗过程本身进行改进。治疗过程可以描述一个医疗工作流程，该流程涉及医院内、医院外的各种技术来预防、诊断、治疗和监控疾病。为了提高病人的预期寿命，病人进入住院与接收治疗之间的间隔应该尽可能短。这也需要把微创治疗当作医学干预的标准方法。另外的一个关键是优化病人的信息流，以便所有必要的信息都是可用的，并且在需要时可获得。这些信息包括病人历史、既往病史、用药历史、先前的诊断图像等。

为了减短病人在医院的时间，很重要的一点是能够追踪病人在整个医院中的移动。在病人每次与医护人员接触之前，医护人员应提前获取病人的相关信息。这意味着需要采用一个安全可靠的环境识别系统。另外的一个重点是，能够快速访问病人的过去和当前医疗信息。诊断成像，作为获得病人实际信息的主要技术，应该能在短时间内处理并输出有关病人各方面的高度结构化的信息。这涉及了短时间内大量的图像处理，其基础是正电子发射断层扫描成像（Positron Emission Tomography，PET）技术和单光子发射计算机断层成像（Single Photon Emission Computerized Tomography，SPECT）技术等分子成像技术，并使用分割法来孤立器官和相关的代谢过程。多模态介入空间（如X-MR、X-CT、X-Spect和PET-CT等）对监控和评估病人的阶段诊断和治疗进程是重要的。多种模态和多模态处理技术能加快整个治疗过程，改善病人的治疗效果，并减少治疗花费。通过采用先进的数值模拟工具来预测治疗过程，也能以更经济的方法来改善病人的临床治疗效果。

在病人接收治疗后，把病人转移到医院外的其他地方（如病人家里或较经济的康复中心等）进行远程监控，可进一步减小病人在医院的时间。这种情况下，对病人进行有效监控需要医务人员和病人之间的网络连接可靠、安全和牢固。监控系统应该自主地将监控所获得的信息与病人的概况进行比较。监控系统发出的警报应该准确且及时，以便能对危险的并发症进行直接治疗。救护车应该连接在监控网络中，以保证紧急情况发生时，病人在运送过程中就能接受准确的治疗。(www.xing528.com)

微创治疗需要手术中实际的图像信息。在治疗前，对血管内装置进行虚拟模拟将成为确定该装置尺寸、部署位置和潜在并发症的标准方法。这使得医生能在不对病人进行手术的情况下看清病人体内发生的状况。故而，能在甚至更短的时间内获得反映病人当前状态的高度结构化的信息。因此，为了满足这些需要，就要研发先进的医疗设备、诊断医疗成像和导管及相关设备。尤其，病人的当前状态应参考更早获得的病人的医疗数据。这些信息不应该被病人体内的可动器官（心脏、肺）干扰。为了减小治疗所造成的伤害，医疗设备应尽可能地智能化，以便其能半自动地找到通过病人的最佳方式，并以这种方式通过病人。

可通过一些方法来减小治疗失败的情况。通过将医疗实践的专业技术规范化到可用的数据库中，可以使医疗人员在正确的时机选择正确的医疗方案。半自动支持系统能够根据这些医疗方案引导诊断和治疗过程。在异常情况下，专家需要选择或增加新的医疗方案。在实时的情况下，先进的信息技术对做出正确的诊断和治疗决策、计划并执行工作流程是必需的。当病人在医院内部或医院外移动时，需要无线装置来确保每个病人均得到正确的治疗。

另一个领域是预防。疾病预防可通过群体筛查来实现，主要检查高危害疾病，如乳癌、前列腺癌和结肠癌等。但是，对群体筛查获得的信息进行分析和识别少数的例外情况，需要计算机辅助检测等技术来提高放射线专家的工作效能。

IT服务，比如病人信息的长期存储和中期存储，会被外包以减小医院的管理成本。这种情况下，医院就需要病人的外部医疗信息来改善其诊断和治疗计划。医院基础设施要确保医疗人员能实时、安全和可靠地访问外部医疗服务机构的相关医疗信息。

凭借新型生物传感器，快速、高灵敏的DNA/蛋白质检测成为可能。甚至在患者报怨症状之前，生物传感器就能从试管中简单的液体样本（如血液、唾液、尿液等）诊断出多种疾病。类似的测试则能识别出那些容易患特定疾病的人，并允许他们进入下一步的筛查程序。这种筛查程序能在这种疾病的发病早期识别出已经患有这种疾病的受查人。传统成像技术和分子成像技术正在融入疗法之中，它们能准确定位并根除病变的组织。早期诊断会带来更及时的治疗，更及时的治疗则能改善病人的愈后结果和病后护理。通过把疾病扼杀在萌芽中，消除了许多治疗过程对人体的伤害，或者使它们成为微创治疗。病人身体上装备的各种传感器会持续监控他们的健康状态，并通过远程监控网络把健康状态的重大变化报告给医疗机构，这样，病人就能尽快回家并更快地恢复。而纳米药物则将彻底变革人体修复技术，生物种植体技术能使盲人恢复视力和使失聪的人恢复听力。自动化的药物注入种植体将防止癫痫病等疾病。

纳电子技术也面临着许多挑战，如纳电子材料的生物适应性、纳电子器件的可靠性和对纳电子器件的低功耗要求。开发含有种植体的生物兼容的封装会推动系统级封装（SiP）进一步小型化至临界尺寸，同时，系统级封装还要处理如下装置和器件的集成：生物传感器、纳米电子机械系统（NEMS）/机电一体化装置、光学器件、能量采集系统和RF界面。同时，这些高度复杂的异类系统必须提供生命维持系统所需的极高可靠性。