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1、第11章 智能医疗系统,学习要点,智能医疗基础知识和发展概况 智能医疗的开发和设计 智能医疗系统的终端设备 智能医疗系统与基因医疗革命,目录,扩展阅读,11.4智能医疗系统与基因医疗革命,11.3智能医疗系统的终端设备,11.2智能医疗的开发和设计,11.1智能医疗基础知识和发展概况,11.5智能医疗系统的挑战与机遇,11.1.1 智能医疗基础知识和发展概况,智能医疗概念： 智能医疗是指基于互联网等新技术，依照医疗标准，整合医疗信息，优化医疗资源，实现物资管理可视化、医疗信息数字化、医疗过程远程化、医疗流程科学化、服务沟通人性化。智能医疗是物联网领域的重要产业之一，通过发展智能医疗，区域内有限
2、的医疗资源可全面共享，医疗服务产业随之升级，人们亦可获得极为便捷、及时和精准的医疗服务。,智能医疗示意图,智能医疗中心,11.1.1 智能医疗的定义,智能医疗的定义： 智能医疗是一项系统性工程技术，涉及与物联网、材料科学和生物医学相关的各种前沿科技，包括信息技术（IT, Information Technology）、生物技术（BT, Biotechnology）、纳米技术（NT, Nanotechnology）和环境技术（ET, Environment Technology），最新兴起的基因技术（GT, Genetic Technology）和先进材料更大程度地推进了智能医疗的发展：设备的升
3、级和技术的更新。时至今日，我们已经不难发现电子病历、电子处方、远程会诊等系统，医疗智能化、诊疗无纸化、传输数字化、平台集约化的医疗手段将得以愈加广泛的普及和应用。,社会化智能医疗协作单元示意图,智能医疗的系统性,11.1.2 智能医疗的特征,智能医疗双向协作模式,智能医疗的特征： 智能医疗的宗旨是使医疗行业更加互联互通、更加可量化和更加智能，这种更加智能、惠民、可及、互通的医疗体系将成为未来发展的必然趋势，主要在于：将医患交流模式、医疗预防模式、医院盈利模式、民间医疗投资模式、医保改革模式、政府公共卫生投入和管理模式智能化、普及化、标准化。 智能医疗具有根基性和成长性。 智能医疗具有整合性。
4、智能医疗具有社会服从性。 智能医疗具有交互性。 智能医疗具有协作性。 智能医疗具有预防性。 智能医疗具有普及性和革新性。 智能医疗具有可靠性和统一性。,11.1.3 智能医疗系统的发展现状,日本智能信息化建设“三级跳”战略。 “e-Japan”：为信息化建设奠基（e: electronic，意指“普及电子化的产品”）； “u-Japan”：创造上网环境（u: ubiquitous，意指“网络无所不在的”）； “i-Japan”：转动全社会的智能齿轮。,11.1.3 智能医疗系统的发展现状,11.1.3 智能医疗系统实例,11.1.3 智能医疗系统的发展层次,11.2 智能医疗的设计,智能医疗系
5、统的功能要素 智能医疗系统由硬件和软件两方面组成。硬件即涵盖于医疗和服务系统中的所有智能设备和设施，一般专指对智能化起到核心作用的系统元件。软件层面内容非常广阔，包括系统构建标准、硬件组织协议、信息传输方式、数据处理模式、服务条款设定等，是智能医疗的灵魂。硬件和软件统一整合在物联网的应用框架中，最终实现高效、稳定、可靠的智能化通讯和医疗服务,11.2 智能医疗的设计,智能医疗系统的硬件构成： 数据中心：服务器、台式计算机、笔记本以及便携式存储终端； 多媒体系统：网络会议、在线会诊、急诊等所需的高清影像录入设备； 识别系统：智能卡或其它便携式识别芯片； 医用显示终端：基于纳米技术与生物技术的生物
6、传感器，将生物、医学表征转换为易于读取的电学或光学信号； 数字化诊室：身高、体重、血压、血氧等一般性检查；心电图检查；临床医生工作终端等； 影像中心：X光，MRI，超声等； 检验中心：血常规18项，肝功能三项等； 通讯平台：多区呼叫，远程调控，无线路由等设备。,11.2 智能医疗的设计,智能医疗系统的软件构成： 软件的设计需要建立在对众多医院信息化解决方案的功能分析和对基层医疗机构需求的仔细调研的基础之上。通过精选、融合已有软件功能，结合全新设计，构建出功能全面、结构精炼、操作简单、实用高效的整体化信息解决平台，是软件平台设计的法宝。 标准化的硬件驱动和管理软件包括： 强大的工作流管理引擎）；
7、 贯穿始终的影像质量控制； 系统维稳模块； 实时快速的数据处理； 远程监控与备案； 用户自定义模块。 基于“云”的数据存储模式； 将底层的硬件，包含服务器、储存与网络设备全面虚拟化，在上层的软件则是结合SOA架构，让数据中心可以随时满足运作环境。同时，严格的权限管理策略可以帮助用户放心地与指定的对象共享数据。这种模式能够节省大量的存储设备组建及维护工作，只需要少量的支出就可以享受到最好、最安全的存储服务。 CAD辅助手段 手持终端专有软件 针对手机、ipad等移动设备的操作平台，设计出相对应的操作软件，让用户随时随地可以得到所需服务。,11.3 智能医疗的终端设备,智能医疗系统的终端传感器 功
8、能多样化 微型化 智能化与集成化 低成本、高灵敏度、高稳定性和高寿命,11.3 智能医疗的终端设备,智能医疗系统的终端传感器 生物传感器是智能医疗区别于其它物联网技术最为关键的部分，是智能医疗系统中最核心的“关节”，是连接物联网和医疗两大领域的一个主要纽带。,生物传感器构件示意图（A：生物反应元件，B：信号转换元件，C：信号放大元件，D：信号处理元件，E：信号显示器，S：被检测物，P：反应产物）,11.3 智能医疗的终端设备,光学生物传感器设计 以光信号作为探测机制、用于生物分子检测和医学表征的传感器称为光学生物传感器。由于光学生物传感器具有非破坏性的操作模式、较高的信号产生与读取速度，加上近
9、年来光纤技术的发展与应用，使其测试方式和应用领域都得到极大的扩展，成为迄今应用最为普遍的生物传感器。,光学生物反应元件设计示意图,11.3 智能医疗的终端设备,光学生物传感器示例 光学生物传感器的设计过程中，所用的原理主要有光反射、散射、透射、荧光增强或碎灭效应、表面等离子共振、反射干涉谱以及各种光纤技术如共振镜、光栅藕合器等等。,11.3 智能医疗的终端设备,电学生物传感器设计 电学生物传感器将生物信息直接转换成检测设备中的电信号，避免了复杂的光学元件， 能够与现有的集成电路技术相兼容。通过集成电路工艺制成的电学生物检测设备尺寸可以缩小到U盘的大小，便于随身携带。,穿戴式便携电学生物传感器示
10、例图,11.3 智能医疗的终端设备,基于离子选择性电极（ISEs）的传感器是电学生物传感器中最大的分支，根据作为敏感元件所用生物材料的不同，又分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA传感器等。,11.4 智能医疗系统与基因医疗革命,基因测序一旦普及，就会逐渐建立每个人、每个物种的基因序列的海量数据库。结合云计算等技术，基因数据库将能成为未来个人保健、智能医疗最核心的内容。 当各种病原体的基因序列库建立后，通过分析他们变异的基因特征，对不同基因序列经过智能分析，才能及时开发出相对应的药物和治疗方法，高效攻克疑难杂症。 在智能医疗系统的帮助下建
11、立并分析人体和病原体基因数据库，将从深层次改变现有的医疗手段，对智能医疗的发展亦将起到根本性的推动作用。,基因数据库,11.4 智能医疗系统与基因医疗革命,基因医疗的基础,基因是生命的密码，破解了基因，人类就能预测疾病并及时采取治疗措施，实现“圣人治未病”的目标。而这，也正是智能医疗要实现的最高目标。 人类基因序列的30亿个基本的DNA序列全部绘制完毕。人类基因序列草图完成只有十二年，在医疗领域令人期待已久的革命才刚刚到来，人类基因序列就已经极大地推动了基础研究和基因序列读取工具的精进，而这些进步将会给现代医疗技术带来意想不到的影响。,11.4 智能医疗系统与基因医疗革命,胚胎植入前基因诊断技
12、术,在未来十年内，随着每个基因组的成本降低到1000美元以下，个人全息基因数据库将风行起来，在智能医疗技术的协助下，通过便携基因测序仪，每个人随时随地都可以向基因数据库上传最新的个人基因组信息，病毒或细菌的最新变异的基因信息，越来越丰富的基因数据库将有助于识别全基因组关联研究中遗漏的变异，预测疾病风险，开发新药和提高治疗效果。 基因测试技术正在引领我们进入个人化医疗时代，这是智能医疗发展的顶层阶段。,11.4 智能医疗系统与基因医疗革命,基因数据库的建立基因测序,荧光基因测序法示例,基因测序技术正在以惊人的速度发展，便携式基因测序仪将成为智能医疗系统中最主要的终端设备之一。,011101010
13、1101010100,ATTCCCGATCATGAC,11.4 智能医疗系统与基因医疗革命,MinION“U盘”基因组纳米孔测序仪,便携式基因测序仪将成为智能医疗系统中普及的终端设备之一，使用者能够随时随地的上传最新的个人基因组信息及影响身体健康的病毒或细菌变异信息，并及时从智能医疗系统中得到医疗分析报告，及时获得针对个人情况开发的治疗护理。充满副作用的大众药物将退出市场，药剂师需要根据个人基因数据库里提供的信息，针对个人情况调配副作用最低针对性疗效最好的个人药物。医疗行为将从被动转为主动，将智能手段从人工调控的“半智能”转为自动预测的“全智能”，最终在基因时代和信息时代的背景下，实现医疗领域
14、的巨大变革。,11.4 智能医疗系统与基因医疗革命,纳米技术与基因数据库的建立 基因技术正在以超越摩尔定律的速度发展，可以预测在不远的将来，基于纳米孔的“便携U盘”基因测序仪可与智能手机相兼容。,未来当人们就医够药时，只需输入身份认证信息，就可以通过互联网从个人医疗数据库中下载个人基因数据给医生或药师，还可以通过智能手机随身携带个人相关的基因数据库。药师将根据这些数据针对你的情况为你配药，你购买的药物将不会是无针对性疗效而且充满副作用的大众通用药物。你的药物只针对你个人情况而设计，比现在的给药方式将具有更好的针对性疗效而且副作用将降到最低甚至完全消除。人类将因此进入智能个人医疗时代。,智能医疗
15、的发展方向 智能医疗领域通过快速发展和变革，将逐渐形成高度集约、深层次协作、高科技水平的，系统性的，社会化的，集开发、生产、应用、反馈、整合为一体的高标准市场 智能医疗技术将被广泛用于外科手术设备、加护病房、医院疗养和家庭护理中，智能医疗结合无线网技术、条码RFID、物联网技术、移动计算技术、数据融合技术等，将进一步提升医疗诊疗流程的服务效率和服务质量，提升医院综合管理水平，实现监护工作无线化，全面改变和解决现代化数字医疗模式、健康管理、医院信息系统等的问题和困难，并实现医疗资源高度共享，降低公众医疗成本。 依靠智能医疗技术，实现对医院资产、血液、医疗废弃物、医院消毒物品等的管理；在药品生产上
16、，通过物联网技术实施对生产流程、市场的流动以及病人用药的全方位的监控。 依靠智能医疗技术通信和应用平台，完成实时付费以及网上诊断、网上病理切片分析、设备的互通等；并将实行家庭安全监护，实时得到病人的各种各样的信息，实现自助服务和一条龙服务。,11.5 智能医疗系统小结,11.5 智能医疗的挑战与机遇,智能医疗的挑战 医疗体制挑战 如果将便携式检测技术配合智能医疗网络融入到医院检测环节中， 那么每年就可以为患者节省数以亿计的不必要的医院收费， 这是医疗界在接纳低成本创新方面犹豫不前的原因。因为，节省医院收费就等于降低医生和医院的收入。现有医疗体制所营造出的经济环境，不利于节省医疗成本的技术应用。 社会挑战 智能医疗受到公众的认知水平、医护人员的素养、医院的工作流程以及社会的相关政策等诸多因素的影响和制约。,智能医疗的机遇 技术已经相对成熟 信息技术、生物技术、纳米技术等科技的飞速发展，医疗积水已经能使我们每个人都能看到一个“高分辨率的自己”，能够看到自己的每一个基因；同时，有关个人的遗传学、分子生物学、心理学和解剖学的详细档案更是全面准确地显示在系统的专有框架之
