个人医疗设备通信标准将无缝通信变成现实

数十年前，为医疗应用和健康而使用个人健康设备(PHD)进行家庭健康检测还是遥不可及的愿望，而如今这一愿望正逐渐成为现实。无论是简易的个人健康体重秤，还是复杂的心血管健康检测仪，这些新一代的感应装置和廉价的微处理器都已经被开发出来，且个人健康设备的技术和生产流程已为人们所熟知，各设备均可零售并在市场上以合理的价格购买。然而在现实中，这些个人健康设备的市场却不尽人意。

要有效地将个人健康设备用户的健康数据传输到如医生办公室、诊所或录入监测服务机构等被证明是非常困难的。其中部分原因可以追溯到设计、生产和销售个人健康设备的公司所使用的专属协议里缺少了通信连接。

医院与家庭中的用户环境截然不同。在医院，数据所在的网络环境经过精心设计并设限；同时，医院向同一个供应商或系统整合商购买设备，因此专属协议并不是问题。而在家庭中使用的设备，来自多个设备供应商和使用多种专属协议则不可避免。

诸如以太网、蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等传输协议在多年前就已被确定为通用标准，但越来越多的PHD专属协议却阻碍了其与潜在网关设备(如手机、无线路由器、机顶盒等)间的信息通信。其中的通信挑战在于如何定义对采集以相同计量单位(如磅或公斤)计算的同一信息(如体重)，并将信息以固定格式传输给与外界联通的通信界面的“虚拟”标准设备。

互操作性

按标准生产的制造商可确保其设备能与传输通信协议和网关设备之间实现无缝通信。但这并不意味着某一种类的所有PHD都必须是相同的“传统风味”，标准设定了产品的基本功能，制造商可增加自己的设计以提高产品性能。

图1是端对端PHD通信示意图，其中展现了许多设备、连接选项、健康服务和数据聚合选项。左面第一列是PHD，它们通过ISO/IEEE 11073系列标准实现了与传输媒介(个域网和局域网)的无缝连接。数据聚合器不仅包括手机和个人电脑，还有个人健康系统等新型设备。这些设备将经过聚合和处理的数据传输给健康服务供应商，而供应商均符合康体佳健康联盟的广域网框架要求。在某些情况下，数据采集最终形成了病人的个人健康记录(PHR)。康体佳健康联盟成立于2006年，其宗旨是开发一个提供个人专属医疗服务的系统。目前，联盟已拥有超过240个会员公司，并与全球的标准组织(IEEE、ISO等)、政府单位和规范机构建立了联系。


图1：端对端个人健康设备(PHD)通信示意图。

标准化利益

如果历史值得借鉴——电视就是个很好的例子——那么广泛使用通信标准，将使PHD用户、制造商和健康服务供应商(如医疗诊所和疾病管理服务)受益。制造商可降低生产成本，因为它们不再需要为所有潜在的传输媒体设置界面；用户也可获得更低价、更多样化的PHD产品，而可能更重要的是，他们能直接向医生或其他健康服务供应商提供数据。尽管竞争会令单件产品的价格降低，但制造商将获益于市场范围的扩大。健康服务供应商能以更低的成本提供高品质服务。


图2a：PHD产品举例。


图2b：低成本网关设备。

现有PHD可用于大量人类活动和采集各种健康数据。有多种PHD分类方法，其中包括按广义用途分类(表1)，以及按狭义用途分类(表2)(见最左列用途范围)。图2a中展示了几种设备，图2b展示了一款低成本网关。右列指出了适用于每个用途范围的PHD，标在ISO/IEEE标准后。例如，ISO/IEEE 11073-10415是体重秤的通信标准。

表1：PHD按广义用途分类


表2：PHD按狭义用途分类。


超过300名来自国际企业、规范机构和专业协会的个人代表参与制定了ISO/IEEE 11073 PHD系列标准，其总标题为《健康信息科技——个人健康设备通信》。新标准的制定还在继续，并已有多项标准在2012年5月获得了IEEE标准委员会的通过。考虑到PHD产品范围之广以及市场上已有的专利PHD产品，IEEE的个人健康设备工作小组在实践标准化目标的进程中，始终秉持谨慎的态度。

制定者们尽量将标准降低，将所规定的功能性限定在参与人均认同为最低标准设备所必须拥有的范围内。但另一方面标准又十分复杂，必须确保囊括了所有信息，标准执行人可据此通过增加功能来生产更高级的产品。

面向对象模型

尽管ISO/IEEE 11073标准不要求设计者使用面向对象的编程语言作为PHD软件的操作语言，但标准制定是基于面向对象的系统管理模型和程式。这样做的价值在于可方便地增加新标准，因为新设备可被看作是已定义的某医疗设备系统(MDS)对象的另一种形式。

两个重要的概念：“中介和管理人”，其定义如下：

* 中介是PHD软件的组成部分，其主要职能是为外界的设备提供界面连接功能。

* 管理人是信息传输通道另一端设备的软件组成部分，通常是从中介接收数据。

由于中介设备通常在零售店出售，一般是低成本的面向用户的产品设备，因此其内存、微控制器、存储器、闪存等基本硬件的性能都不高。另外，设备采用小型廉价的电池，电力有限。出于简易和能源有效的考虑，它们一般采用固定配置，一旦发生停滞就无法连接。而管理人则一般拥有更强的硬件性能，可与多个中介连接，通常使用墙插式电源或更强大的电池。

一个中介可用一个或多个标准配置操作，或用扩展(自定义)配置操作。中介在首次与管理人连接后，即告知了其设备类型。一般，管理人已知此类中介的对象模型：管理人在创建时已输入相关信息，或在与其他拥有相同对象模型的中介连接时获得了相关信息。若管理人不知中介的配置信息，可要求中介罗列属性，以告知自身特征。

由于PHD设备配置存在各种类型，有些基本医疗设备系统(MDS)的属性是必须的，有些是可选的。在面向对象模型中，上述信息被称为域信息模型(DIM)。表3罗列了可能与设备相关的对象类别。

表3：PHD对象类。


每个对象及其所有属性均在《抽象句法符号标准一》(ASN.1)中给出正式定义，该标准是用于表述、编码、传输和解码数据的规则和结构的标准表达方式。每个PHD中将包含若干个表3中描述的物件，用来定义设备传送的数据。

图3是一个MDS(中介)对象模型：体重计(ISO/IEEE 11073-10415)，与表3中描述的模型一致。


图3：体重计对象模型。