心電遠程監護與云計算系統

云計算是英文Cloud Computing 的翻譯，中文2008 年初才出現。最早從企業(yè)層次提出Cloud Computing 的是Dell，但對云計算概念產(chǎn)生較深影響的是IBM-Google 并行計算項目和亞馬遜EC2 產(chǎn)品，隨后越來(lái)越多的媒體、公司、技術(shù)人員開(kāi)始追逐云計算，甚至將很多IT 創(chuàng )新都放入云計算概念中，使得云計算概念和產(chǎn)業(yè)得以推動(dòng)和發(fā)展，形成了如今包括IaaS，PaaS，XaaS，以及眾多的硬件制造商、基礎設施運營(yíng)商等參與的一個(gè)完整產(chǎn)業(yè)鏈。

一、 云計算的概念、特點(diǎn)及其應用

1. 什么是云計算

目前，對于云計算的概念，國際上沒(méi)有一個(gè)統一的定義，但大體上我們可以分為兩大類(lèi)概念:一類(lèi)是狹義的；一類(lèi)是廣義的。

(1) 狹義的云計算

提供資源的網(wǎng)絡(luò )被稱(chēng)為“云”。“云”中的資源在使用者看來(lái)是可以無(wú)限擴展的，并且可以隨時(shí)獲取，按需使用，隨時(shí)擴展，按使用付費。這種特性經(jīng)常被稱(chēng)為像水電一樣使用IT 基礎設施。

(2) 廣義的云計算

這種資源池稱(chēng)為“云”。“云”是一些可以自我維護和管理的虛擬計算資源，通常為一些大型服務(wù)器集群，包括計算服務(wù)器、存儲服務(wù)器、寬帶資源等等。云計算將所有的計算資源集中起來(lái)，并由軟件實(shí)現自動(dòng)管理，無(wú)需人為參與。這使得應用提供者無(wú)需為繁瑣的細節而煩惱，能夠更加專(zhuān)注于自己的業(yè)務(wù)，有利于創(chuàng )新和降低成本。打個(gè)比方：這就好比是從古老的單臺發(fā)電機模式轉向了電廠(chǎng)集中供電的模式。它意味著(zhù)計算能力也可以作為一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費用低廉。最大的不同在于，它是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸的。
總的來(lái)說(shuō)，云計算是并行計算、分布式計算和網(wǎng)格計算的發(fā)展，或者說(shuō)是這些計算機科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現。它是虛擬化、效用計算、基礎設施即服務(wù)、平臺即服務(wù)、軟件即服務(wù)等概念混合演進(jìn)并躍升的結果。

2. 云計算的原理

云計算是分布式處理(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computing)和網(wǎng)格計算(Grid Computing)的發(fā)展，通過(guò)利用非本地或遠程服務(wù)器（集群）的分布式計算機為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供服務(wù)（計算、存儲、軟硬件等服務(wù)），從而有效地提高了對軟硬件資源的利用效率，使用戶(hù)通過(guò)云計算享受高性能并行計算所帶來(lái)的便利。

3. 云計算的主要特點(diǎn)

美國國家標準與技術(shù)研究院歸納了云計算的五項基本特征：一是按需自助服務(wù)。消費者可對計算資源（如服務(wù)器時(shí)間和網(wǎng)絡(luò )存儲）進(jìn)行單邊部署以自動(dòng)化地滿(mǎn)足需求，并且無(wú)須服務(wù)提供商的人工配合。二是泛在網(wǎng)絡(luò )連接。云計算資源可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )獲取和通過(guò)標準機制訪(fǎng)問(wèn)，這些訪(fǎng)問(wèn)機制能夠促進(jìn)用戶(hù)通過(guò)異構的瘦（thin）客戶(hù)平臺或胖（thick）客戶(hù)平臺（手機、筆記本電腦、掌上電腦等）來(lái)使用云計算。三是與地理位置無(wú)關(guān)的資源池：云計算服務(wù)商采用多用戶(hù)模式，根據用戶(hù)需求動(dòng)態(tài)地分配和再分配物理資源和虛擬資源。用戶(hù)通常不用知道這些資源具體所在位置，資源包括存儲器、處理器、內存、網(wǎng)絡(luò )、虛擬機等。四是快速靈活地部署資源：云計算供應商可快速靈活地部署云計算資源，快速地放大和縮小，對于用戶(hù)，云計算資源通常顯得是無(wú)限的，并可以在任何時(shí)間購買(mǎi)任何數量的資源。五是服務(wù)計費：通過(guò)對不同類(lèi)型的服務(wù)進(jìn)行計費，云計算系統能自動(dòng)控制和優(yōu)化資源利用情況?？梢员O測、控制資源利用情況，并形成報告，為云計算提供商和用戶(hù)就所使用的服務(wù)提供透明性。

結合上述云計算的含義,得出云計算的一些特點(diǎn)。

（1） 規模大。云計算的規模是超大的，Google 云計算已經(jīng)擁有100 多萬(wàn)臺服務(wù)器，同時(shí)這也使得Google 搜索引擎在全球占據第一的位置。

（2） 虛擬性。通過(guò)云計算，用戶(hù)在任意地點(diǎn)無(wú)需擔心應用運行的具體位置就可以使用一臺筆記本或者一個(gè)手機等終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)得到應用服務(wù)。

（3） 可靠性高。云計算提供了嚴格的權限管理策略，減少了傳統方式的數據丟失、病毒入侵等麻煩，數據存儲可靠性高。

（4） 可擴展性強。為了滿(mǎn)足應用和用戶(hù)規模增長(cháng)的需要，可以動(dòng)態(tài)擴展“云”的規模。

4. 云計算的應用

對于一般用戶(hù)而言，云計算最常用的運用領(lǐng)域有電子郵件、網(wǎng)頁(yè)搜索（Google或百度）、相片分享（Flickr）、影片分享（Youtube、土豆）、網(wǎng)路地圖（Google Map）等。只要電腦或手機等上網(wǎng)工具有一個(gè)瀏覽器，就可以在幾秒鐘內，迅速得到遠處電腦的資料，讓資訊垂手可得，有如電力及自來(lái)水一般。

除此之外，對于軟件設計師和科學(xué)家而言，云端計算更提供了強大的運算能力，可以模擬計算如核彈爆炸、DNA 結構等實(shí)驗。云計算的商機有多大？根據國際數據信息中心（IDC）的數據顯示，未來(lái)五年云端服務(wù)的平均年成長(cháng)率可望達到26%；美林證券預估，2013 年全球云計算市場(chǎng)規模將達到950 億美元；市場(chǎng)調查機構將云計算列為IT 產(chǎn)業(yè)未來(lái)十大趨勢首位，其報告指出，至2012 年Fortune 五百強企業(yè)中會(huì )有400 家使用各式不同的云計算服務(wù)。

5. 云計算發(fā)展現狀

由于云計算是多種技術(shù)混合演進(jìn)的結果，其成熟度較高，又有大公司推動(dòng)，發(fā)展極為迅速。Amazon、Google、IBM、微軟和Yahoo 等大公司是云計算的先行者。云計算領(lǐng)域的眾多成功公司還包括Salesforce、Facebook、Youtube、Myspace 等。

在我國，云計算發(fā)展也非常迅猛。2008 年5月10日，IBM在中國無(wú)錫太湖新城科教產(chǎn)業(yè)園建立的中國第一個(gè)云計算中心投入運營(yíng)。2008年6月24日，IBM在北京IBM中國創(chuàng )新中心成立了第二家中國的云計算中心——IBM大中華區云計算中心；世紀互聯(lián)推出了CloudEx 產(chǎn)品線(xiàn)，包括完整的互聯(lián)網(wǎng)主機服務(wù), 基于在線(xiàn)存儲虛擬化的服務(wù)，供個(gè)人及企業(yè)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)云端備份的數據保全服務(wù)等系列互聯(lián)網(wǎng)云計算服務(wù)；中國移動(dòng)研究院做云計算的探索起步較早，已經(jīng)完成了云計算中心試驗。

云計算未來(lái)主要有兩個(gè)發(fā)展方向：一個(gè)是構建與應用程序緊密結合的大規模底層基礎設施，使得應用能夠擴展到很大的規模；另一個(gè)是通過(guò)構建新型的云計算應用程序。在網(wǎng)絡(luò )上提供更加豐富的用戶(hù)體驗．第一個(gè)發(fā)展趨勢能夠從現有的云計算研究狀況中體現出來(lái)，而在云計算應用的構造上，很多新型的社會(huì )服務(wù)型網(wǎng)絡(luò )，如facebook 等，已經(jīng)體現了這個(gè)發(fā)展趨勢，而在研究上則開(kāi)始注重如何通過(guò)云計算基礎平臺將多個(gè)業(yè)務(wù)融合起來(lái)。

6. 云計算存在的問(wèn)題

從目前的應用情況來(lái)看，云計算技術(shù)存在以下幾方面的缺點(diǎn)：⑴即使用最佳的虛擬化技術(shù)，用戶(hù)無(wú)法把應用程序遷移到云；⑵企業(yè)任務(wù)遷移到云環(huán)境，需要巨大的工作量；⑶只有用戶(hù)同意才能實(shí)現對所有的IT 資產(chǎn)進(jìn)行虛擬化，形成外部云無(wú)縫協(xié)同操作的內部云；⑷并未真正做到根據實(shí)際需求提供云計算服務(wù)，并能按實(shí)際使用資源付費；⑸數據中心提供的管理應用軟件與企業(yè)現有的管理應用軟件集成起來(lái)效果差； ⑹云計算并沒(méi)有統一的標準來(lái)規范，企業(yè)很難大規模的采用。

此外，在2009年8 月黑帽安全會(huì )議上的專(zhuān)家就云計算的安全問(wèn)題提出了5 條安全缺陷：⑴ 云計算未提供充分的法律保護；⑵ 云計算沒(méi)有硬件的所有權；⑶ 云計算需要強大的協(xié)議和用戶(hù)培訓的保障；⑷不要相信第三方開(kāi)發(fā)人員創(chuàng )建的虛擬機實(shí)例；⑸在任何情況下，企業(yè)信息技術(shù)管理者需要重新考慮云上的配置。

云計算現在處于一個(gè)初級的階段，還需要人們的深入了解，花大力氣去正確管理復雜的資源。因此，它的普及還需要一些時(shí)間。

二、心電遠程監護的發(fā)展及現狀

現代社會(huì )中，心血管疾病嚴重威脅人類(lèi)健康和生命、是目前中國人群最主要的死因，心血管疾病的預防與診斷對全社會(huì )具有重要的意義。由于心血管疾病具有偶然性和突發(fā)性，在日常生活中對患病人群進(jìn)行心電監護顯得尤為重要。

心電遠程監護系統起源于Holter系統。早期家庭型心電監護系統對一些做過(guò)心臟手術(shù)病人，采用電子儀器記錄、存儲病人每天的心電圖及其它重要的生理參數，并周期地將數據送往診所進(jìn)行診斷，病人可以遠離醫院在家進(jìn)行監護。早期的家庭心電監護要在監護結束后再進(jìn)行心電資料的分析，不具有實(shí)時(shí)性，病人發(fā)病時(shí)無(wú)法得到醫生及時(shí)的診斷和救治。而且由于其存儲量太小，僅能存儲極少量的心電數據，不能保證數據的完整性，一些有價(jià)值的心電數據還是不可避免地被丟失，這大大降低了診斷的準確率。

隨著(zhù)現代通信技術(shù)的高速發(fā)展及其在醫療領(lǐng)域的應用，近些年，心電遠程監護系統發(fā)生了革命性的變化，Holter逐漸演變成為心電遠程監護系統的前端裝置，將傳統的Holter和計算機網(wǎng)絡(luò )以及移動(dòng)通訊技術(shù)相結合這一趨勢愈加明顯。隨著(zhù)因特網(wǎng)（Internet）網(wǎng)和移動(dòng)通訊網(wǎng)等宏觀(guān)基礎設施的普及和發(fā)展，近年來(lái)心電監護正沿著(zhù)因特網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)移動(dòng)監護兩個(gè)方向快速發(fā)展。

基于因特網(wǎng)的遠程心電監護系統是指利用心電監護客戶(hù)端采集患者的心電信號，然后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將心電信號傳輸至監護中心服務(wù)器，等待醫護人員對患者心電圖進(jìn)行處理和相應診斷。整個(gè)系統一般由三個(gè)部分組成：客戶(hù)終端、因特網(wǎng)和管理中心工作站?？蛻?hù)終端是由心電信號采集器和可連接因特網(wǎng)的工作站構成，它可以完成采集患者心電信號、進(jìn)行簡(jiǎn)單數據處理以及將數據上傳至因特網(wǎng)等功能。根據接入因特網(wǎng)的方式不同，系統有不同的設計方案，主要有PSTN（Published Switched Telephone Network，公用電話(huà)交換網(wǎng)）、ISDN、以太網(wǎng)等幾種。而遠程心電監護管理中心工作站一般配備有高性能的服務(wù)器，可實(shí)現實(shí)時(shí)的接收患者心電數據、存儲并分析處理數據、管理患者基本資料及心電數據、網(wǎng)絡(luò )安全管理等。

基于移動(dòng)通訊網(wǎng)的心電無(wú)線(xiàn)監護系統是采用便攜式心電信號監護儀，利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與監護中心進(jìn)行數據通訊。無(wú)線(xiàn)傳輸無(wú)須線(xiàn)纜介質(zhì)，使用者可以不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，隨時(shí)隨地得到監護中心的監護。隨著(zhù)通信技術(shù)及計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的日益完善,近幾年心電遠程監護的研究熱點(diǎn)是將無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和因特網(wǎng)技術(shù)緊密結合。將兩種技術(shù)相結合，彌補了單純依靠因特網(wǎng)時(shí)，將受測者限制在固定環(huán)境的不足；同時(shí)也彌補了單純依靠無(wú)線(xiàn)技術(shù)時(shí)，只能將受測者的數據在移動(dòng)監護終端之間傳遞，從而造成的成本高、不易普及、數據處理分析手段單一等不足。

心電監護系統的無(wú)線(xiàn)化、網(wǎng)絡(luò )化、人性化是發(fā)展趨勢，便攜式、模塊式、易操作、價(jià)格低廉的心電監護產(chǎn)品將成為未來(lái)市場(chǎng)的主流。正逐步發(fā)展起來(lái)的第三代移動(dòng)通信3G技術(shù)，能極大地增加系統容量、提高通信質(zhì)量和數據傳輸速率，并且利用在不同網(wǎng)絡(luò )間的無(wú)縫漫游技術(shù)，更好地將無(wú)線(xiàn)通信系統和Internet連接起來(lái)，從而對心電遠程監護系統提供更穩定、更強有力的技術(shù)基礎。心電遠程監護系統整合了生物醫學(xué)工程、信息技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展成果，能夠充分利用移動(dòng)通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的資源優(yōu)勢，在不久的將來(lái)，它一定會(huì )在心臟疾病的預防與救治中起到越來(lái)越重要的作用。

三、 云計算在醫療信息化及心電遠程監護中的應用

近兩年出現的云計算就是將所有的計算資源集中起來(lái)，由軟件實(shí)現自動(dòng)管理，無(wú)需人為參與。它意味著(zhù)計算能力也可以作為一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣和水電一樣取用方便，費用低廉。因此，醫療衛生企業(yè)可以通過(guò)購買(mǎi)計算能力而無(wú)需自建相關(guān)設施就可以開(kāi)展信息化建設，這使得企業(yè)無(wú)需為繁瑣的細節而煩惱，能夠更加專(zhuān)注于自己的業(yè)務(wù)。云計算技術(shù)的出現，將給醫療信息建設帶來(lái)一個(gè)全新的認識。通過(guò)云計算平臺，醫院可以將網(wǎng)站、電子郵件系統、信息管理系統、遠程監護系統以及數據中心和安全防護系統都“外包”給云計算服務(wù)的提供商，再也不用操心如何搭建和維護服務(wù)器環(huán)境，如何采購和升級系統軟件、應用軟件及至殺毒軟件，如何防范黑客入侵。無(wú)論是數據服務(wù)還是應用計算，一切都從網(wǎng)絡(luò )上直接獲得。這就像使用水和電一樣，終端用戶(hù)只需要打開(kāi)開(kāi)關(guān)或龍頭，就可以獲得并享受服務(wù)，而擁有龐大資源的電廠(chǎng)和自來(lái)水廠(chǎng)則負責在“云”的另一端提供最專(zhuān)業(yè)的生產(chǎn)和維護。圖1為醫療信息化中的云存儲服務(wù)模型。

圖1. 醫療信息化中的云存儲服務(wù)模型

基于用“云計算”來(lái)實(shí)現生理參數遠程監護的想法，我們設計了一個(gè)基于B/S架構的多參數遠程監護系統，其結構如圖2所示。整個(gè)系統由監護中心的中央監護服務(wù)器端軟件（云）、客戶(hù)端瀏覽器和多參數采集器構成。服務(wù)器端軟件（云）能夠接受兩個(gè)客戶(hù)端的數據傳輸請求，實(shí)現基于Internet的多病人生理參數遠程實(shí)時(shí)監護?？蛻?hù)端采用B/S架構，無(wú)需安裝任何客戶(hù)端程序，只要打開(kāi)瀏覽器就可以實(shí)時(shí)查看和發(fā)送生理參數和波形（見(jiàn)圖3）?；贐/S架構的遠程中央監護系統便于客戶(hù)端軟件的部署維護，將中央監護系統從醫院病房延伸到了社區或家庭，為醫療儀器普及化和網(wǎng)絡(luò )化提供了新的解決方案。

圖3 客戶(hù)端監護界面

在新一輪醫改浪潮中，醫療服務(wù)信息化將是必然趨勢，通過(guò)信息化手段，建立醫療衛生機構間資源共享，能實(shí)現醫療服務(wù)資源的最優(yōu)整合和最大協(xié)同效應，未來(lái)醫療軟硬件需求數額將非?？捎^(guān)。把計算資源作為服務(wù)的云計算理念和技術(shù)必將會(huì )改變傳統醫療信息化的發(fā)展理念和建設模式，在推進(jìn)醫療信息化建設過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用。

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