基于云計(jì)算系統(tǒng)的心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

云計(jì)算是英文Cloud Computing 的翻譯，中文2008 年初才出現(xiàn)。最早從企業(yè)層次提出Cloud Computing 的是Dell，但對(duì)云計(jì)算概念產(chǎn)生較深影響的是IBM-Google 并行計(jì)算項(xiàng)目和亞馬遜EC2 產(chǎn)品，隨后越來越多的媒體、公司、技術(shù)人員開始追逐云計(jì)算，甚至將很多IT 創(chuàng)新都放入云計(jì)算概念中，使得云計(jì)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(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)商等參與的一個(gè)完整產(chǎn)業(yè)鏈。

一、 云計(jì)算的概念、特點(diǎn)及其應(yīng)用

1. 什么是云計(jì)算

目前，對(duì)于云計(jì)算的概念，國(guó)際上沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，但大體上我們可以分為兩大類概念：一類是狹義的；一類是廣義的。

（1） 狹義的云計(jì)算

提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”?！霸啤敝械馁Y源在使用者看來是可以無限擴(kuò)展的，并且可以隨時(shí)獲取，按需使用，隨時(shí)擴(kuò)展，按使用付費(fèi)。這種特性經(jīng)常被稱為像水電一樣使用IT 基礎(chǔ)設(shè)施。

（2） 廣義的云計(jì)算

這種資源池稱為“云”。“云”是一些可以自我維護(hù)和管理的虛擬計(jì)算資源，通常為一些大型服務(wù)器集群，包括計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、寬帶資源等等。云計(jì)算將所有的計(jì)算資源集中起來，并由軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，無需人為參與。這使得應(yīng)用提供者無需為繁瑣的細(xì)節(jié)而煩惱，能夠更加專注于自己的業(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(tái)發(fā)電機(jī)模式轉(zhuǎn)向了電廠集中供電的模式。它意味著計(jì)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(fèi)用低廉。最大的不同在于，它是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

總的來說，云計(jì)算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，或者說是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。它是虛擬化、效用計(jì)算、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)、平臺(tái)即服務(wù)、軟件即服務(wù)等概念混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果。

2. 云計(jì)算的原理

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

3. 云計(jì)算的主要特點(diǎn)

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院歸納了云計(jì)算的五項(xiàng)基本特征：一是按需自助服務(wù)。消費(fèi)者可對(duì)計(jì)算資源（如服務(wù)器時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)）進(jìn)行單邊部署以自動(dòng)化地滿足需求，并且無須服務(wù)提供商的人工配合。二是泛在網(wǎng)絡(luò)連接。云計(jì)算資源可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取和通過標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制訪問，這些訪問機(jī)制能夠促進(jìn)用戶通過異構(gòu)的瘦（thin）客戶平臺(tái)或胖（thick）客戶平臺(tái)（手機(jī)、筆記本電腦、掌上電腦等）來使用云計(jì)算。三是與地理位置無關(guān)的資源池：云計(jì)算服務(wù)商采用多用戶模式，根據(jù)用戶需求動(dòng)態(tài)地分配和再分配物理資源和虛擬資源。用戶通常不用知道這些資源具體所在位置，資源包括存儲(chǔ)器、處理器、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、虛擬機(jī)等。四是快速靈活地部署資源：云計(jì)算供應(yīng)商可快速靈活地部署云計(jì)算資源，快速地放大和縮小，對(duì)于用戶，云計(jì)算資源通常顯得是無限的，并可以在任何時(shí)間購買任何數(shù)量的資源。五是服務(wù)計(jì)費(fèi)：通過對(duì)不同類型的服務(wù)進(jìn)行計(jì)費(fèi)，云計(jì)算系統(tǒng)能自動(dòng)控制和優(yōu)化資源利用情況?？梢员O(jiān)測(cè)、控制資源利用情況，并形成報(bào)告，為云計(jì)算提供商和用戶就所使用的服務(wù)提供透明性。

結(jié)合上述云計(jì)算的含義，得出云計(jì)算的一些特點(diǎn)。

（1） 規(guī)模大。云計(jì)算的規(guī)模是超大的，Google 云計(jì)算已經(jīng)擁有100 多萬臺(tái)服務(wù)器，同時(shí)這也使得Google 搜索引擎在全球占據(jù)第一的位置。

（2） 虛擬性。通過云計(jì)算，用戶在任意地點(diǎn)無需擔(dān)心應(yīng)用運(yùn)行的具體位置就可以使用一臺(tái)筆記本或者一個(gè)手機(jī)等終端通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)得到應(yīng)用服務(wù)。

（3） 可靠性高。云計(jì)算提供了嚴(yán)格的權(quán)限管理策略，減少了傳統(tǒng)方式的數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性高。

（4） 可擴(kuò)展性強(qiáng)。為了滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長(zhǎng)的需要，可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展“云”的規(guī)模。

4. 云計(jì)算的應(yīng)用

對(duì)于一般用戶而言，云計(jì)算最常用的運(yùn)用領(lǐng)域有電子郵件、網(wǎng)頁搜索（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(jī)等上網(wǎng)工具有一個(gè)瀏覽器，就可以在幾秒鐘內(nèi)，迅速得到遠(yuǎn)處電腦的資料，讓資訊垂手可得，有如電力及自來水一般。

除此之外，對(duì)于軟件設(shè)計(jì)師和科學(xué)家而言，云端計(jì)算更提供了強(qiáng)大的運(yùn)算能力，可以模擬計(jì)算如核彈爆炸、DNA 結(jié)構(gòu)等實(shí)驗(yàn)。云計(jì)算的商機(jī)有多大？根據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)信息中心（IDC）的數(shù)據(jù)顯示，未來五年云端服務(wù)的平均年成長(zhǎng)率可望達(dá)到26%；美林證券預(yù)估，2013 年全球云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到950 億美元；市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)將云計(jì)算列為IT 產(chǎn)業(yè)未來十大趨勢(shì)首位，其報(bào)告指出，至2012 年Fortune 五百強(qiáng)企業(yè)中會(huì)有400 家使用各式不同的云計(jì)算服務(wù)。

5. 云計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀

由于云計(jì)算是多種技術(shù)混合演進(jìn)的結(jié)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(jì)算的先行者。云計(jì)算領(lǐng)域的眾多成功公司還包括Salesforce、Facebook、Youtube、Myspace 等。

在我國(guó)，云計(jì)算發(fā)展也非常迅猛。2008 年5月10日，IBM在中國(guó)無錫太湖新城科教產(chǎn)業(yè)園建立的中國(guó)第一個(gè)云計(jì)算中心投入運(yùn)營(yíng)。2008年6月24日，IBM在北京IBM中國(guó)創(chuàng)新中心成立了第二家中國(guó)的云計(jì)算中心——IBM大中華區(qū)云計(jì)算中心；世紀(jì)互聯(lián)推出了CloudEx 產(chǎn)品線，包括完整的互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)服務(wù)， 基于在線存儲(chǔ)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(shù)據(jù)保全服務(wù)等系列互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算服務(wù)；中國(guó)移動(dòng)研究院做云計(jì)算的探索起步較早，已經(jīng)完成了云計(jì)算中心試驗(yàn)。

云計(jì)算未來主要有兩個(gè)發(fā)展方向：一個(gè)是構(gòu)建與應(yīng)用程序緊密結(jié)合的大規(guī)模底層基礎(chǔ)設(shè)施，使得應(yīng)用能夠擴(kuò)展到很大的規(guī)模；另一個(gè)是通過構(gòu)建新型的云計(jì)算應(yīng)用程序。在網(wǎng)絡(luò)上提供更加豐富的用戶體驗(yàn)．第一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)能夠從現(xiàn)有的云計(jì)算研究狀況中體現(xiàn)出來，而在云計(jì)算應(yīng)用的構(gòu)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(xiàn)了這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，而在研究上則開始注重如何通過云計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)將多個(gè)業(yè)務(wù)融合起來。

6. 云計(jì)算存在的問題

從目前的應(yīng)用情況來看，云計(jì)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)，用戶無法把應(yīng)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只有用戶同意才能實(shí)現(xiàn)對(duì)所有的IT 資產(chǎn)進(jìn)行虛擬化，形成“外部云”無縫協(xié)同操作的“內(nèi)部云”；⑷并未真正做到根據(jù)實(shí)際需求提供云計(jì)算服務(wù)，并能按實(shí)際使用資源付費(fèi)；⑸數(shù)據(jù)中心提供的管理應(yīng)用軟件與企業(yè)現(xiàn)有的管理應(yīng)用軟件集成起來效果差； ⑹云計(jì)算并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范，企業(yè)很難大規(guī)模的采用。

此外，在2009年8 月黑帽安全會(huì)議上的專家就云計(jì)算的安全問題提出了5 條安全缺陷：⑴ 云計(jì)算未提供充分的法律保護(hù)；⑵ 云計(jì)算沒有硬件的所有權(quán)；⑶ 云計(jì)算需要強(qiáng)大的協(xié)議和用戶培訓(xùn)的保障；⑷不要相信第三方開發(fā)人員創(chuàng)建的虛擬機(jī)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(jì)算現(xiàn)在處于一個(gè)初級(jí)的階段，還需要人們的深入了解，花大力氣去正確管理復(fù)雜的資源。因此，它的普及還需要一些時(shí)間。

二、心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

現(xiàn)代社會(huì)中，心血管疾病嚴(yán)重威脅人類健康和生命、是目前中國(guó)人群最主要的死因，心血管疾病的預(yù)防與診斷對(duì)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(duì)患病人群進(jìn)行心電監(jiān)護(hù)顯得尤為重要。

心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)起源于Holter系統(tǒng)。早期家庭型心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)對(duì)一些做過心臟手術(shù)病人，采用電子儀器記錄、存儲(chǔ)病人每天的心電圖及其它重要的生理參數(shù)，并周期地將數(shù)據(jù)送往診所進(jìn)行診斷，病人可以遠(yuǎn)離醫(yī)院在家進(jìn)行監(jiān)護(hù)。早期的家庭心電監(jiān)護(hù)要在監(jiān)護(hù)結(jié)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)無法得到醫(yī)生及時(shí)的診斷和救治。而且由于其存儲(chǔ)量太小，僅能存儲(chǔ)極少量的心電數(shù)據(jù)，不能保證數(shù)據(jù)的完整性，一些有價(jià)值的心電數(shù)據(jù)還是不可避免地被丟失，這大大降低了診斷的準(zhǔn)確率。

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的高速發(fā)展及其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，近些年，心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化，Holter逐漸演變成為心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的前端裝置，將傳統(tǒng)的Holter和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及移動(dòng)通訊技術(shù)相結(jié)合這一趨勢(shì)愈加明顯。隨著因特網(wǎng)（Internet）網(wǎng)和移動(dòng)通訊網(wǎng)等宏觀基礎(chǔ)設(shè)施的普及和發(fā)展，近年來心電監(jiān)護(hù)正沿著因特網(wǎng)和無線移動(dòng)監(jiān)護(hù)兩個(gè)方向快速發(fā)展。

基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是指利用心電監(jiān)護(hù)客戶端采集患者的心電信號(hào)，然后通過互聯(lián)網(wǎng)將心電信號(hào)傳輸至監(jiān)護(hù)中心服務(wù)器，等待醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者心電圖進(jìn)行處理和相應(yīng)診斷。整個(gè)系統(tǒng)一般由三個(gè)部分組成：客戶終端、因特網(wǎng)和管理中心工作站?？蛻艚K端是由心電信號(hào)采集器和可連接因特網(wǎng)的工作站構(gòu)成，它可以完成采集患者心電信號(hào)、進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理以及將數(shù)據(jù)上傳至因特網(wǎng)等功能。根據(jù)接入因特網(wǎng)的方式不同，系統(tǒng)有不同的設(shè)計(jì)方案，主要有PSTN（Published Switched Telephone Network，公用電話交換網(wǎng)）、ISDN、以太網(wǎng)等幾種。而遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)管理中心工作站一般配備有高性能的服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的接收患者心電數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)并分析處理數(shù)據(jù)、管理患者基本資料及心電數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)安全管理等。

基于移動(dòng)通訊網(wǎng)的心電無線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是采用便攜式心電信號(hào)監(jiān)護(hù)儀，利用無線通信技術(shù)與監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。無線傳輸無須線纜介質(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(jiān)護(hù)中心的監(jiān)護(hù)。隨著通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益完善，近幾年心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的研究熱點(diǎn)是將無線通信技術(shù)和因特網(wǎng)技術(shù)緊密結(jié)合。將兩種技術(shù)相結(jié)合，彌補(bǔ)了單純依靠因特網(wǎng)時(shí)，將受測(cè)者限制在固定環(huán)境的不足；同時(shí)也彌補(bǔ)了單純依靠無線技術(shù)時(shí)，只能將受測(cè)者的數(shù)據(jù)在移動(dòng)監(jiān)護(hù)終端之間傳遞，從而造成的成本高、不易普及、數(shù)據(jù)處理分析手段單一等不足。

心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的無線化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化是發(fā)展趨勢(shì)，便攜式、模塊式、易操作、價(jià)格低廉的心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品將成為未來市場(chǎng)的主流。正逐步發(fā)展起來的第三代移動(dòng)通信3G技術(shù)，能極大地增加系統(tǒng)容量、提高通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率，并且利用在不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫漫游技術(shù)，更好地將無線通信系統(tǒng)和Internet連接起來，從而對(duì)心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)提供更穩(wěn)定、更強(qiáng)有力的技術(shù)基礎(chǔ)。心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)整合了生物醫(yī)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(shì)，在不久的將來，它一定會(huì)在心臟疾病的預(yù)防與救治中起到越來越重要的作用。

三、 云計(jì)算在醫(yī)療信息化及心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用

近兩年出現(xiàn)的云計(jì)算就是將所有的計(jì)算資源集中起來，由軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，無需人為參與。它意味著計(jì)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(fèi)用低廉。因此，醫(yī)療衛(wèi)生企業(yè)可以通過購買計(jì)算能力而無需自建相關(guān)設(shè)施就可以開展信息化建設(shè)，這使得企業(yè)無需為繁瑣的細(xì)節(jié)而煩惱，能夠更加專注于自己的業(yè)務(wù)。云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)，將給醫(yī)療信息建設(shè)帶來一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過云計(jì)算平臺(tái)，醫(yī)院可以將網(wǎng)站、電子郵件系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)中心和安全防護(hù)系統(tǒng)都“外包”給云計(jì)算服務(wù)的提供商，再也不用操心如何搭建和維護(hù)服務(wù)器環(huán)境，如何采購和升級(jí)系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件及至殺毒軟件，如何防范黑客入侵。無論是數(shù)據(jù)服務(wù)還是應(yīng)用計(jì)算，一切都從網(wǎng)絡(luò)上直接獲得。這就像使用水和電一樣，終端用戶只需要打開開關(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和自來水廠則負(fù)責(zé)在“云”的另一端提供最專業(yè)的生產(chǎn)和維護(hù)。

圖1. 醫(yī)療信息化中的云存儲(chǔ)服務(wù)模型

基于用“云計(jì)算”來實(shí)現(xiàn)生理參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的想法，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)基于B/S架構(gòu)的多參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個(gè)系統(tǒng)由監(jiān)護(hù)中心的中央監(jiān)護(hù)服務(wù)器端軟件（云）、客戶端瀏覽器和多參數(shù)采集器構(gòu)成。服務(wù)器端軟件（云）能夠接受兩個(gè)客戶端的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)基于Internet的多病人生理參數(shù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。客戶端采用B/S架構(gòu)，無需安裝任何客戶端程序，只要打開瀏覽器就可以實(shí)時(shí)查看和發(fā)送生理參數(shù)和波形（見圖3）。基于B/S架構(gòu)的遠(yuǎn)程中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)便于客戶端軟件的部署維護(hù)，將中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)從醫(yī)院病房延伸到了社區(qū)或家庭，為醫(yī)療儀器普及化和網(wǎng)絡(luò)化提供了新的解決方案。

圖3 客戶端監(jiān)護(hù)界面

在新一輪醫(yī)改浪潮中，醫(yī)療服務(wù)信息化將是必然趨勢(shì)，通過信息化手段，建立醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)間資源共享，能實(shí)現(xiàn)醫(yī)療服務(wù)資源的最優(yōu)整合和最大協(xié)同效應(yīng)，未來醫(yī)療軟硬件需求數(shù)額將非?？捎^。把計(jì)算資源作為服務(wù)的云計(jì)算理念和技術(shù)必將會(huì)改變傳統(tǒng)醫(yī)療信息化的發(fā)展理念和建設(shè)模式，在推進(jìn)醫(yī)療信息化建設(shè)過程中起到至關(guān)重要的作用。