心電遠端監護與雲計算的概念應用

雲計算是英文CloudComputing的翻譯，中文2008年初才出現。 最早從企業層次提出CloudComputing的是Dell，但對雲計算概念產生較深影響的是IBM-Google平行計算專案和亞馬遜EC2產品，隨後越來越多的媒體、公司、技術人員開始追逐雲計算， 甚至將很多IT創新都放入雲計算概念中，使得雲計算概念和產業得以推動和發展，形成了如今包括IaaS，PaaS，XaaS，以及眾多的硬體製造商、基礎設施運營商等參與的一個完整產業鏈。

一、雲計算的概念、特點及其應用

什麼是雲計算

目前，對於雲計算的概念，國際上沒有一個統一的定義，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)狹義的雲計算

提供資源的網路被稱為「雲」。 「雲」中的資源在消費者看來是可以無限擴展的，並且可以隨時獲取，按需使用，隨時擴展，按使用付費。 這種特性經常被稱為像水電一樣使用IT基礎設施。

(2)廣義的雲計算

這種資源池稱為「雲」。 「雲」是一些可以自我維護和管理的虛擬計算資源，通常為一些大型伺服器集群，包括計算伺服器、存儲伺服器、寬頻資源等等。 雲計算將所有的計算資源集中起來，並由軟體實現自動管理，無需人為參與。 這使得應用提供者無需為繁瑣的細節而煩惱，能夠更加專注于自己的業務，有利於創新和降低成本。 打個比方：這就好比是從古老的單台發電機模式轉向了電廠集中供電的模式。 它意味著計算能力也可以作為一種商品進行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費用低廉。 最大的不同在於，它是通過互聯網進行傳輸的。

總的來說，雲計算是平行計算、分散式運算和網格計算的發展，或者說是這些電腦科學概念的商業實現。 它是虛擬化、效用計算、基礎設施即服務、平臺即服務、軟體即服務等概念混合演進並躍升的結果。

雲計算的原理

雲計算是分散式處理(DistributedComputing)、並行處理(ParallelComputing)和網格計算(GridComputing)的發展， 通過利用非本地或遠端伺服器（集群）的分散式運算機為互聯網使用者提供服務（計算、存儲、軟硬體等服務），從而有效地提高了對軟硬體資源的利用效率，使使用者通過雲計算享受高性能平行計算所帶來的便利。

雲計算的主要特點

美國國家標準與技術研究院歸納了雲計算的五項基本特徵：一是按需自助服務。 消費者可對計算資源（如伺服器時間和網路存儲）進行單邊部署以自動化地滿足需求，並且無須服務提供者的人工配合。 二是泛在網路連接。 雲計算資源可以通過網路獲取和通過標準機制訪問，這些存取機制能夠促進使用者通過異構的瘦（thin）客戶平臺或胖（thick）客戶平臺（手機、筆記本電腦、掌上型電腦等）來使用雲計算。 三是與地理位置無關的資源池：雲計算服務商採用多使用者模式，根據使用者需求動態地分配和再分配物理資源和虛擬資源。 使用者通常不用知道這些資源具體所在位置，資源包括儲存體、處理器、記憶體、網路、虛擬機器等。 四是快速靈活地部署資源：雲計算供應商可快速靈活地部署雲計算資源，快速地放大和縮小，對於使用者，雲計算資源通常顯得是無限的，並可以在任何時間購買任何數量的資源。 五是服務計費：通過對不同類型的服務進行計費，雲計算系統能自動控制和優化資源利用情況。 可以監測、控制資源利用情況，並形成報告，為雲計算供應商和使用者就所使用的服務提供透明性。

結合上述雲計算的含義,得出雲計算的一些特點。

（1）規模大。 雲計算的規模是超大的，Google雲計算已經擁有100多萬台伺服器，同時這也使得Google搜尋引擎在全球佔據第一的位置。

（2）虛擬性。 通過雲計算，使用者在任意地點無需擔心應用運行的具體位置就可以使用一台筆記本或者一個手機等終端通過網路服務得到應用服務。

（3）可靠性高。 雲計算提供了嚴格的版權管理策略，減少了傳統方式的資料丟失、破壞入侵等麻煩，資料存儲可靠性高。

（4）可擴充性強。 為了滿足應用和使用者規模增長的需要，可以動態擴展「雲」的規模。

雲計算的應用

對於一般使用者而言，雲計算最常用的運用領域有電子郵件、網頁搜索（Google或百度）、相片分享（Flickr）、影片分享（Youtube、土豆）、網路地圖（GoogleMap）等。 只要電腦或手機等上網工具有一個瀏覽器，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，有如電力及自來水一般。

除此之外，對於軟體設計師和科學家而言，雲端計算更提供了強大的運算能力，可以類比計算如核彈爆炸、DNA結構等實驗。 雲計算的商機有多大？ 根據國際資料資訊中心（IDC）的資料顯示，未來五年雲端服務的平均年成長率可望達到26%；美林證券預估，2013年全球雲計算市場規模將達到950億美元；市場調查機構將雲計算列為IT產業未來十大趨勢首位，其報告指出， 至2012年Fortune五百強企業中會有400家使用各式不同的雲計算服務。

雲計算發展現狀

由於雲計算是多種技術混合演進的結果，其成熟度較高，又有大公司推動，發展極為迅速。 Amazon、Google、IBM、微軟和Yahoo等大公司是雲計算的先行者。 雲計算領域的眾多成功公司還包括Salesforce、Facebook、Youtube、Myspace等。

在我國，雲計算發展也非常迅猛。 2008年5月10日，IBM在中國無錫太湖新城科教產業園建立的中國第一個雲計算中心投入運營。 2008年6月24日，IBM在北京IBM中國創新中心成立了第二家中國的雲計算中心IBM大中華區雲計算中心；世紀互聯推出了CloudEx產品線，包括完整的互聯網主機服務,基於線上存儲虛擬化的服務， 供個人及企業進行互聯網雲端備份的資料保全服務等系列互聯網雲計算服務；中國移動研究院做雲計算的探索起步較早，已經完成了雲計算中心試驗。

雲計算未來主要有兩個發展方向：一個是構建與應用程式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；另一個是通過構建新型的雲計算應用程式。 在網路上提供更加豐富的使用者體驗第一個發展趨勢能夠從現有的雲計算研究狀況中體現出來，而在雲計算應用的構造上，很多新型的社會服務型網路，如facebook等，已經體現了這個發展趨勢， 而在研究上則開始注重如何通過雲計算基礎平臺將多個業務融合起來。

雲計算存在的問題

從目前的應用情況來看，雲計算技術存在以下幾方面的缺點：⑴即使用最佳的虛擬化技術，使用者無法把應用程式遷移到"雲"；⑵企業任務遷移到雲環境，需要巨大的工作量；⑶只有使用者同意才能實現對所有的IT資產進行虛擬化，形成"外部雲" 無縫協同操作的"內部雲"；⑷並未真正做到根據實際需求提供雲計算服務，並能按實際使用資源付費；⑸資料中心提供的管理應用軟體與企業現有的管理應用軟體集成起來效果差；⑹雲計算並沒有統一的標準來規範，企業很難大規模的採用。

此外，在2009年8月黑帽安全會議上的專家就雲計算的安全問題提出了5條安全缺陷：⑴雲計算未提供充分的法律保護；⑵雲計算沒有硬體的擁有權；⑶雲計算需要強大的協定和使用者培訓的保障；⑷不要相信協力廠商開發人員創建的虛擬機器實例 ；⑸在任何情況下，公司資訊技術管理者需要重新考慮雲上的配置。

心電遠端監護及發展

二、心電遠端監護的發展及現狀

現代社會中，心血管疾病嚴重威脅人類健康和生命、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具有重要的意義。 由於心血管疾病具有偶然性和突發性，在日常生活中對患病人群進行心電監護顯得尤為重要。

心電遠端監護系統起源于Holter系統。 早期家庭型心電監護系統對一些做過心臟手術病人，採用電子儀器記錄、存儲病人每天的心電圖及其它重要的生理參數，並週期地將資料送往診所進行診斷，病人可以遠離醫院在家進行監護。 早期的家庭心電監護要在監護結束後再進行心電資料的分析，不具有即時性，病人發病時無法得到醫生及時的診斷和救治。 而且由於其存儲量太小，僅能存儲極少量的心電資料，不能保證資料的完整性，一些有價值的心電資料還是不可避免地被丟失，這大大降低了診斷的準確率。

隨著現代通信技術的高速發展及其在醫療領域的應用，近些年，心電遠端監護系統發生了革命性的變化，Holter逐漸演變成為心電遠端監護系統的前端裝置，將傳統的Holter和電腦網路以及移動通訊技術相結合這一趨勢愈加明顯。 隨著網際網路（Internet）網和移動通訊網等宏觀基礎設施的普及和發展，近年來心電監護正沿著網際網路和無線移動監護兩個方向快速發展。

基於網際網路的遠端心電監護系統是指利用心電監護用戶端採集患者的心電信號，然後通過互聯網將心電信號傳輸至監護中心伺服器，等待醫護人員對患者心電圖進行處理和相應診斷。 整個系統一般由三個部分組成：客戶終端、網際網路和管理中心工作站。 客戶終端是由心電信號採集器和可連接網際網路的工作站構成，它可以完成採集患者心電信號、進行簡單資料處理以及將資料上傳至網際網路等功能。 根據接入網際網路的方式不同，系統有不同的設計方案，主要有PSTN（PublishedSwitchedTelephoneNetwork，公用交換電話網路）、ISDN、乙太網等幾種。 而遠端心電監護管理中心工作站一般配備有高性能的伺服器，可實現即時的接收患者心電資料、存儲並分析處理資料、管理患者基本資料及心電資料、網路安全管理等。

基於移動通訊網的心電無線監護系統是採用可擕式心電信號監護儀，利用無線通訊技術與監護中心進行資料通訊。 無線傳輸無須線纜介質，消費者可以不受時間、地點的限制，隨時隨地得到監護中心的監護。 隨著通信技術及電腦網路技術的日益完善,近幾年心電遠端監護的研究熱點是將無線通訊技術和網際網路技術緊密結合。 將兩種技術相結合，彌補了單純依靠網際網路時，將受測者限制在固定環境的不足；同時也彌補了單純依靠無線技術時，只能將受測者的資料在移動監護終端之間傳遞，從而造成的成本高、不易普及、資料處理分析手段單一等不足。

心電監護系統的無線化、網路化、人性化是發展趨勢，可擕式、模組式、易操作、價格低廉的心電監護產品將成為未來市場的主流。 正逐步發展起來的第三代移動通信3G技術，能極大地增加系統容量、提高通信品質和資料傳輸速率，並且利用在不同網路間的無縫漫遊技術，更好地將無線通訊系統和Internet連接起來，從而對心電遠端監護系統提供更穩定、 更強有力的技術基礎。 心電遠端監護系統整合了生物醫學工程、資訊技術和通訊技術的發展成果，能夠充分利用移動通信網和互聯網的資源優勢，在不久的將來，它一定會在心臟疾病的預防與救治中起到越來越重要的作用。

三、雲計算在醫療資訊化及心電遠端監護中的應用

近兩年出現的雲計算就是將所有的計算資源集中起來，由軟體實現自動管理，無需人為參與。 它意味著計算能力也可以作為一種商品進行流通，就像煤氣和水電一樣取用方便，費用低廉。 因此，醫療衛生企業可以通過購買計算能力而無需自建相關設施就可以開展資訊化建設，這使得企業無需為繁瑣的細節而煩惱，能夠更加專注于自己的業務。 雲計算技術的出現，將給醫療資訊建設帶來一個全新的認識。 通過雲計算平臺，醫院可以將網站、電子郵件系統、資訊管理系統、遠端監護系統以及資料中心和安全防護系統都「外包」給雲計算服務的供應商，再也不用操心如何搭建和維護伺服器環境，如何採購和升級系統軟體、應用軟體及至殺毒軟體， 如何防範駭客入侵。 無論是資料服務還是應用計算，一切都從網路上直接獲得。 這就像使用水和電一樣，終端使用者只需要打開開關或龍頭，就可以獲得並享受服務，而擁有龐大資源的電廠和自來水廠則負責在「雲」的另一端提供最專業的生產和維護。 圖1為醫療資訊化中的雲存儲服務模型。

基於用「雲計算」來實現生理參數遠端監護的想法，我們設計了一個基於B/S架構的多參數遠端監護系統，其結構如圖2所示。 整個系統由監護中心的中央監護伺服器端軟體（雲）、用戶端瀏覽器和多參數採集器構成。 伺服器端軟體（雲）能夠接受兩個用戶端的資料傳輸請求，實現基於Internet的多病人生理參數遠端即時監護。 用戶端採用B/S架構，無需安裝任何用戶端程式，只要打開瀏覽器就可以即時查看和發送生理參數和波形（見圖3）。 基於B/S架構的遠端中央監護系統便於用戶端軟體的部署維護，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路化提供了新的解決方案。

在新一輪醫改浪潮中，醫療服務資訊化將是必然趨勢，通過資訊化手段，建立醫療衛生機構間資源分享，能實現醫療服務資源的最優整合和最大協同效應，未來醫療軟硬體需求數額將非常可觀。 把計算資源作為服務的雲計算理念和技術必將會改變傳統醫療資訊化的發展理念和建設模式，在推進醫療資訊化建設過程中起到至關重要的作用。