مقاله سلامت فراگیر به عنوان یکی از مهم ترین کاربرد های محاسبات فراگیر

بخشی از مقاله

سلامت فراگیر به عنوان یکی از مهم ترین کاربرد هاي محاسبات فراگیر

چکیده

با پیر شدن جمعیت انتظار می رود آن هایی که سن شان بیش از 65 است تا سال 2050 دو برابر شوند و افزایش امید به زنـدگی، نیاز به مراقبت از سلامتی، در هر کجا و در هر زمان را بسیار نزدیک می سازد. رشد قابل توجه اخیر در قدرت محاسبات، سنسورها، دستگاه هاي توکار، تلفن هاي هوشمند، وسایل ارتباط جمعی بی سیم و شبکه، با قدرت تکنیک هـاي اسـتخراج داده هـا آمیختـه شده است و حمایت آشکار از محاسبات ابري و شبکههاي اجتماعی به محققان این توانایی را داده است که تنوع وسیعی از سیسـتم هاي محاسبات فراگیر را ایجاد کنند.

مراقبت از سلامت یکی از مهم ترین کاربردهاي محاسبات فراگیر است که درخواست زیادي در میان جمعیت سالمند داشته اسـت.

فناوري محاسباتی فراگیر می تواند کاهش هزینه هاي مراقبت از سلامت و ترخیص از بیمارستان را امکان پـذیر سـازد و همچنـین، استقلال و کیفیت زندگی در شرایط خانگی را بهبود بخشد. سیستم هاي سلامت فراگیر به سرویس هاي مراقبـت از سـلامت بـراي هر فرد، در هر زمان و در هر مکان توسط حذف موقعیت، زمان و دیگر محدودیت ها مربوط می شـود. سیسـتم هـاي مانیتورینـگ سلامت فراگیر از سنسورهاي کوچک یا وسایل پزشکی مستقر شده روي بدن به صورت یک شبکه سنسور بدن کـه سـیگنال هـاي فیزیولوژیکی را حس و پردازش می کند و اطلاعات را از طریق لینک بی سیم بوسیله ایستگاه پایـه تلفـن هوشـمند بـه سـرور داده اینترنت انتقال می دهد، تشکیل شده است.

در این مقاله مروري، ضمن معرفی سلامت فراگیر و سیستم هاي مانیتورینگ سلامت فراگیر، به سیستم هاي مانیتورینـگ سـلامت فراگیر Ayushman، اشاره خواهد شد. همچنین، کاربرد سیستم هاي محاسبات ابري در مراقبت از سلامت فراگیر و ویژگـی هـاي پلت فرم سلامت فراگیر به تفصیل مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

واژههاي کلیدي: سلامت فراگیر، سیستم هاي مانیتورینگ، سنسور، پلت فرم، محاسبات فراگیر

-1مقدمه

محاسبات فراگیر، الگوي نو ظهوري با هدف ارائه خدمات محاسباتی و ارتباطی در هر زمان و هر مکان می باشـد Iltaf) و همکـاران،

.(2013 این محاسبات، دسترسی به اطلاعات را در هر مکان و هر زمان امکان پذیر مـی سـازد Abdulrazak) و همکـاران، .(2010

محاسبات فراگیر، نشان دهنده ي یک گام تکاملی مهم است که قدمت آن به اواسط 1970 برمی گردد. دو گام قبلی متمایز در این تکامل، سیستم هاي توزیع شده و محاسبات سیار1 می باشند Satyanarayanan) ، .(2001 دستگاه هـاي قابـل حمـل و هوشـمند، هدف اصلی براي تحقق بخشیدن به رؤیاي " محاسبات تمام وقت در همه جا " محسوب می شوند. در این الگوي عصـر جدیـد، بـه حداقل رساندن حواس پرتی کاربر و بهره وري حداکثر از منابع انتظار میرود Yua) و همکاران، .(2013 تحولات در فضاي دسـتگاه هاي هوشمند شامل سنسورها، برچسب هاي شناسه فرکانس رادیویی((RFID، لوازم خـانگی هوشـمند، پردازنـده ي تعبیـه شـده، رایانه هاي پوشیدنی، کامپیوترهاي جیبی، تلفن هاي هوشمند و بسـیاري دیگـر مـی باشـند. بنـابراین بـه طـور خلاصـه، مرزهـاي محاسبات فراگیر توسط پیشرفت فناوري هاي جدید افزایش پیدا کرده است. همچنین، از فن آوري هـاي موجـود ماننـد اینترنـت، ارتباطات تلفن همراه و بی سیم، شبکه هاي حسگر، و فن آوري RFID به صورت گسترده استفاده شـده اسـت Raychoudhury) و

همکاران، .(2012 شبکه و اتصال، عوامل تواناسازي هستند که در محیط هاي فراگیر به کار می روند O’Neill) و همکاران، .(2012

در محیطهاي محاسبات فراگیر و سیار، کاربران دستگاه هاي سیار خود مانند تلفن هاي هوشمند را در حال حرکت مـورد اسـتفاده قرار میدهند Mitra) و همکاران، .(2012 تلفن هاي همراه امروزي به قدرتمندي کامپیوترهاي شخصی گذشته هستند. تلفن هـاي همراه، فراگیر و قابل دسترس در تمام نقاط جهان هستند. در بسیاري موارد، تلفن ها اولین فناوري محاسباتی سیار فراگیـر را ارائـه میکنند. Cook) و Das، .(2011

سیستم محاسبات فراگیر می تواند سرویس هاي سفارشی براي کاربران را بـه شـیوه آگـاه بـه زمینـه (در هنگـام ارتبـاط و تعامـل اطلاعات با محیط) فراهم کند Yea) و همکاران، .(2012 آگـاهی از زمینـه، ویژگـی اصـلی محاسـبات فراگیـر اسـت Boytsov) و Zaslavsky، (2013 براي محاسبات بطور فراگیر و شباهت موقعیت بین هر کـاربر، تاریخچـه دادههـاي کـاربر مـورد اسـتفاده قـرار میگیرد Lee) و Kwon ، .(2013 هدف محاسبات فراگیر، ترکیب فن آوري هاي شبکه کنونی با محاسبات، شناخت و قابلیت هـاي شبکه هاي بی سیم است و نمایش برنامه هاي کاربردي محیط (توسط هوش مصنوعی) براي ایجاد محیطی است که در آن اتصـال دستگاه ها به یکدیگر به صورتی باشد که اتصال مداوم و همیشگی قابـل دسـترس باشـد Keerthika) و Ganesan، .(2013 هـدف، گسترشِ محیط هایی است که در آن، سختافزار بسیار ناهمگن و مؤلفه هاي نرمافـزاري بتواننـد یکپارچـه شـده و خـود بـه خـود عملیاتی شوند تا ارائه انواع خدمات به کاربران (که مستقل از ویژگی هاي خاصِ محیط و دستگاه هاي سرویس گیرنده است) محقق گردد Bakhouya) و همکاران، .(2012 در مجموع مفهوم محاسبات فراگیر، زیرساخت هاي موجود را قـادر مـی سـازد تـا کیفیـت زندگی را ارتقا بخشند.

محاسبات فراگیر تقریباً در هر جنبه اي از زندگی و فعالیت بشر کاربرد پیدا کرده اند. کاربردهاي محاسبات فراگیر گسترده هستند، براي مثال می توان به فضاي هوشمند، مراقبت از سلامت، شبکه هاي اجتماعی، سرگرمی، تدارکات و سیسـتم هـاي حمـل و نقـل هوشمند اشاره داشت Raychoudhury) و همکاران، .(2012 مراقبت از سلامت یکی از مهم ترین کاربردهاي محاسبات فراگیر است

که درخواست زیادي در میان جمعیت سالمند داشته است Cook) و Das، .(2011 مشکلات ارزشی بسیاري در مورد افراد مسن، از جمله انزواي اجتماعی، کاهش سلامتِ ذهن و مشکلات انجام و تقسیم مسئولیت ها وجود دارند که خانوادههـاي آنـان و پرسـتاران براي مراقبت از سالمندان با آن روبرو هستند. ورود به فن آوري محاسبات فراگیر، ایجاد پتانسیلی براي رسیدگی به بسیاري از ایـن مشکلات است؛ اما بسیاري از چالشهاي ارزشی خاص خود را در پی دارد Detweiler) و Hindriks، .(2012

در سال هاي اخیر، پژوهش هاي زیادي در زمینه سلامت فراگیر انجام پذیرفته اسـت کـه از جملـه مـی تـوان بـه یـک روش خـود مدیریت2 بیماران مـزمن K. Triantafyllidis) و A. Chouvarda ، (2013، برنامـه کـاربردي BSN در مراقبـت از سـلامت فراگیـر

Banerjee) و همکاران، (2012، تعیین و تأیید ویژگی و روش آنالیز سیستم هاي مانیتورینگ سلامت فراگیـر Banerjee) و Gupta،

(2012، ارائه یک پلت فرم بر اساس محاسبات ابري براي مدیریت سنسورهاي مراقبت از سـلامت موبایـل و پوشـیدنی Doukas) و Maglogiannis، (2012، طراحی و توسعه برنامه مراقبت هاي اولیه محیطی براي نظارت بر زندگی روزانه و شاخص هاي جسـمانی سالمندان Tang) و همکاران، (2012، ارائه طرح کلی یک شبکه محلی بی سیم براي نظارت بر سـلامت فراگیـر Tan) و همکـاران،

(2012 و شرح یک سیستم مانیتورینگ سلامت بی سیم اندازه گیري کننده ضربان قلـب، سـرعت و دمـاي بـدن و تخمـین دقیـق مصرف انرژي در محیط از راه دور Kalantarian) و همکاران، (2013 اشاره داشت.
در این مقاله مروري، ضمن معرفی سلامت فراگیر و سیستم هاي مانیتورینگ سلامت فراگیر، به سیستم هاي مانیتورینـگ سـلامت فراگیر Ayushman، اشاره خواهد شد. همچنین، کاربرد سیستم هاي محاسبات ابري در مراقبت از سلامت فراگیر و ویژگی هـاي

پلت فرم سلامت فراگیر به تفصیل مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

-2 تعریف مراقبت از سلامت فراگیر3

رشد قابل توجه اخیر در قدرت محاسبات، سنسورها، دستگاه هاي توکار4 ، تلفن هاي هوشمند، وسایل ارتبـاط جمعـی بـی سـیم و شبکه، با قدرت تکنیک هاي استخراج داده ها آمیخته شده است و حمایت آشـکار از محاسـبات ابـري و شـبکههـاي اجتمـاعی بـه محققان این توانایی را داده است که تنوع وسیعی از سیستم هاي محاسبات فراگیر (کـه بـه صـورت هوشـمندانه اي اسـتدلال مـی شوند، به صورت اتوماتیک عمل می کنند، و به نیاز مشترکین در زمینه و حالت لازم پاسخ می دهند) را ایجاد کنند Cook) و Das،

.(2011

میدان محاسبات فراگیر، در نقطه اي جالب و مهم از پیشرفت خود می باشد. از طرفی، این رشته به نقطه اي از رشد خـود رسـیده است که بسترهاي تست اولیه محسوس و مفید (مانند، خانه هاي هوشمند، شبکه هـاي بخـش هـاي بـدن، سیسـتم هـاي کنتـرل سلامت، و رسانه هاي شبکه اي اجتماعی متحرك) تقریباً در حال رایج شدن هستند. ایـن موفقیـت هـاي قابـل مشـاهده بـر پایـه تکنولوژي اصولی کاملی که وسایل ارتباط جمعی هوشمند، کشف منابع، ترکیب اطلاعات، انتشار و مسیریابی، ردیابی محل، شناخت

فعالیت، و یادگیري اولویت استفاده را اجرا می کند، بنا می شود. از طرف دیگر به هر حال، این سیستم ها در کاربردهایی با مقیاس کوچک تا متوسط با انتشار محدودي از لوازم، نتایج و مجموعه دادهها طراحی و تست شدهاند Cook) و Das، .(2011

فناوري محاسباتی فراگیر می تواند کاهش هزینه هاي مراقبت از سلامت و ترخیص از بیمارستان را امکان پـذیر سـازد و همچنـین، استقلال و کیفیت زندگی در شرایط خانگی را بهبود بخشد. مراقبت از سلامت فراگیر به عنوان یـک زمینـه تحقیقـاتی جداگانـه در الگوي محاسباتی فراگیر با تمرکز بر قابلیت مراقبت هاي سلامتی در بیمارستان و همچنین در خانه از بیمـاران پایـه گـذاري شـده است. باردرام و همکاران، این سیستم را این گونه معرفی کرده اند " برنامه محاسبات فراگیر در مراقبت از سـلامت " در حـالی کـه تعریف وارشانی اینگونه است: " مراقبت از سلامتی هر کسی، در هر زمـان و مکـان از طریـق حـذف موانـع مکـانی، زمـانی و سـایر محدودیت ها در زمان، افزایش پوشش و کیفیت مراقبت هاي سلامتی" Wagner) و همکاران، .(2012

-3 سیستم هاي مانیتورینگ سلامت فراگیر5

سیستم هاي مانیتورینگ سلامت فراگیر((PHMS از سنسورهاي کوچک یا وسایل پزشکی مستقر شده روي بـدن بـه صـورت یـک شبکه سنسور بدن(BSN)6 که سیگنال هاي فیزیولوژیکی را حس و پردازش می کند و اطلاعات را از طریق لینک بی سیم بوسـیله ایستگاه پایه7 تلفن هوشمند به سرور داده اینترنت انتقال می دهد، تشکیل شده اند. عملکـرد وسـایل پزشـکی در PHMS بایـد در مواجه با نیازمندي هاي امنیت، دوره زندگی و قابلیت اطمینان حمایت شود. مدل بر پایه توسعه نرم افزار PHMS بسیار مورد توجه قرار گرفته است Banerjee) و همکاران، .(2012 نرم افزار PHMS همروند، توزیع شده و قابـل اجـرا بـر روي یـک حافظـه محـدود سنسور، بدون حفاظت از حافظه مبتنی بر سخت افزار است Verma)، .(2013

سیستم هاي سلامت فراگیر به سرویس هاي مراقبت از سلامت براي هر فرد، در هر زمان و در هـر مکـان توسـط حـذف موقعیـت، زمان و دیگر محدودیت ها مربوط می شود، در حالیکه کیفیت و پوشش دهی آن ها افـزایش مـی یابـد. بیمـاران نقـش مهمـی در مدیریت سلامتی شان دارند که توسط برخی از برنامه هاي آموزشی (با هدف فراهم کردن آن ها با اسـتفاده از مهـارت و دانـش بـه منظور اینکه از عهده بیماري شان برآیند) امکان پذیر است K. Triantafyllidis) و A. Chouvarda، .(2013

با وجود اینکه سیستم هاي سلامت مانند ثبت سلامت شخصی، عملیات(عملکردهاي) مـدیریت اطلاعـات سـلامت و وضـعیت ورود توسط بیماران را فراهم می کند، ترکیب آن ها با سیستم هاي سلامت فراگیري که از مانیتورینگ علائم حیاتی استفاده مـی کننـد

(به دلیل سیاست هاي مختلف یا موضوعات تکنیکی مرتبط با ایمنی داده، قابلیت اجرایی(عملکردي)، طراحـی ارتباطـات، هزینـه و غیره) ناکافی است. علاوه بر این، غالباً اشتراك اجتماعی نظیر توانایی بیماران براي اشتراك در داخـل گـروه آن هـا کـه مـرتبط بـا مراقبت از اطلاعات است نادیده گرفته می شود. این موارد، انتخاب را براي همکاري (اشتراك )مدیریت بیمـاري، تبـادل تجربـه هـا

/نظرات و حمایت احساسی کاهش می دهد K. Triantafyllidis) و A. Chouvarda ، .(2013

تلاش هاي مهمی جهت مانیتورینگ فیزیولوژي انسان از طریق سیگنال هاي بیولوژیکی آنها مانند فعالیت هاي فیزیکی، دماي بـدن و فشار خون انجام شده است. چنین سنجشی در زمان واقعی، مشاهده به موقع علامت بیماري را قادر می سازد و سـبب تشـخیص بیماري به روش فراگیر می شود Guo) و همکاران، .(2013

پیشرفت هاي دقیق در تکنولوژي منجر به ایجاد سیستم هاي مانیتورینگ سلامت پوشیدنی شده است که قادر بـه گـزارش صـرف انرژي و انتقال داده به روش بی سیم به یک ایستگاه پایه جهت مانیتورینگ مصرف انرژي در زمان واقعی و با هزینه پایین می باشد.
روش هاي رایج براي محاسبه مصرف انرژي در یک محیط فراگیر، بسیار بر گام شمار بر پایه شتاب سنج8 نظیـر FitBit تکیـه دارد.

چنین تکنولوژي هایی از تعدادي مراحل براي محاسبه سرعت تقریبی حرکت کاربر استفاده می کنند و تخمین مصرف انرژي بیشتر می باشد. به عبارت دیگر، مصرف انرژي محاسبه شده با استفاده از یک بعد منحصر به فرد فعالیت کاربر: تعداد مراحل تخمـین زده می شود. علاوه بر این، تعیین سرعت حرکت یک فرد به دقت هر یک از سنسورها بستگی دارد و همچنین الگوریتم هـاي پـردازش سیگنال براي تبدیل داده هاي خام به تعداد مراحل ضروري می باشد Kalantarian) و همکاران، .(2013

آخرین پیشرفت ها در تکنولوژي سنسور، پیاده سازي سنسورها، بهبود قابلیت هاي ارتباطات از راه دور بی سـیم، شـبکه هـاي بـاز، ادامه افزایش قدرت محاسباتی، فن آوري باتري بهبود یافته و ظهور ساختار نرم افزار انعطاف پذیري (که منجر به افزایش دسترسی به ارائه دهندگان مراقبت از سلامت، وظایف و فرآیندهاي کارآمدتر و کیفیت کلی خدمات سلامتی درمانی پیشرفته تـر مـی شـود)

می باشد Postolache) و همکاران، .(2013 بسیاري از سنسورهاي مورد استفاده در سیستم مانیتورینـگ سـلامت فراگیـر بـر روي

TinyOS اجرا می شوند که یک سیستم عامل کم قدرت براي هدف پلت فرم هاي برنامه هاي شبکه حسگر بی سـیم اسـتفاده مـی شوند، می باشد Verma)، .(2013

زیرساخت هاي هوشمندانه، لایه هایی را براي جمع آوري اطلاعات زمینه اي، پردازش دانش و همچنین مکانیسم هاي سـازگاري و بهینه سازي فراهم می کند. مراقبت از سلامت فراگیر (PHMC)، الگوي مراقبت هاي سلامت از بیمـار محـور مـی شـود. واکنشـی سنتی، مدل رویداد محور را به مدلی تغییر می دهد که افراد فعالانه به مدیریت سلامت خود در سیسـتم مراقبـت بهداشـت بیمـار محورمی پردازند. برنامه هاي کاربردي مراقبت از سلامت فراگیر، شامل نظارت فراگیرسلامت، سیستم مدیریت اضطراري هوشـمند، دسترسی به داده هاي مراقبت از سلامت فراگیر و تلفن همراه پزشکی از راه دور می باشد Postolache) و همکاران، .(2013

-1-3 جزئیات سیستم هاي مانیتورینگ سلامت فراگیر

با پیر شدن جمعیت انتظار می رود آن هایی که سن شان بیش از 65 است تا سال 2050 دو برابر شوند و افزایش امید بـه زنـدگی، نیاز به مراقبت از سلامتی، در هر کجا و در هر زمان را بسیار نزدیک می سازد. کاربرد وسایل محاسبات تعبیه شده نظیر تلفن هـاي هوشمند، iPad ها و سایر وسایل الکترونیکی شخصی براي حمایت از سلامتی، مرتبط با کاربردهایی نظیر ردیابی کالري دریافتی و کنترل وزن در حال افزایش است. در سیستم هایی که سنسورها بر روي بدن انسان مستقر می شوند تـا سـیگنال هـاي محیطـی و

فیزیولوژیکی را مانیتور کنند، تمایل پیشرفت سریعی را به طرف سیستم هاي مانیتورینگ سلامت فراگیر نشان می دهند (شکل .(1

یک تلفن هوشمند به عنوان یک مرکز محاسباتی و ارتباطی یا ایستگاه اساسی براي سنسورها عمل مـی کنـد، بـه طـوري کـه داده سنسور را جمع آوري می کند و پردازش می نماید تا زمینه هایی نظیر محل، فعالیت ها یـا فوریـت هـاي سـلامتی تشـخیص داده شوند. همچنین، ممکن است آن اطلاعات را به یک ابر آپلود کند تا سابقه اي از سـلامت کـاربر ثبـت و آرشـیو شـود. اخیـرًا تلفـن هوشمند به عنوان وسیله پزشکی در نظر گرفته می شود. پیش بینی می گردد سیستم هاي مانیتورینگ سلامت فراگیر زیر سـاخت هاي بحرانی براي حمایت از سلامتی و خوشایند آسایش مردم شوند Banerjee) و Gupta، .(2012

شکل PHMS :1 تحت زمینه هاي متفاوت با نیازمندي هاي مختلف و چندین گزینه براي یک طراح (3)

عملکرد یک سیستم مانیتورینگ سلامت فراگیر بوسیله تغییرات داینامیکی در زمینه کاربر، مانند تغییر در محل کـاربر از خانـه بـه بیرون، براي دویدن یا رفتن به یک بیمارستان براي یک مورد اضطراري، مشخص می شود (شـکل .(1 چنـین تغییراتـی در زمینـه روي هر زیر جزء یک سیستم مانیتورینگ سلامت فراگیر تأثیر گذار است. براي توضیح این ادعا مثـالی از Ayushman PHMS کـه در شکل 1 نشان داده شده است را در نظر می گیریم که در IMPACT توسعه یافته است. Ayushman PHMS پنج زیر جـزء دارد: (1 حس زمینه9 که محیط و سیگنال هاي فیزیولوژیکی را حس می کند تا شناسایی محیط کاربر به سهولت انجام شود. (2 پردازش زمینه که سیگنال هاي حس شده براي تعیین زمینه کاربر و انجام محاسبات لازم براي سرویس هاي PHMS را پردازش مـی کنـد. (3 ارتباطات داده10 که انتقال اطلاعات از سنسورها را از طریق ایستگاه پایه به سرور انجام می دهد. (4 منابع انرژي، که تکنولـوژي تأمین انرژي سنسورها، ایستگاه پایه و سرور را مشخص می کند. (5 بدن انسان با وسایل PHMS از طریق حس و یا از طریق اثرات جانبی نامطلوب عملکردهایی نظیر صدمات حرارتی تعامل برقرار می کند Banerjee) و Gupta، .(2012

عملکرد سیستم مانیتورینگ سلامت فراگیر شامل زمینه داینامیکی تحریک کننده تعامـل میـان وسـیله محاسـباتی تعبیـه شـده و محیط شامل فیزیولوژي انسان می باشد. علاوه بر این، زمینه هایی نظیر شروع حمله می تواند محاسبه اضافی در تلفن هوشـمند را