中國是世界上老年人數(shù)量最多的國家，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和醫(yī)療條件的不斷改善，近些年我國人口的老齡化與高齡化趨勢還將不斷加快。杜鵬等在中國人口老齡化百年發(fā)展趨勢中預(yù)測，到2053年，我國高齡人口數(shù)量將超過1億，占全國人口基數(shù)的23%，社會將進(jìn)入深度的老齡化階段[1]。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居中的應(yīng)用比較普及[2]，主要包括智能安防、智能照明、智能供暖、智能醫(yī)療、智能娛樂等服務(wù)。近些年，智能家居已經(jīng)被引入作為一個解決獨立老人生活問題的方案。在眾多的研究當(dāng)中，大部分針對的是如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使家居醫(yī)療變得便捷簡單[3?4]，而忽視了建設(shè)家居醫(yī)療系統(tǒng)的挑戰(zhàn)以及實現(xiàn)家居醫(yī)療后給老人生活帶來的影響。本文試將智能家居與老人生活相結(jié)合，首先介紹了智能家居在老人醫(yī)療中的應(yīng)用，并提出了智能家居系統(tǒng)（Smart Home System， SHS）建設(shè)中面臨的三大挑戰(zhàn)——技術(shù)水平、實用性以及倫理道德，并結(jié)合三大難題，討論了智能家居對老年人生活的影響。
1 智能家居在老人醫(yī)療中的應(yīng)用
智能家居在老人醫(yī)療方面包括智能家居醫(yī)療（Smart Medical Home，SMH）和遠(yuǎn)程醫(yī)療（Telemedicine）兩大類。家居醫(yī)療主要有可穿戴傳感器和基礎(chǔ)設(shè)施傳輸系統(tǒng)，遠(yuǎn)程醫(yī)療主要包括遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程手術(shù)。
1.1 家居醫(yī)療
可穿戴傳感器可以嵌入到服裝、眼鏡、鞋子和手表，或者直接定位身體[5]。可植入的無線可辨識設(shè)備可以用于保存健康記錄，有助于在緊急情況下挽救老年人的生命，尤其適用于有糖尿病、癌癥、冠心病、中風(fēng)、慢性阻塞性肺疾病的老年人。對于有智力障礙的老年人，可以讓其佩戴RFID手環(huán)，并配合門禁系統(tǒng)來記錄老人的行蹤。另外，家人可以讓RFID手環(huán)和遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)、3G無線通信技術(shù)與生理信號結(jié)合使用，使老年人在任何地點、任何時間都能夠和醫(yī)院取得有效的溝通，大大提高緊急醫(yī)療服務(wù)的效率，節(jié)省等待時間，爭取黃金救援時間。
基礎(chǔ)設(shè)施傳輸系統(tǒng)是利用現(xiàn)有的家庭基礎(chǔ)設(shè)施及其電氣系統(tǒng)來協(xié)調(diào)和監(jiān)測老人的一些活動。如對于跌倒的檢測，美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)研制的iFall利用內(nèi)置在手機(jī)里的三維加速器，通過基于閾值的跌倒檢測算法來判斷老年人是否跌倒。它是計算三個維度的加速度合成，如圖1中曲線所示[6]，在發(fā)生跌倒的瞬間，由于失重原因是合加速度小于G；而在倒地的瞬間，對地產(chǎn)生了很大的沖擊，使得合加速度突破閾值上限。通過在預(yù)設(shè)一個時間區(qū)間內(nèi)利用閾值上限和閾值下限可以很好的檢測到老年人跌倒這一過程。
1.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)
在智能家居醫(yī)療服務(wù)的系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程醫(yī)療提供了一種全新的醫(yī)療模式，它將計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，提高診斷與醫(yī)療水平，滿足廣大老年人的健康和醫(yī)療需求。廣義的遠(yuǎn)程醫(yī)療主要是以檢查診斷為目的的遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷系統(tǒng)、以咨詢會診為目的的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)、以教學(xué)培訓(xùn)為目的的遠(yuǎn)程醫(yī)療教育系統(tǒng)，以及用于家庭病床的遠(yuǎn)程病床監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[7]，如圖2所示。一種基于ARM 的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)不足之處，具有很好的實用價值[8]。
對于很多身處偏遠(yuǎn)地方（農(nóng)村、山區(qū)）的老人，醫(yī)療條件相當(dāng)落后，遠(yuǎn)程醫(yī)療為這個難題提供了一個解決辦法，老人只需在家中配備一臺應(yīng)用了家居物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的心電測試儀，無論是在白天或深夜，只要把儀器放在胸口或手掌上，十幾秒內(nèi)就能采集心電圖，圖像信息將通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到醫(yī)療中心，幾分鐘內(nèi)醫(yī)療中心將反饋診斷意見。
2 智能家居的面臨的挑戰(zhàn)
本文結(jié)合智能家居在老年人醫(yī)療中面臨的三大問題——技術(shù)水平、實際應(yīng)用、倫理道德進(jìn)行分析。
2.1 技術(shù)水平考慮
從技術(shù)的角度來看，目前家居物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療對象方面僅限于單一的老人。智能家居系統(tǒng)進(jìn)入現(xiàn)實世界的住宅還有很大的難度，特別是臨床醫(yī)療。RFID技術(shù)可以成為解決此難題的關(guān)鍵技術(shù)之一，但它要求人們攜帶一個RFID標(biāo)簽。日本AGH（Aware Group Home）組織開發(fā)的一個基于多人的RFID傳感系統(tǒng)，可以單獨地檢測每個人的地點和活動情況。他們在老年人的拖鞋里嵌入RFID標(biāo)簽，通過鋪設(shè)在客廳和走廊上的天線感知到不同人的位置信息，該系統(tǒng)還能夠為每個老年人生成一個活動日志并告知老年人一些正常的活動[9]。即使RFID或類似的技術(shù)支持個人識別和個人定位功能，但是當(dāng)前智能家居系統(tǒng)的識別算法都是基于單個老年人的情況下設(shè)計的，在多老年人或群居性老年人的情況下，不能簡單地把情況概括為多個老年人活動的交錯。
另一個技術(shù)挑戰(zhàn)是，家居物聯(lián)網(wǎng)在老人醫(yī)療方面的應(yīng)用主要是監(jiān)控老年人在家里的日常生活或檢測老年人的生理指標(biāo)變化。當(dāng)前的家居物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，忽視了傳感器感知時間的滯后、傳感器感知錯誤等情況，也沒有給出老年人跌倒、失蹤、突發(fā)疾病等一系列緊急情況的后續(xù)解決方案。
還有很多其他的技術(shù)問題，比如如何快速處理海量的感知數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)分析；如何保證傳感器長期的可靠性；智能家居系統(tǒng)管理的健壯性以及維護(hù)問題等[10]。在這些技術(shù)問題沒有得到解決之前，智能家居系統(tǒng)將很難在老人醫(yī)療方面取得很大的進(jìn)展。
2.2 實際應(yīng)用考慮
目前，大多數(shù)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計僅停留在理論研究上，沒有考慮到實際應(yīng)用中的因素，更沒有給出實際應(yīng)用的解決方案，使智能家居系統(tǒng)的實用性不強(qiáng)。
TigerPlace團(tuán)隊設(shè)計的方案在一定程度上可以體現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的可行性和實用性，老年人的家庭成員和衛(wèi)生保健提供者可以涉及在智能家居系統(tǒng)的各個階段，包括設(shè)計、實現(xiàn)和測試階段。他們成立的觀察小組可以解決老年人的許多實際問題，他們設(shè)計的家居系統(tǒng)充分考慮到老年人的易操作性，能適應(yīng)老年人不斷變化的需求，記錄老年人的信息生活方式、心理的影響因素[11]。觀察小組通過檢測發(fā)現(xiàn)問題并及時改正，以達(dá)到家居系統(tǒng)全面性。如他們可以觀察傳感器安裝在廚房是否會干擾老年人的日�；顒踊蛟斐梢曈X障礙，根據(jù)必要性，對家居系統(tǒng)進(jìn)行完善。
2.3 倫理道德考慮
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能成功地融入到老年人的日常生活中，在很大程度上取決于用戶的認(rèn)可以及它對日常生活的影響。在老人的RFID的識別系統(tǒng)中，標(biāo)簽可能被預(yù)先嵌入到物品（如床具）中，在掃描、定位時會不可避免的涉及到老人的隱私，所以在智能家居系統(tǒng)中，隱私是老年人最擔(dān)憂的問題。
TigerPlace團(tuán)隊在采訪關(guān)于老年人接受被監(jiān)控情況時發(fā)現(xiàn)，老年人原則上不喜歡有攝像頭全程監(jiān)控，但如果在對自己生活影響比較小，他們愿意接受自己被監(jiān)控。對視頻數(shù)據(jù)的訪問權(quán)也是一個難以解決的問題，大多數(shù)老年人都愿意把收集的數(shù)據(jù)分享給專家和他們的親人。然而，他們卻擔(dān)心別人可能誤解他們在監(jiān)控中的某些行為，這些解釋不清的行為會令他們感到不安。此外還可以研發(fā)具有選擇性的智能傳感器，只感知所需要的數(shù)據(jù)而隱藏不必要的數(shù)據(jù)，比如，有必要時可以隱藏某些視頻信息和不雅動作的運動電流。
3 結(jié) 論
物聯(lián)網(wǎng)作為信息技術(shù)革命的主要推動力，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展和在智能家居方面的應(yīng)用均面臨著歷史性的機(jī)遇。要不斷突破RFID關(guān)鍵技術(shù)、傳感器關(guān)鍵技術(shù)、云計算技術(shù)；構(gòu)建具有魯棒性強(qiáng)，可用性好，可靠性高的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施；解決好智能家居醫(yī)療服務(wù)中的隱私問題；才能更快更好的促進(jìn)智能家居的發(fā)展。
同時，基于家居物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)對于完善老年人醫(yī)療服務(wù)功能、增強(qiáng)我國醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的科技水平、彌補(bǔ)家庭醫(yī)療資源不足、平衡醫(yī)療區(qū)域差異等具有非常重要的作用。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居中的應(yīng)用比較普及[2]，主要包括智能安防、智能照明、智能供暖、智能醫(yī)療、智能娛樂等服務(wù)。近些年，智能家居已經(jīng)被引入作為一個解決獨立老人生活問題的方案。在眾多的研究當(dāng)中，大部分針對的是如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使家居醫(yī)療變得便捷簡單[3?4]，而忽視了建設(shè)家居醫(yī)療系統(tǒng)的挑戰(zhàn)以及實現(xiàn)家居醫(yī)療后給老人生活帶來的影響。本文試將智能家居與老人生活相結(jié)合，首先介紹了智能家居在老人醫(yī)療中的應(yīng)用，并提出了智能家居系統(tǒng)（Smart Home System， SHS）建設(shè)中面臨的三大挑戰(zhàn)——技術(shù)水平、實用性以及倫理道德，并結(jié)合三大難題，討論了智能家居對老年人生活的影響。
1 智能家居在老人醫(yī)療中的應(yīng)用
智能家居在老人醫(yī)療方面包括智能家居醫(yī)療（Smart Medical Home，SMH）和遠(yuǎn)程醫(yī)療（Telemedicine）兩大類。家居醫(yī)療主要有可穿戴傳感器和基礎(chǔ)設(shè)施傳輸系統(tǒng)，遠(yuǎn)程醫(yī)療主要包括遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程手術(shù)。
1.1 家居醫(yī)療
可穿戴傳感器可以嵌入到服裝、眼鏡、鞋子和手表，或者直接定位身體[5]。可植入的無線可辨識設(shè)備可以用于保存健康記錄，有助于在緊急情況下挽救老年人的生命，尤其適用于有糖尿病、癌癥、冠心病、中風(fēng)、慢性阻塞性肺疾病的老年人。對于有智力障礙的老年人，可以讓其佩戴RFID手環(huán)，并配合門禁系統(tǒng)來記錄老人的行蹤。另外，家人可以讓RFID手環(huán)和遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)、3G無線通信技術(shù)與生理信號結(jié)合使用，使老年人在任何地點、任何時間都能夠和醫(yī)院取得有效的溝通，大大提高緊急醫(yī)療服務(wù)的效率，節(jié)省等待時間，爭取黃金救援時間。
基礎(chǔ)設(shè)施傳輸系統(tǒng)是利用現(xiàn)有的家庭基礎(chǔ)設(shè)施及其電氣系統(tǒng)來協(xié)調(diào)和監(jiān)測老人的一些活動。如對于跌倒的檢測，美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)研制的iFall利用內(nèi)置在手機(jī)里的三維加速器，通過基于閾值的跌倒檢測算法來判斷老年人是否跌倒。它是計算三個維度的加速度合成，如圖1中曲線所示[6]，在發(fā)生跌倒的瞬間，由于失重原因是合加速度小于G；而在倒地的瞬間，對地產(chǎn)生了很大的沖擊，使得合加速度突破閾值上限。通過在預(yù)設(shè)一個時間區(qū)間內(nèi)利用閾值上限和閾值下限可以很好的檢測到老年人跌倒這一過程。
1.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)
在智能家居醫(yī)療服務(wù)的系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程醫(yī)療提供了一種全新的醫(yī)療模式，它將計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，提高診斷與醫(yī)療水平，滿足廣大老年人的健康和醫(yī)療需求。廣義的遠(yuǎn)程醫(yī)療主要是以檢查診斷為目的的遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷系統(tǒng)、以咨詢會診為目的的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)、以教學(xué)培訓(xùn)為目的的遠(yuǎn)程醫(yī)療教育系統(tǒng)，以及用于家庭病床的遠(yuǎn)程病床監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[7]，如圖2所示。一種基于ARM 的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)不足之處，具有很好的實用價值[8]。
對于很多身處偏遠(yuǎn)地方（農(nóng)村、山區(qū)）的老人，醫(yī)療條件相當(dāng)落后，遠(yuǎn)程醫(yī)療為這個難題提供了一個解決辦法，老人只需在家中配備一臺應(yīng)用了家居物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的心電測試儀，無論是在白天或深夜，只要把儀器放在胸口或手掌上，十幾秒內(nèi)就能采集心電圖，圖像信息將通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到醫(yī)療中心，幾分鐘內(nèi)醫(yī)療中心將反饋診斷意見。
2 智能家居的面臨的挑戰(zhàn)
本文結(jié)合智能家居在老年人醫(yī)療中面臨的三大問題——技術(shù)水平、實際應(yīng)用、倫理道德進(jìn)行分析。
2.1 技術(shù)水平考慮
從技術(shù)的角度來看，目前家居物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療對象方面僅限于單一的老人。智能家居系統(tǒng)進(jìn)入現(xiàn)實世界的住宅還有很大的難度，特別是臨床醫(yī)療。RFID技術(shù)可以成為解決此難題的關(guān)鍵技術(shù)之一，但它要求人們攜帶一個RFID標(biāo)簽。日本AGH（Aware Group Home）組織開發(fā)的一個基于多人的RFID傳感系統(tǒng)，可以單獨地檢測每個人的地點和活動情況。他們在老年人的拖鞋里嵌入RFID標(biāo)簽，通過鋪設(shè)在客廳和走廊上的天線感知到不同人的位置信息，該系統(tǒng)還能夠為每個老年人生成一個活動日志并告知老年人一些正常的活動[9]。即使RFID或類似的技術(shù)支持個人識別和個人定位功能，但是當(dāng)前智能家居系統(tǒng)的識別算法都是基于單個老年人的情況下設(shè)計的，在多老年人或群居性老年人的情況下，不能簡單地把情況概括為多個老年人活動的交錯。
另一個技術(shù)挑戰(zhàn)是，家居物聯(lián)網(wǎng)在老人醫(yī)療方面的應(yīng)用主要是監(jiān)控老年人在家里的日常生活或檢測老年人的生理指標(biāo)變化。當(dāng)前的家居物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，忽視了傳感器感知時間的滯后、傳感器感知錯誤等情況，也沒有給出老年人跌倒、失蹤、突發(fā)疾病等一系列緊急情況的后續(xù)解決方案。
還有很多其他的技術(shù)問題，比如如何快速處理海量的感知數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)分析；如何保證傳感器長期的可靠性；智能家居系統(tǒng)管理的健壯性以及維護(hù)問題等[10]。在這些技術(shù)問題沒有得到解決之前，智能家居系統(tǒng)將很難在老人醫(yī)療方面取得很大的進(jìn)展。
2.2 實際應(yīng)用考慮
目前，大多數(shù)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計僅停留在理論研究上，沒有考慮到實際應(yīng)用中的因素，更沒有給出實際應(yīng)用的解決方案，使智能家居系統(tǒng)的實用性不強(qiáng)。
TigerPlace團(tuán)隊設(shè)計的方案在一定程度上可以體現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的可行性和實用性，老年人的家庭成員和衛(wèi)生保健提供者可以涉及在智能家居系統(tǒng)的各個階段，包括設(shè)計、實現(xiàn)和測試階段。他們成立的觀察小組可以解決老年人的許多實際問題，他們設(shè)計的家居系統(tǒng)充分考慮到老年人的易操作性，能適應(yīng)老年人不斷變化的需求，記錄老年人的信息生活方式、心理的影響因素[11]。觀察小組通過檢測發(fā)現(xiàn)問題并及時改正，以達(dá)到家居系統(tǒng)全面性。如他們可以觀察傳感器安裝在廚房是否會干擾老年人的日�；顒踊蛟斐梢曈X障礙，根據(jù)必要性，對家居系統(tǒng)進(jìn)行完善。
2.3 倫理道德考慮
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能成功地融入到老年人的日常生活中，在很大程度上取決于用戶的認(rèn)可以及它對日常生活的影響。在老人的RFID的識別系統(tǒng)中，標(biāo)簽可能被預(yù)先嵌入到物品（如床具）中，在掃描、定位時會不可避免的涉及到老人的隱私，所以在智能家居系統(tǒng)中，隱私是老年人最擔(dān)憂的問題。
TigerPlace團(tuán)隊在采訪關(guān)于老年人接受被監(jiān)控情況時發(fā)現(xiàn)，老年人原則上不喜歡有攝像頭全程監(jiān)控，但如果在對自己生活影響比較小，他們愿意接受自己被監(jiān)控。對視頻數(shù)據(jù)的訪問權(quán)也是一個難以解決的問題，大多數(shù)老年人都愿意把收集的數(shù)據(jù)分享給專家和他們的親人。然而，他們卻擔(dān)心別人可能誤解他們在監(jiān)控中的某些行為，這些解釋不清的行為會令他們感到不安。此外還可以研發(fā)具有選擇性的智能傳感器，只感知所需要的數(shù)據(jù)而隱藏不必要的數(shù)據(jù)，比如，有必要時可以隱藏某些視頻信息和不雅動作的運動電流。
3 結(jié) 論
物聯(lián)網(wǎng)作為信息技術(shù)革命的主要推動力，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展和在智能家居方面的應(yīng)用均面臨著歷史性的機(jī)遇。要不斷突破RFID關(guān)鍵技術(shù)、傳感器關(guān)鍵技術(shù)、云計算技術(shù)；構(gòu)建具有魯棒性強(qiáng)，可用性好，可靠性高的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施；解決好智能家居醫(yī)療服務(wù)中的隱私問題；才能更快更好的促進(jìn)智能家居的發(fā)展。
同時，基于家居物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)對于完善老年人醫(yī)療服務(wù)功能、增強(qiáng)我國醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的科技水平、彌補(bǔ)家庭醫(yī)療資源不足、平衡醫(yī)療區(qū)域差異等具有非常重要的作用。
