9.1 引言
医疗保健是一个数据密集型学科（Patil & Seshadri, 2014），每天都会产生、传播、存储和访问大量数据。2017年，全球有1650万患者利用远程健康监测（比2016年增长了41%），这一景象有望在2021年达到5020万（Mack, 2017）。此外，自2018年1月1日以来，美国联邦医疗保险与医疗补助服务中心制定了新的报销激励措施，以促进采用“主动反馈环路”设备进行实时监测（Daniel & Uppaluru, 2017）。在监测患者或进行某些测试时产生的数据需要存储，以便稍后由同一网络或不同网络或环境中的医疗保健提供者访问。与互联网连接的医疗保健应用，也称为医疗保健中的物联网（IoT）应用，已经被广泛预测、调查甚至在小规模上部署。例如，一些医院已经开始实施“智能床”，可以检测到床是否被占用以及患者是否试图起床，并将此信息通过网络/互联网发送给护士（Babu & Jayashree, 2015）。床还可以自动调整，以确保适当的压力和支撑施加在患者身上，而无需由护士手动调整。另一个讨论智能技术作为资产的领域是与家庭用药分配器相结合，以在未服药或护理团队应该警觉的其他指标时自动将数据上传到云端（Chouffani, 2016）。
医疗保健的性质以及计算和物理技术和约束给系统设计者和实施者带来了几个挑战。这些挑战是复杂的，包括以下几个方面的关注：
尽管存在这些担忧，调查显示90%的美国人仍然重视在线获取他们的健康记录（FDA，2013）。很容易看出，物联网可以为降低成本提高患者护理质量做出贡献。例如，预计到2020年，需要某种形式援助的美国人数量将达到1.17亿，但未来的无偿照护者（例如家庭成员）总数预计仅达到4500万。这意味着每2.6个需要援助的人中只有一个无偿照护者。因此，对于在线并且联网的人来说，有一个巨大的市场机会，他们愿意使用直观且用户友好的技术来提供护理。然而，现有的技术还不足以满足护理需求。根据Project Catalyst和健康创新技术实验室（HITLAB）最近进行的一项研究，该研究旨在更好地了解护理者如何使用技术，平均有71.5%的护理者报告称，如果存在这样的技术，他们有兴趣在17个测试的护理任务中使用技术（护理者与技术，2016年）。在本章中，我们将讨论如何利用物联网进行医疗保健。我们还将讨论物联网如何用于数字监视以应对2019年冠状病毒疾病（COVID-19）大流行。我们还将讨论物联网在医疗保健领域的传统和新兴质量要求的考虑因素。
9.2 医疗保健中物联网用例的一般分类
急救治疗指的是医院环境，护理人员是有薪的医疗专业人员。社区护理是在家庭环境中提供的，患者在自己家或他人家中生活，护理人员可以是有薪的专业人员，也可以是无偿的家庭成员或朋友。长期护理指的是养老院或其他技术护理设施，患者在那里居住数周、数月、数年或余生，并且护理人员是有薪的专业人员。在这些环境中，物联网可以用于收集患者和其他数据，并使用分析技术对数据进行聚合，然后向护理人员报告这些信息和/或采取一些行动（例如关闭故障的医疗设备）。试图列举医疗保健中所有可想象的物联网应用是徒劳的，因为在完成任何列表后，都会有新的应用被创新出来。将护理环境和物联网应用类别的维度结合起来，可以得到九个通用用例：急救（A、B、C）、长期（A、B、C）和家庭（A、B、C）。在下一节中，我们将重点介绍第一类用例：追踪人员。
9.3 物联网用于追踪人员
追踪人员涉及使用物联网设备追踪人员数据（例如患者、护理人员、家庭成员）。也许物联网在医疗保健领域中最成熟的领域之一是患者数据收集。目前，遥测监测器可以自动测量并发送或上传心电图（EKG）数据、核心体温、血压、尿量等信息。通过监测这些生命体征，医疗保健专业人员可以更早地发现和开始治疗感染性疾病、癌症、心力衰竭等疾病。该类别中的另一个示例涉及追踪患者在任何环境中（急性、长期、家庭）的实际位置。从追踪进入急诊室的徘徊患者到追踪患有痴呆症的患者，物联网可以定位患有阿尔茨海默病或自残行为（如贪食症、自伤、自杀倾向）的患者。这样的追踪已经可以通过商业GPS手环实现，但通过连接到互联网或基于云的技术的本地接近传感器可以实现在设施内外的追踪，而这些地方可能无法接收GPS信号。为了展示追踪人员，我们将在下一小节中介绍一个关于追踪酒精戒断综合症（AWS）症状的案例研究。
9.3.1 酒精滥用案例
酒精滥用是一种长期慢性疾病，指的是一个人对酒精产生了不健康的依赖。在美国，大约有近1400万人要么是酒精滥用者，要么是酗酒者（国家酒精滥用和酒精中毒研究所，2016年）。幸运的是，无论问题看起来多么严重，大多数患有酒精使用障碍的人都可以从某种形式的治疗中受益。研究表明，接受酒精问题治疗的人中约有三分之一在1年后没有进一步的症状。许多其他人大大减少了饮酒量，并报告了更少的与酒精相关的问题。在治疗阶段的早期，患者可能会患上酒精戒断综合症（AWS），这是指当酗酒者突然停止或显著减少饮酒时发生的一系列症状。患有AWS的患者可能会经历一系列的身体和情绪症状，包括以下一种或多种：
AWS的一些症状可能严重到出现幻觉和癫痫发作。在极端情况下，AWS可能危及生命。检测这些症状的严重程度对于调整治疗至关重要。将合适的治疗方法与个体匹配对于治疗的成功至关重要。在酒精滥用病例中，没有一种单一的治疗方法适用于所有人。上述许多AWS症状可能通过专门的物联网设备或非互联网功能的分析进行监测。例如，患有AWS的患者需要在颤抖和不规则运动方面进行仔细监测。可以在患者家中战略性地放置传感器，并用于捕捉与正常步行或移动相比加速和不规则的步行或运动活动。此外，可以通过观察患者使用浴室的情况来监测呕吐发作的次数。一种能够检测到呕吐气味的传感器可以为在家护理环境中的AWS患者的诊断和管理提供额外的线索。物联网系统可以判断AWS症状的存在及其严重程度。如果患者有轻度至中度的戒断症状，医疗保健提供者可能更倾向于在门诊环境中继续治疗，同时开具一些药物来减轻症状的严重程度，尤其是如果患者有支持性的家人和朋友。如果症状非常严重，那么系统可能会将此案列为需要急诊医疗的医疗紧急情况。表9.1描述了在长期护理或家庭护理环境中使用物联网的AWS患者的简单构建。
9.3.2 应对COVID-19的数字监视
引发COVID-19的新型冠状病毒（SARS-COV-2）已在全球迅速传播。世界卫生组织（WHO）于2020年3月11日宣布该情况为大流行。几乎立即，世界各国政府开始采取遏制措施，以帮助减缓病毒的传播速度。物联网社区在COVID-19爆发中被激发出针对这一大流行的解决方案。物联网协议（例如，低功耗蓝牙（BLE）、近场通信（NFC）、射频识别（RFID）、全球定位系统（GPS）和Wi-Fi）受到广泛关注，因为它们提供了从能够检测空气中的SARS-COV-2病毒的生物传感器（Qiu等人，2020）到迅速崛起的数字监视技术的解决方案。用于跟踪个人和人群。个人的数字监视依赖于唯一标识符，这些标识符可以是临时的（RFID标签）或永久分配给个人的个人标识符，以及一种采样个人位置的方法，无论是短时还是长时，以便当局跟踪公民或临时居民。在最一般的层面上，对人类的监视可以被定义为“关注或参与他人（无论是个人、群体还是与国家普查一样的整体）或与这些人或事物相关联的因素。其核心特征是收集一些可连接到个体的数据（无论是唯一标识还是作为某一类别的成员）”（Marx，2015）。我们的审查发现，在38个国家部署了64项数字追踪措施（见：https://bit.ly/2Zpmhgy）。关于“数字追踪COVID”的出版物的文本分析突显了已被用于建立数字追踪的两类广泛技术：i. 非移动技术（例如，追踪手环、带有热传感器的摄像头、无人机）和ii. 移动技术（例如，带有内置位置传感器的智能手机、接触追踪移动应用程序）。尽管涌现出大量用于应对大流行的新兴监视技术，但对于这些技术可能如何影响社会的了解仍然很少。例如，接触追踪移动应用程序的使用程度有多广泛？它们将收集哪些类型的数据，数据将如何保存？分享给谁？是否有政策防止滥用？
9.3.2.1 使用非移动技术进行数字追踪
在疫情期间，物联网非移动技术领域涵盖了各种应用，从使用电子手环、部署配备热感应和人脸识别软件的摄像头，到用于监视大型集会的无人机，再到大规模闭路电视网络以帮助执行宵禁。我们的审查发现，至少有15项非移动技术措施在12个国家得到采取（详情请见：https://bit.ly/2Zpmhgy）。例如，在香港，所有从中国、台湾和澳门来的人都会收到一个手环来追踪他们的行动。在西弗吉尼亚州，一名法官批准给拒绝隔离的确诊公民戴上脚踝监视器。在巴林，与该国的新冠病毒接触追踪应用程序“BeAware”兼容的电子手环已被使用，以确保感染者保持隔离状态。佩戴电子手环的个人必须始终通过蓝牙连接到应用程序，并启用GPS跟踪其移动。还开发了企业物联网接近检测和接触追踪设备。一个例子是LoRaWAN设备，它们在办公室等区域检测员工之间的接近和接触，并触发警报以提醒人们保持安全距离。随着装备有启用体温检测传感器的人脸识别摄像头的监控在中国迅速蔓延，中国政府正在推动优先预防COVID-19传播的人工智能（AI）的发展。中国使用的人脸识别摄像头数量在过去3年内确实增加了3.5倍，达到了2020年部署的6.26亿台摄像头。这促使政府采取监管措施，以确保通过《个人信息安全规范》保护收集到的生物特征数据的隐私。迪拜当局也正在试验配备人脸识别软件和热成像技术的安全摄像头，希望发现公众中病毒症状。类似的热成像监控摄像头也在英国博恩茅斯机场进行了测试。法国蔚蓝海岸的戛纳度假城市在户外市场和公交车上试验了配备AI软件的创新摄像头，该软件会自动生成警报，向城市当局报告违反口罩和保持距离规定的地点。法国公司Datakalab坚称，他们的技术与中国普遍采用的高科技监视有所不同，因为他们的系统不存储任何身份数据，而只向当局发送匿名警报。配备传感器和摄像头的监控无人机也被用于执行封锁措施。例如，纽约警察局一直在使用航空摄影来监视封锁措施。
9.3.2.2 利用移动技术进行数字追踪
智能手机启用的技术，如蓝牙、RFID跟踪、内置传感器和NFC，使其成为物联网领域的一个组成部分，并成为这些环境中使用最多的设备。在COVID-19危机期间，当局已经大力依赖移动技术进行数字追踪。我们在34个国家发现了50项与移动相关的数字追踪措施。这些措施可以进一步分为下面讨论的两类。
9.3.2.2.1 当局直接从移动运营商获取个体或聚合数据
至少在11个国家，据报道，移动运营商与当局分享了个性化的位置数据，以确保人们遵守封锁规定。例如，在新西兰，从海外抵达的居民会收到警方发来的短信，询问他们是否同意通过手机监控他们。移动运营商还与当局分享聚合数据，以便分析公民对社交距离规定的反应。例如，意大利的沃达丰在其网站上报告称，愿意通过生成朗巴第地区的聚合热图来“帮助当局更好地了解人口流动情况，以帮助阻止COVID-19的传播”。阿根廷也生成了类似的热图。
9.3.2.2.2 移动应用程序
在与COVID-19的战斗中，出现了大量的移动应用程序。例如，在波兰，一款用于隔离患者的应用程序要求随机拍摄地理位置自拍。在俄罗斯，类似的应用程序要求莫斯科的疑似COVID-19患者每天发送三次自拍给当局。在土耳其，部署了一款名为“生活在屋里”的隔离执行应用程序，用于监控公民。中国武汉，第一例新冠病毒病例报告的地区，对外开放边境的条件之一是安装政府监视移动应用程序，作为该地区出入境的要求。然后，政府通过分析个人数据来跟踪其公民，将个体分为红、黄、绿三种颜色的类别，对应其健康状况和COVID-19风险级别。另一方面，从2020年4月开始，我们看到了一类特定类别的移动应用程序的增加，旨在通过跟踪个人及其接触者来遏制病毒的传播，即“接触者接触追踪应用程序”。截至2020年7月，至少有29个国家提供了至少47种接触追踪应用程序（请通过链接查看应用程序列表：https://bit.ly/3fMGWRm）。其中包括最近宣布的Google/Apple选择加入的接触者追踪应用程序，利用手机的蓝牙连接向Android或iOS用户发送暴露通知（请参阅Google博客中描述的情景：https://bit.ly/3cwZvYt）。图9.1展示了针对COVID-19大流行而分析的接触追踪应用程序的全球分布情况，以及截至2020年7月的下载量近似值。尽管这些追踪应用程序可能在追踪接触者方面采用了略有不同的方法，但它们的核心是使用蓝牙或GPS追踪个体与病例的接触情况。用户选择共享数据，并在与COVID-19病例接触时收到警报。如果某人被发现感染了病毒，则所有最近接触过他/她的人都会收到警报，并被要求遵循公共卫生当局的指导方针。并非所有现有的接触追踪应用程序都是从当局的数字追踪视角出发。根据应用程序的设计，公共卫生当局可能（或不可能）收到用户选择（或被要求）共享以增强接触者追踪的数据。图9.2提供了对分析应用程序的聚合视图。我们进一步分析了这些应用程序采用的数据收集和管理机制。仅有15%的这些应用程序被发现收集匿名数据，不包含任何个人身份信息（PII）。43%的应用程序保留了数据的匿名副本，而剩下的42%的应用程序则没有关于数据匿名性的信息。我们通过链接https://bit.ly/3fMGWRm报告了每个应用程序收集的PII列表。收集到数据后，47%的应用程序将数据存储在集中位置（例如，当局服务器），而26%将数据保留在移动设备上。28%的应用程序未报告数据存储方式。大多数这些应用程序（58%）在数据存储持续时间方面提供的信息不足。只有21%的这些应用程序报告了临时存储，而剩下的21%将收集的数据存储1年或更长时间。47%的这些应用程序将数据以未加密的格式存储，而只有21%将数据以加密方式存储。基于区块链的接触者追踪应用程序占据了这些应用程序的23%。具有“去中心化”和“不可变性”的区块链特性，许多设计的接触追踪应用程序正在利用一个共享账本来存储一些身份元数据（无论何时它们被创建），同时减轻了传统数据库或云环境中集中化方面对隐私的威胁。例如，印度最近开发的开源应用程序使用以太坊区块链，允许公民自愿参与一个匿名记录他们位置历史的程序。如果有任何来自特定地点的感染者有旅行或位置历史，那么其他出现在附近的用户将收到事件警报，以作为预防措施进行密切观察。所有信息的存储都采用了零知识证明，以保持个体身份的伪匿名。尽管在疫情期间数字接触者追踪技术的激增是可以理解的，但必须考虑到其使用的伦理问题。疾病控制与预防中心（CDC）定义了数字接触者追踪工具的最低和首选特征的初步标准，以帮助卫生部门克服COVID-19接触者追踪工作流程中的挑战（请参阅：https://bit.ly/3fLAMSh）。世界卫生组织也在2020年5月发布了临时指南以监管这些应用程序（世卫组织，2020）。
9.4 物联网在医疗应用中的质量要求考虑
在规定物联网医疗应用功能时，自然会关注一些问题，比如适用性、无线互操作性、能源效率等等。传统的需求获取技术，如领域分析、联合应用开发（JAD）和质量功能部署（QFD）等（Laplante，2013），通常对这些需求是足够的。但在医疗物联网应用中，一些质量要求可能更为重要。我们在本节进一步探讨这些类型的要求。
9.4.1 隐私要求
隐私问题一直是医疗保健的重要方面。患者期望他们的个人身份信息（PII）保持机密，医疗保健提供者将予以保护。同样，基于物联网的医疗系统必须确保隐私，但允许共享为提供跨医疗保健连续体所需的信息。许多专用物联网中使用的设备将收集各种数据，无论是否已知监视（Laplante，Laplante＆Voas，2015）。如果是这样，这些数据去哪里？谁拥有它？以及为什么首先要收集它？在经济利益对医疗保健提供者来说是压倒性的技术的情况下，传感器和监视将是巨大的问题，需要克服以有说服力地争取合规性。1996年颁布的《健康保险便携性和责任法》（HIPAA）规定了如何使用和共享患者的个人健康信息，以确保隐私，同时也允许共享为提供高质量护理所需的信息。HIPAA是当今医疗保健系统的一个重要组成部分，没有医疗保健提供者会质疑其相关性。然而，对于HIPAA与物联网的关系，也提出了一些新的关注。《福布斯》杂志的一篇报道呼吁制定新的联邦基准隐私立法，为物联网设备提供内置安全性，最小化数据（存储更少，而不是更多数据），以及安全漏洞通知（McCue，2016）。2016年2月，加拿大隐私专员办公室发布了一份34页的报告（加拿大隐私专员办公室报告，2016），概述了对隐私和数据的担忧，因为物联网正在形成：报告中指出：“物联网已被比作电力或地球的神经系统，以说明这种无处不在且将在我们社会结构中至关重要的现象”，“一些国际专家、思想家和技术建设者预测将发生深刻的政治、社会和经济变革；对隐私和监视的担忧是其中的重要内容”。对于物联网功能与隐私之间的关系，也进行了大量的学术研究。例如，Winter对夏威夷的医疗保健消费者进行了调查，以确定“物联网可能被认为是侵犯隐私的实践”（Winter，2012）。基本上，Winter发现这些消费者愿意为信息共享的所带来的感知利益而牺牲一些隐私。此外，Thierer反对对安全和隐私问题做出轻率、限制性的监管，因为这可能会扼杀与可穿戴物联网技术相关的应用（包括医疗保健）的创新（Thierer，2014）。Walla讨论了互联网托管的个人记录中存在的一些患者隐私问题，这些记录未受到HIPAA的覆盖（Walla，2008），Mercuri考虑了旨在改善医疗保健数据访问的法规，这些法规已经为患者和从业人员带来了新的安全和隐私风险，以及监管复杂性（Mercuri，2004）。
9.4.1.1 接触者追踪应用的隐私问题
虽然一些国家正在竞相开发数字工具以改进接触者追踪，以控制 COVID-19 病毒的传播，但这一疯狂的竞争留下了一些地方一团糟的选择，软件安全研究界对匆忙编写的软件存在漏洞感到担忧。例如，仅有 25% 的现有接触者追踪应用提供隐私政策，而只有约 58% 的应用未公开存储用户数据的时长，约 60% 的应用也没有公开的匿名措施。此外，至少有 14 个接触者追踪应用中检测到了与 Google 广告和跟踪平台（例如，Google AdSense、DoubleClick）相关的代码。我们还发现，有 8 个经分析的应用中存在与 Facebook 广告和跟踪相关的代码。这些代码使得发布者可以通过来自各种来源的广告向用户展示广告从而赚取收益。接触者追踪应用中存在这样的跟踪代码引发了隐私问题，因为 Google/Facebook 广告平台提供了针对性广告的选项。其中一些应用还基于区块链技术。由于区块链的“不可变性”特性，用户的记录无法更改或从网络中删除。当解除封锁时，这种做法是否合适呢？区块链的“最终性”特性也可能与现有的立法（如欧洲《通用数据保护条例》（GDPR）或最近宣布的巴西《数据保护通用法》（LGPD））背道而驰，这些法规授予所有公民管理自己数据的能力，包括要求机构根据同意删除正在处理的个人数据。在疫情早期的热潮中推荐这些应用或许可以理解。然而，必须深思熟虑地考虑在社会范围内建立这种数字基础设施的长期后果。一家全球公共政策公司发布的报告指出，全球有 49% 的地区仍然没有数字连接，强调“病毒的抗击必须始于制定政策，使各国能够利用巨大的抗疫创新成果”（D'mello，2020；Access Partnership，2020）。该报告指出，尽管欧洲国家正在努力通过遵守 GDPR 来采取保护隐私的方法，但一些亚洲国家，如中国和韩国，采取了广泛和积极的方法，依靠收集、分析和共享大量个人数据。该报告还强调，与其他地区相比，北美和南美的政府在开发接触者追踪解决方案方面的努力较少且组织较差（D'mello，2020）。尽管保持安全和隐私方面的挑战仍然存在，但最近的研究表明，随着疫情的发展，用户对使用接触者追踪应用的接受程度提高了。例如，Metova公司进行了一项调查，调查了美国 2000 名居民对于在抗击 COVID-19 过程中使用接触者追踪和曝光通知应用的看法。调查发现，77% 的参与者希望通过手机接收通知，以便得知他们最近接触的人是否被 COVID-19 测试呈阳性，85% 的参与者愿意匿名分享自己的 COVID-19 正面状态以造福大众（Marketing Technology Insights，2020）。
9.4.2 安全性关注
安全性关注涉及到系统是否按预期运行？系统是否提供所需的护理水平？它是否提供了意外的功能？系统故障是否会对患者造成伤害？医疗系统的安全性要求通常来自监管机构，例如在美国是食品和药物管理局（FDA）。Wallace 和 Kuhn 研究了基于 FDA 数据的 342 个医疗设备故障。他们的研究帮助确定了利用故障和失败信息改善设备安全性的方法。他们还发现“已知的[最佳]实践可能根本不被使用，或者被错误使用”。Wallace 和 Kuhn 还建议，在为安全的医疗设备生成要求时，工程师应该：
美国保险商实验室提出了一种故障树分析方法，用于指定可穿戴设备中的危险（Kirk，2014），这种方法也适用于使用物联网技术的其他医疗和健康应用。
9.4.3 技术与社会约束
尽管报告显示普通民众在下载接触追踪应用程序并通过应用共享数据方面有很高的意愿，但实际下载量仍然相对较少。牛津大学大数据研究所最近的一项研究估计，在给定地区，至少需要有60%的人口使用自动化的接触追踪应用程序才能被认为在控制病毒方面有效。2020年3月20日，新加坡成为最早部署自愿接触追踪应用程序的国家之一，该应用程序名为“TraceTogether”（https://www.tracetogether.gov.sg/），但就在其推出两个月后，只有约26%的人口安装了该应用程序。尽管某种程度的遵从仍然比没有更好，但是在世界各地的应用程序普及率较低对这些应用程序提供突破性的挑战。此外，无法获得智能手机也可能是这些应用程序的障碍，因为这些应用程序依赖于高度的包容性。根据2019年的调查，在18个先进经济体中，中位数76%的人口拥有智能手机，而在新兴经济体中，只有中位数45%的人口拥有智能手机。一个国家中占主导地位的接触追踪应用程序必须得到政府卫生管理部门的授权和赞助。这实际上是确保一个应用程序在一个国家范围内被大规模采用的唯一有效途径。但是，这样的赞助过程可能需要宝贵的几周时间，以使不同国家的应用程序得到充分测试和集成。此外，所有现有的接触追踪移动应用程序都依赖于GPS和/或蓝牙功能，这些功能目前仍然不够可靠。例如，蓝牙的范围要比6英尺宽得多，这可能导致关于暴露于病毒的高比例的误报。持续启用的GPS/蓝牙功能也可能会迅速耗尽电池。一项在2016年进行的研究发现，信号强度良好的情况下，启用GPS的手机电池消耗了13%，而信号弱的情况下，电池可能下降多达38%。
9.4.4 物联网在医疗保健中新兴的质量要求
关爱可以被描述为对患者的一种行为或态度。关爱可以是一个人所拥有的特质，通常是用来描述被认为是“好”的护理者的形容词。如果询问，大多数护士都能表达他们对关爱的概念。拉克曼通过指出“护理和护理是如此紧密地联系在一起，以至于护理总是出现在谷歌搜索中的关爱定义的同一页上”，突显了护士与关爱之间的紧密联系的普遍性。为了我们的目的，我们将关爱作为一个形容词（功能性质量），定义如下：“表现出对他人的善良和关切”。关爱可能涵盖了信任、可靠性、隐私等素质的元素，但是这些素质本身都无法完全捕捉到关爱的全部本质。相反，关爱是一种超能力，是其他能力（和称为同情心的系统质量）的一些组合的结果。将关爱以这些其他能力的形式进行层次分解的一个可能的层次结构表示是将其分解为隐私、同情心和可靠性。其他类型的系统可能包含额外的子质量（例如可用性、可得性），形成略有不同的层次结构。由于关爱由每个利益相关者和每个系统的不同组合的其他素质组成，因此我们发现将关爱表达为这些组成素质的线性组合是方便的。“关爱”对于不同的人和不同的系统意义不同。例如，考虑一下机器人手术系统。这些系统现在广泛用于许多类型的手术，包括心脏、癌症和前列腺手术。尽管当前的系统在机器模仿人类外科医生的动作方面是机器人的，但在不久的将来，完全自主的机器人手术系统将被设想出来，取代手术室（OR）中的外科医生和护士。尽管我们期望外科医生和护士关心患者，但作为系统工程师，我们应该对完全自主的机器人外科医生提出什么要求呢？此外，在关心系统方面，患者应该期望什么，特别是由于患者在手术过程中可能处于无意识状态？他们的关注可能有所不同。例如，考虑一下机器人手术系统中关爱的组成素质。外科医生希望系统是安全可靠的，很可能是主要关注点。系统的安全和可信操作都有助于增加系统的可靠性感，并且是系统工程师关心的问题。患者也分享这些关注，但同时也希望系统保护他的隐私（例如，不暴露医疗记录或尴尬的图像）。如果手术室的参与者是人类，患者可能还期望外科医生或护士表现出同情心。当然，机器人外科医生看起来与人类外科医生完全不同；因此，机器人需要通过语音或某些显示设备上的面部表情生成来表达同情心。就与关爱相关的素质而言，这些不同的关注将指导具体的系统要求发现和表示过程。由于关爱存在许多不同的定义，因此在尝试为新的医疗保健系统定义关爱概念时，重要的是让所有利益相关者参与，并且在需求发现过程中，系统工程师、计算机科学家、医生、护士，尤其是患者的参与至关重要。根据系统的规模，可以使用许多传统的需求获取技术来揭示关爱和相关需求。然而，对于关爱和相关素质，最有可能有用的采集技术包括调查、访谈、原型设计（可执行和非可执行）、民族志观察和设计师作为学徒。当然，对于不同的利益相关者群体可能会使用不同的采集技术，并且每个群体都应该使用多种互补的技术。例如，由于同情心可以通过表情符号来表达，因此可以使用原型设计（各种面部特征显示或语音输出）来生成同情心要求。对患者进行访谈和调查可以用来捕捉支持患者相信医疗保健系统是可信和安全的所需的护理者行为（例如，语言提示、事件触发行为）。民族志观察和设计师作为学徒也可以用来通过记录和分析在关爱维度上评分较高的护理者的行为和动作来获取关爱需求。当然，已经成功指定和交付的关爱和相关需求可以在相关系统和产品线中得到重复使用。其他关爱和相关要求可能会源自法律和法规，例如，在机器人手术系统的情况下，HIPAA。最后，随着适用系统的标准和参考架构的制定，关爱和相关素质的其他要求将最终出现。
9.5 智能医疗设备
智能医疗设备是改变生活的技术，类似于其他医疗进步，如人工器官、假肢和机器人手术。物联网使得创造出能够提高个体患者生活质量和心理安宁的设备成为可能。这类设备主要分为两大类：一类是收集数据以提供帮助患者护理的信息的设备，另一类是更先进的设备，可以自动化患者护理。以下是一些物联网医疗设备的例子：
- 帕金森病运动追踪：帕金森病是一种引起身体运动问题的脑部疾病。这款类似手表的运动追踪设备使用运动传感器来追踪异常运动。患者还可以使用该设备记录药物剂量时间。运动数据每2分钟记录一次。将运动数据与记录的药物剂量进行比较，有助于提供者调整药物决策（Talan, 2019）。如果没有这样的设备，提供者将根据每3个月进行一次的患者检查的快照来调整药物。
- 智能体温计：该设备跟踪体温和药物时间。这可以为个人提供数据，帮助确定他们是否有所改善，并提供药物追踪 - 这对于病情加重且独自生活的人来说可能会很困难。
- 智能哮喘监测：由患者佩戴的贴片设备（内含传感器），用于检测典型哮喘症状，如喘息、呼吸模式、咳嗽频率、心跳和体温。这可以通过提供通知和提醒药物剂量来帮助患者或其护理者。有了这些信息，患者还可以确定可能引发哮喘发作的因素。
- 心脏病穿戴式设备和起搏器：插入到服装面料中的心脏监测传感器。传感器实时发送数据到服务器，算法运行以确定是否需要向医疗专业人员发送警报。还有一种身体区域传感器（BAS）设备，用于使用数据预测心脏骤停。此设备还使用基于智能手机的心率检测传感器来检测健康危机（Majumder等，2019）。此外，最新一代起搏器使用物联网架构来监测呼吸、窦房结速率和血温。根据患者当前的活动水平，会检测到异常，并改变患者的心率（减慢或加快）。患者的数据也可以通过移动设备访问，以检查设备的电池寿命和心率与活动水平之间的任何相关性（Horwitz, 2019）。
- 糖尿病：正如第1章所描述的，闭环胰岛素输送系统对于依赖胰岛素生存的1型糖尿病患者来说是一个令人惊叹的设备。物联网架构包括患者佩戴的连续血糖监测器（CGM）和胰岛素泵。CGM将血糖水平无线发送到泵。该连接关闭了环路，以自动向患者输送所需的一部分胰岛素。患者仍然需要根据所摄入的食物剂量胰岛素（胰岛素量根据食物碳水化合物而异）。
