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工业信息物理系统在医疗与伦理领域的应用与挑战

1. 信息物理系统在医疗领域的应用

信息物理系统（CPS）在医疗领域的应用（HCPS）为医疗生产带来了新的可能。CPS能够尽可能真实地模拟现实世界，具备预测未来行为的能力，例如在对患者进行治疗前进行“计算机模拟”测试，还能预测干扰事件对现实世界的短期影响。

CPS通过控制、计算和通信层与物理世界进行交互。为实现这一目的，需要在现实世界中安装不同复杂程度的传感器网络，以收集数据并传输给数字孪生体进行处理，尽可能实现实时同步。必要时，执行器可在反馈回路末端对物理系统进行调整，以实现CPS控制层计算出的校正。

在医疗领域，这种校正通常由患者本人、医生或流量管理人员通过手动操作来完成，即“人在回路”的概念。以下是一些具体的例子：
| 操作主体 | 控制变量 | 依据信息 |
| ---- | ---- | ---- |
| 护士和患者 | 患者自控镇痛 | 血液中的氧饱和度 |
| 患者 | 胰岛素泵的流速 | 血液中的葡萄糖水平 |
| 心脏病专家 | 外部起搏器的心房或心室输出率和电流 | - |
| 流量管理人员 | 医院入院处开放的窗口数量 | 患者到达情况 |

2. 基于患者路径数字孪生的医疗信息物理系统（HCPS）

医院患者流量缺乏实时管理是医疗系统的一个薄弱环节。如果能够吸引医院的关注并开发具有“容量管理和护理监测”功能的指挥中心，将其比作真正的控制塔，那么这将是一个合适且高效的HCPS解决方案。

在线和离线数字孪生体可以为这些指挥中心提供三种互补功能：
1.监控和控制功能 <