技術(shù)報(bào)告物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在社區(qū)醫(yī)院心血管患者遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研

1、計(jì)劃類別 項(xiàng)目編號(hào) 項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告課題名稱 項(xiàng)目主持人 承擔(dān)單位 題目：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在社區(qū)醫(yī)院心血管患者遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究目前我國的心電系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展相對(duì)較為成熟，然而在社區(qū)醫(yī)院的運(yùn)用和管理方面還不理想，還沒有形成完善的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理信息系統(tǒng)。于是我們考慮采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合智能軟件，設(shè)計(jì)社區(qū)醫(yī)院心血管患者的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理信息系統(tǒng)。運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的智能化定位、監(jiān)控和管理，從而完成對(duì)心血管患者的全天候監(jiān)測(cè)，提高生活質(zhì)量。研究與實(shí)踐結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)在社區(qū)醫(yī)院遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理方面有著較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；社區(qū)醫(yī)院；心血管患者；遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)；管理信息系統(tǒng)

2、1 引言（Introduction）健康和生命已經(jīng)成為全球公共關(guān)心的熱點(diǎn)話題。由于心血管疾病是導(dǎo)致死亡或者傷殘的主要因素之一，心血管疾病已經(jīng)成為威脅人類健康和生命的主要原因之一。如何正確面對(duì)心血管疾病已經(jīng)成為全球人民共同關(guān)注的焦點(diǎn)問題。由于心血管疾病具有危險(xiǎn)性和突發(fā)性的特征，所以采用正確的方法和技術(shù)對(duì)心血管疾病患者進(jìn)行日常的監(jiān)測(cè)和管理具有重要意義1。目前我國正在逐步推行一種新型的社區(qū)醫(yī)療方式，嘗試實(shí)現(xiàn)對(duì)心血管疾病的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，從而到達(dá)將社區(qū)醫(yī)院的功能擴(kuò)展到家庭。于是我們采取將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到心血管患者的遠(yuǎn)程信息化監(jiān)控和日常管理系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)其日常管理的智能化、信息化。優(yōu)點(diǎn)是有利于降低心血管疾病

3、患者的死亡率；有利于提高生活質(zhì)量，減少不必要的醫(yī)療花費(fèi)。醫(yī)療監(jiān)控問題是全球共同關(guān)心的重要問題之一。然而現(xiàn)有的醫(yī)療監(jiān)控通常采用有線方式，常常把傳感設(shè)備直接安裝在患者的身體上，這樣導(dǎo)致許多問題的產(chǎn)生。比如，傳感設(shè)備的數(shù)量大，給患者帶來諸多的不方便；監(jiān)護(hù)人員一定要時(shí)時(shí)刻刻地守候在患者的身邊進(jìn)行監(jiān)護(hù)，負(fù)責(zé)記錄溫度、血壓等等生理參數(shù)數(shù)據(jù)，并且注意病情的控制情況。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，于是有專家提出，在患者身上安置小型化的信息節(jié)點(diǎn)，借助于信息節(jié)點(diǎn)，對(duì)患者的主要數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，比如血壓、脈搏、溫度等，然后借助于物聯(lián)網(wǎng)將信息傳送到醫(yī)院的控制中心，控制中心進(jìn)一步對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理等操作，為了

4、安全起見，通常還需要對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。假如發(fā)生異常事件，醫(yī)生可以參考數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行及時(shí)有效的醫(yī)療救援。綜合考慮心血管疾病患者的監(jiān)護(hù)需求，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)信息管理系統(tǒng)，指導(dǎo)社區(qū)醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員的日常監(jiān)護(hù)和醫(yī)療工作。我們需要注意的問題主要有：網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性問題，保證具有較好的信號(hào)傳輸。傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)備的使用壽命通常為3年至7年。由于使用時(shí)間的增大，節(jié)點(diǎn)設(shè)備本身會(huì)陳舊和老化，導(dǎo)致傳輸線路或者光纖出故障，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)出故障。為了保證設(shè)備的正常使用，我們需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)，及時(shí)更換。電源出現(xiàn)故障的問題。通常情況下控制中心都需要裝備大功率的UPS電源，主要用于保證設(shè)備節(jié)點(diǎn)的供電，方便控制。也可以統(tǒng)一配置大的

5、蓄電池。優(yōu)點(diǎn)主要為即使在電壓不穩(wěn)定的情況下，或者在完全斷電的情況下，設(shè)備節(jié)點(diǎn)也不會(huì)損壞。所以配置相當(dāng)功率的UPS電源具有比較重要的意義。早些時(shí)期，有部分地區(qū)試圖過進(jìn)行社區(qū)醫(yī)院和患者的監(jiān)護(hù)醫(yī)療一體化管理，但是執(zhí)行的效果不理想。分析其原因，主要是考慮到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性和正確性難以得到保證。在通常情況下，社區(qū)醫(yī)院對(duì)外部的網(wǎng)絡(luò)具有封閉性。社區(qū)醫(yī)療信息數(shù)據(jù)傳輸給三甲醫(yī)院一定要經(jīng)過嚴(yán)格審核。因?yàn)閿?shù)據(jù)的有效性無法得到保證的原因，于是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的參考性不足。有效解決的方法是再次進(jìn)行監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)傳輸。我們提出的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)方案，可以有效保障醫(yī)療監(jiān)護(hù)的質(zhì)量，醫(yī)生隊(duì)采集得到的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行健康評(píng)測(cè)，對(duì)患

6、者的生理信息參數(shù)和心理狀態(tài)等可以執(zhí)行比較全面的醫(yī)療監(jiān)護(hù)。特別是對(duì)老年人患者，可以進(jìn)行心血管疾病的管理，給患者提供醫(yī)療建議。醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：系統(tǒng)功能比較全面，可以對(duì)心血管疾病患者進(jìn)行在線解答，系統(tǒng)的實(shí)用性比較好。2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet of things technology）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念為：通過RFID、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將物體與internet相連接，進(jìn)行信息交換和交互作用，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、監(jiān)控、管理的一種智能信息技術(shù)?！拔锫?lián)網(wǎng)技術(shù)”是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上擴(kuò)展的一種智能化技術(shù)。用戶端可以是所有物體進(jìn)行信息交互。它的重要基礎(chǔ)是“int

7、ernet技術(shù)”。國內(nèi)外普遍公認(rèn)的關(guān)于internet of things的定義是MIT Auto-ID中心Ashton教授1999年在提出來的2。物聯(lián)網(wǎng)的概念在逐步發(fā)生變化，例如，2005年國際電信聯(lián)盟針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍進(jìn)行了較大的拓展。物聯(lián)網(wǎng)正式概念的提出要追溯到2005年11月27日在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)，國際電信聯(lián)盟發(fā)布的ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)的報(bào)告中。物聯(lián)網(wǎng)在中國引起廣泛的重視開始于2009年8月溫家寶總理提出的“感知中國”發(fā)言，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入“政府工作報(bào)告”。從此，物聯(lián)網(wǎng)在中國引起了重要的關(guān)注。關(guān)注程度甚至超過了美國、歐盟等等。

8、說得通俗一些，物聯(lián)網(wǎng)就是人與物、物與物之間進(jìn)行的信息交互和控制。其中的關(guān)鍵技術(shù)主要有兩項(xiàng)。（1）傳感器技術(shù)，這屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的重要技術(shù)。計(jì)算機(jī)處理的通常情況下都是數(shù)字信號(hào)。我們需要傳感器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后計(jì)算機(jī)才能識(shí)別和處理。例如，RFID標(biāo)簽屬于傳感器技術(shù)。RFID技術(shù)融合了嵌入式技術(shù)和無線射頻技術(shù)，RFID具有廣闊的應(yīng)用前景，比如在自動(dòng)識(shí)別、物品物流管理方面等等。（2）嵌入式技術(shù)，它將計(jì)算機(jī)軟硬件、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)綜合為一體的一種技術(shù)。在人們的日常生活中，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品比較常見。嵌入式系統(tǒng)推動(dòng)著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，并且逐步影響人們的日常生活。打個(gè)比方來說，傳感器可以比

9、喻為人的感覺器官，如眼睛、鼻子等等，網(wǎng)絡(luò)可以比喻為人們的神經(jīng)系統(tǒng)，主要功能是用來傳遞信息。嵌入式系統(tǒng)可以比喻為人們的大腦，主要功能是進(jìn)行信息處理。由此可見，傳感器、嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的地位和作用是非常重要的。物聯(lián)網(wǎng)典型的體系架構(gòu)主要有三層，分別是網(wǎng)絡(luò)層、感知層、應(yīng)用層。感知層的主要功能是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的全面感知，是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，屬于急需突破的關(guān)鍵點(diǎn)，可以用于解決低成本、小型化、低功耗等問題。網(wǎng)絡(luò)層屬于物聯(lián)網(wǎng)中標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強(qiáng)的部分，網(wǎng)絡(luò)層主要借助于廣泛覆蓋的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，最終形成具有較強(qiáng)系統(tǒng)感知能力的網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層主要著眼于應(yīng)用方面，應(yīng)用層的重點(diǎn)是將行業(yè)

10、信息化需求與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來，解決智能化的應(yīng)用問題方案，難點(diǎn)在于有效商業(yè)模式的開發(fā)和信息安全的保障。通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采集所需的信息，然后運(yùn)用讀寫器等收集其所需的數(shù)據(jù)信息，到達(dá)網(wǎng)關(guān)的終端進(jìn)行匯聚后，借助于無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)程將其傳送至指定的應(yīng)用系統(tǒng)。另外，傳感器常常運(yùn)用藍(lán)牙技術(shù)達(dá)到與傳感器網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信的效果。目前市場(chǎng)上常見的傳感器可以檢測(cè)到相關(guān)的參數(shù)，比如壓力、溫度、濕度等等。因此人們可以運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離地信息傳輸，從而到達(dá)與應(yīng)用系統(tǒng)之間進(jìn)行有效信息交互的目的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)屬于無線通信技術(shù)的范疇，最近物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各應(yīng)用領(lǐng)域中的發(fā)展速度較快。特別是在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用前景比較廣泛。基于物聯(lián)網(wǎng)技

11、術(shù)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)逐漸成為有關(guān)研究人員目前的研究熱點(diǎn)問題。有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)上的應(yīng)用前景得到社會(huì)的廣泛認(rèn)識(shí)。研究者們利用全球廣泛存在的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，能夠采集地理位置處于遠(yuǎn)程的患者的生理數(shù)據(jù)參數(shù)信息，有助于醫(yī)生對(duì)患者進(jìn)行診治與判斷，并且對(duì)患者提供及時(shí)的醫(yī)療服務(wù)和建議，患者對(duì)自身的健康狀況進(jìn)行整體掌握3。 3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)醫(yī)院心血管患者遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)（Design of remote monitoringsystem for cardiovascular patients in communityhospitals based on inte

12、rnet of things）3.1 傳感器監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)傳感器監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)主要探測(cè)心血管疾病患者的健康狀況，采集患者的身體參數(shù)信息。通常情況下，傳感器節(jié)點(diǎn)主要由微處理器器部分、數(shù)據(jù)采集部分、電源部分、通信部分組成。對(duì)于著眼于應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說，其主要考慮的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)信息的可靠性和準(zhǔn)確性4，于是我們考慮的傳感器類型主要有血氧傳感器、脈搏傳感器和體溫傳感器等。如圖1所示為傳感器監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)架構(gòu)，包括：心率傳感器、血壓傳感器和溫度傳感器等等。節(jié)點(diǎn)的供電電源選用要求能夠持續(xù)供電一段較長(zhǎng)的時(shí)間。用于醫(yī)療領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，主要考慮的因素是保證采集數(shù)據(jù)信息的可靠性和有效性。該模塊采用的傳感器包括心

13、率脈搏傳感器、溫度傳感器、血壓傳感器5。微處理器模塊選擇ATmegal28，該處理器的特點(diǎn)：功耗低、性能強(qiáng)、可移植性強(qiáng)等。ATmegal28L的軟件結(jié)構(gòu)是專門為低功耗而設(shè)計(jì)的，具有內(nèi)外多種中斷模式。豐富的中斷模式大大降低了查詢的需要，可以方便設(shè)計(jì)出中斷程序結(jié)構(gòu)的控制程序、上電復(fù)位和可編程的低電壓檢測(cè)。由于無線醫(yī)療傳感設(shè)備具有小型化、可方便攜帶的特點(diǎn)，于是在電源模塊設(shè)計(jì)時(shí)，我們采用電池進(jìn)行供電。按照低功耗原則設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)，增加傳感器監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的使用壽命。3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)考慮到需要對(duì)患者的病情進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)護(hù)，并且需要將這些長(zhǎng)期監(jiān)護(hù)的數(shù)據(jù)保存起來，家庭監(jiān)護(hù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括以下幾

14、個(gè)組成部分：數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸模塊、遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)、中心服務(wù)器等6。數(shù)據(jù)管理模塊：服務(wù)器收到發(fā)送過來的數(shù)據(jù)以后，需要使用管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，解析完成后將解析結(jié)果保存在相應(yīng)的管理目錄下，最后將更新數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫，從而完成對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的更新功能。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，主要包括社區(qū)基本信息、醫(yī)生基本信息、患者基本生理信息等。數(shù)據(jù)傳輸模塊：主要負(fù)責(zé)采集心血管疾病患者的主要生理數(shù)據(jù)信息，并且繪制成相應(yīng)的波形圖，例如，脈搏波圖、心沖擊圖等；然后傳輸給本社區(qū)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)：主要用于實(shí)現(xiàn)不同類型用戶的不同需求。醫(yī)生通過工作站軟件，查看心血管疾病患者的

15、數(shù)據(jù)，分析、診斷心血管疾病患者病情，然后提出反饋信息；心血管疾病患者通過客戶端軟件，查看自己的報(bào)告信息和醫(yī)生的留言信息。3.3 社區(qū)醫(yī)院遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸流程終端設(shè)備主要負(fù)責(zé)采集心血管疾病患者的生理參數(shù)數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，我們采用Socket通信技術(shù)。醫(yī)生通過客戶端從社區(qū)服務(wù)器，下載最新的數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)是可以大大減輕中央服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，同時(shí)可以避免終端設(shè)備直接處理客戶端數(shù)據(jù)請(qǐng)求的事件發(fā)生。監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器主要包括：通訊服務(wù)器、用戶模塊、日志管理模塊、用戶管理界面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊組成。其中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊可以通過醫(yī)療信息局域網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)療信息管理系統(tǒng)通信，從而達(dá)到病人

16、數(shù)據(jù)的分析、病人電子病歷、病人信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、緊急事件報(bào)警管理的目的7，8。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸流程框圖如圖2所示。服務(wù)器可以創(chuàng)建套接字，并且將套接字進(jìn)行綁定，從而監(jiān)聽用戶的請(qǐng)求信息，如果有用戶請(qǐng)求，則接收用戶請(qǐng)求，進(jìn)行通信。服務(wù)器不會(huì)隨著用戶的變化而發(fā)生改變，服務(wù)器的功能穩(wěn)定。我們采用動(dòng)態(tài)鏈接庫的方式，增強(qiáng)服務(wù)器的擴(kuò)展性和穩(wěn)定性。由于Delphi XE7具有簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在用戶維護(hù)、日志管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)，我們選用Delphi XE7。服務(wù)器獲得的病人數(shù)據(jù)信息可以轉(zhuǎn)發(fā)到醫(yī)療局域網(wǎng)絡(luò)，從而與其他信息管理子系統(tǒng)相連，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：醫(yī)院外面的病人和住院的病人同樣達(dá)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)

17、分析、緊急報(bào)警等功能。移動(dòng)終端可以通過GPS模塊實(shí)時(shí)掌握病人的經(jīng)緯度信息，并且將這些信息傳輸?shù)结t(yī)院，方便醫(yī)生實(shí)時(shí)掌握病人的病情，提高病人的醫(yī)療質(zhì)量。3.4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)構(gòu)架物聯(lián)網(wǎng)借助于信息傳感器設(shè)備，按照規(guī)定的協(xié)議，實(shí)時(shí)采集需要監(jiān)控對(duì)象的各種需要的信息，把對(duì)象和互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息的交換和通信，以實(shí)現(xiàn)物與物、人與人，所有物品與整體網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制，從而實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、定位和監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)10-13。物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)從底層到上層，主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖3所示。感知層：感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。其功能為“感知”，即通過傳感網(wǎng)絡(luò)獲取信息。感知層主要包括基本的感應(yīng)器件、感應(yīng)器組成的網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成。其中感應(yīng)器件主要包括RFID標(biāo)簽和讀寫器、傳感器、攝像頭等基本標(biāo)識(shí)和傳感器件組成；網(wǎng)絡(luò)主要包括RFID網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等。感知層通過傳感器技術(shù)、RFID