史森中，劉 洋

第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所信息科，重慶 400042

目前，用于人體健康監(jiān)測(cè)的監(jiān)護(hù)設(shè)備，多見于醫(yī)院監(jiān)護(hù)病房中使用的床邊監(jiān)護(hù)儀?；颊叩母鞣N生理信號(hào)通過各自的傳感器測(cè)量后經(jīng)過導(dǎo)聯(lián)線傳導(dǎo)到監(jiān)護(hù)儀上，監(jiān)護(hù)儀實(shí)時(shí)地顯示和分析這些生理信號(hào)，并能夠在異常的時(shí)候報(bào)警。但這些儀器都需要在專業(yè)人士指導(dǎo)下使用，并不太適合于廣大的亞健康人群及慢性疾病患者進(jìn)行日常生活的保健監(jiān)護(hù)，而且，這些監(jiān)護(hù)儀器往往體積龐大，不便于攜帶。那么開發(fā)一種什么樣的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，才能使患者在家庭中就能得到更好、更快的醫(yī)療保健服務(wù)，同時(shí)又能減輕患者及社會(huì)的負(fù)擔(dān)，這是擺在廣大研究人員和醫(yī)師面前的一個(gè)重要問題。

近年，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)日益成熟和發(fā)展，特別是3G網(wǎng)絡(luò)及3G手機(jī)用戶數(shù)量快速增長(zhǎng)和普及率不斷地提高，面向家庭和個(gè)人的遠(yuǎn)程醫(yī)療健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)已成為遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域的熱點(diǎn)，而移動(dòng)健康醫(yī)療也將成為遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展的趨勢(shì)之一［1］。通過3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋，移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶遠(yuǎn)程貼身、即時(shí)的健康監(jiān)護(hù)，用戶不但能及時(shí)了解自身的健康狀況，還能及時(shí)應(yīng)對(duì)諸如心血管疾病、高血壓等各類突發(fā)疾病。因此，將移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)帶入社區(qū)和家庭，對(duì)患者或亞健康人群實(shí)施移動(dòng)遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)，不論是從提高早期的預(yù)防能力，減少患者或者亞健康人群的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，還是從增強(qiáng)醫(yī)院的醫(yī)療服務(wù)能力，減少醫(yī)護(hù)人員的工作量來說，都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義［2］。

1 移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)在移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)領(lǐng)域起步較晚。而歐洲國(guó)家，如比利時(shí)校際微電子中心(IMEC)設(shè)計(jì)了一款無線心電圖監(jiān)護(hù)器(electrocardiograph，ECG)，該產(chǎn)品在一個(gè)很薄的類似腕表大小的封裝內(nèi)整合了電極、生物芯片傳感器、MCU和射頻電路。設(shè)備內(nèi)處理器運(yùn)行的算法，每周7 d、每天24 h監(jiān)控心律不齊癥狀，只需要1塊小電池就可以工作1周。這個(gè)帶無線連接能力的、不起眼的微型ECG監(jiān)護(hù)器可以通過對(duì)心律不齊的不間斷掃描來挽救生命并降低急救成本。為了最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，該設(shè)備還可分析ECG信號(hào)。通過本地分析ECG信號(hào)，人們可以采取適當(dāng)舉措，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到根據(jù)即將或可能發(fā)生的嚴(yán)重情況向患者和醫(yī)療服務(wù)的提供者發(fā)出警告［3］。丹麥利用3G網(wǎng)絡(luò)和可視電話系統(tǒng)為患者在家中治療糖尿病并發(fā)癥足潰瘍的實(shí)驗(yàn)過程［4］。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通信、醫(yī)療設(shè)備易于使用。醫(yī)師的治療處方可以在遠(yuǎn)距離得以實(shí)現(xiàn);來訪的護(hù)士可實(shí)時(shí)與醫(yī)院聯(lián)系，治療可立即按照醫(yī)師的命令開始;節(jié)省了患者前往醫(yī)院的時(shí)間。該系統(tǒng)具有極大的推廣價(jià)值。

2 系統(tǒng)可行性分析

2.1 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

移動(dòng)醫(yī)療是遠(yuǎn)程醫(yī)療的一個(gè)重要分支，它繼承了遠(yuǎn)程醫(yī)療的一些特點(diǎn)，同時(shí)又具備一些遠(yuǎn)程醫(yī)療不具備的優(yōu)勢(shì):①便攜性和小型化。攜帶方便，這對(duì)于需要經(jīng)常更換監(jiān)護(hù)地點(diǎn)的患者來說，無疑是非常方便的;②移動(dòng)化和實(shí)時(shí)性。無論患者在何時(shí)何地，都可以實(shí)時(shí)地采集生理信號(hào)數(shù)據(jù)，然后通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心，最后得到及時(shí)的健康信息反饋;③價(jià)格優(yōu)勢(shì)。它充分地利用了用戶現(xiàn)有的移動(dòng)設(shè)備，只需要添加生理信號(hào)的采集終端就可完成原來遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)設(shè)備完成的任務(wù)，對(duì)推廣家庭健康監(jiān)測(cè)具有經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢(shì)。

2.2 市場(chǎng)需求

用戶使用這項(xiàng)業(yè)務(wù)，當(dāng)身體狀況出現(xiàn)異常時(shí)，能夠及時(shí)地知道自己的異常狀況，以便及時(shí)到醫(yī)院接受檢查治療;當(dāng)情況危急時(shí)，還能及時(shí)地得到親人或醫(yī)護(hù)人員的搶救。這對(duì)于白天子女外出上班獨(dú)處的老年人顯得尤其重要。因此，移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)對(duì)于醫(yī)療保健管理、有效地監(jiān)控患者和亞健康人群具有積極作用。隨著我國(guó)人民生活水平的提高，該業(yè)務(wù)將具有很大的市場(chǎng)需求。

2.3 技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性

該系統(tǒng)擬使用的各項(xiàng)技術(shù)，包括內(nèi)置全球定位系統(tǒng)(GPS)的3G手機(jī)、MEMS傳感技術(shù)、J2EE、基于SIP協(xié)議的3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)普及多年且技術(shù)成熟，在可靠性和穩(wěn)定性方面都具有一定的保證［5］。若系統(tǒng)中要對(duì)被監(jiān)護(hù)者進(jìn)行追蹤保護(hù)，我們還可以利用其3G手機(jī)內(nèi)置的GPS(全球定位系統(tǒng))模塊來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。系統(tǒng)服務(wù)器通過GPS能夠及時(shí)準(zhǔn)確地搜索到用戶的具體位置，及時(shí)把用戶的位置信息發(fā)送到醫(yī)療機(jī)構(gòu)監(jiān)控中心。

監(jiān)控中心主要由監(jiān)控臺(tái)和信息管理系統(tǒng)組成。主要功能是通過GPRS模塊和IP綁定技術(shù)接收、處理、保存來自移動(dòng)單元的數(shù)據(jù)，并將當(dāng)前同監(jiān)護(hù)中心連接的用戶的生理數(shù)據(jù)顯示出來供醫(yī)師參考。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)整體方案

為了降低工作量，可以在系統(tǒng)開發(fā)中盡量借鑒一些現(xiàn)有的、開放的、可重用、可移植的軟件平臺(tái)資源，降低系統(tǒng)開發(fā)成本。同時(shí)，為了使系統(tǒng)能夠適用于不同的操作系統(tǒng)，3G網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)擬采用J2EE架構(gòu)。該系統(tǒng)無線傳感器的無線通信擬采用基于SIP(是一個(gè)應(yīng)用層的信令控制協(xié)議)協(xié)議的3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)方案，此協(xié)議可以最大程度地降低系統(tǒng)開發(fā)的成本，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，該系統(tǒng)利用AT指令即實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)功能。在手機(jī)端完成生理信號(hào)數(shù)據(jù)的分析和展現(xiàn)之后，需要將生理信號(hào)數(shù)據(jù)通過移動(dòng)3G網(wǎng)絡(luò)上傳到遠(yuǎn)程社區(qū)健康監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，我們采用基于HTTP協(xié)議的傳輸模式，以實(shí)現(xiàn)各種制式的兼容性以及高效率的傳輸。

3.2 系統(tǒng)物理架構(gòu)

系統(tǒng)物理架構(gòu)主要由佩戴在被監(jiān)護(hù)者身上的無線傳感器、具有GPS(全球定位系統(tǒng))模塊的3G手機(jī)、3G網(wǎng)絡(luò)、社區(qū)監(jiān)控中心的分析平臺(tái)、短信平臺(tái)(GSM模塊)等幾個(gè)部分組成。主要模塊的功能如下:無線傳感器主要是由用戶隨身攜帶，采集用戶體征數(shù)據(jù)。它主要包括無線接收模塊和體征傳感器兩個(gè)部分;采集后的數(shù)據(jù)通過安裝在社區(qū)道路的路燈上的轉(zhuǎn)發(fā)器傳送到分析平臺(tái)上;健康分析平臺(tái)設(shè)在社區(qū)里的監(jiān)護(hù)中心;短信平臺(tái)(GSM模塊)通過串口與服務(wù)器相連［6］。

3.3 系統(tǒng)功能模塊

根據(jù)移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的需求，核心部分可以分為三個(gè)主要方面:傳感器信息獲取功能;手機(jī)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的通訊功能;服務(wù)器信息的分析處理和存儲(chǔ)功能。

3.3.1 傳感器信息獲取功能模塊 這里采用的傳感器主要是由微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical systems，MEMS)傳感，主要由微型鎖定機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分組成。它具有體積小、重量輕、成本低、功耗小、可靠性高等特點(diǎn)，因此非常方便用戶攜帶。通過MEMS傳感器，用戶體征數(shù)據(jù)信號(hào)被轉(zhuǎn)化為便于傳輸?shù)碾娦盘?hào)，社區(qū)健康監(jiān)護(hù)中心的主服務(wù)器就可以通過既定的無線傳輸協(xié)議接收到轉(zhuǎn)化后的電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶體征信息的傳送。

3.3.2 手機(jī)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的通訊 該系統(tǒng)采用該模型來實(shí)現(xiàn)手機(jī)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信，并設(shè)定了一套具體的握手協(xié)議:①手機(jī)終端通過基于HTTP的通信協(xié)議向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)起建立連接的命令請(qǐng)求;②遠(yuǎn)程服務(wù)器通過基于HTTP的通信協(xié)議接收建立連接的命令請(qǐng)求，并響應(yīng)連接命令;③手機(jī)終端通過基于HTTP的通信協(xié)議接收響應(yīng)命令，并啟動(dòng)人體生理數(shù)據(jù)包的傳輸;④遠(yuǎn)程服務(wù)器通過基于HTTP的通信協(xié)議接收人體生理數(shù)據(jù)包;⑤手機(jī)終端和遠(yuǎn)程服務(wù)器重復(fù)③、④步驟的操作直至該次人體生理數(shù)據(jù)傳輸完成;⑥手機(jī)終端通過基于HTTP的通信協(xié)議發(fā)起關(guān)閉與遠(yuǎn)程服務(wù)器連接的命令消息;⑦遠(yuǎn)程服務(wù)器通過基于HTTP的通信協(xié)議接收關(guān)閉命令消息;⑧雙方斷開連接，該次數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。該協(xié)議的流程圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)通過3G網(wǎng)絡(luò)上傳HTTP流程圖

3.3.3 服務(wù)器信息分析模塊 社區(qū)健康監(jiān)控中心服務(wù)器信息的分析、處理和存儲(chǔ)功能是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的最主要載體:①利用無線電通信接收用戶隨身攜帶的無線傳感器傳輸?shù)挠脩羯頂?shù)據(jù)信息［7］，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶生理信號(hào)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地采集［8］;②存儲(chǔ)用戶體征數(shù)據(jù)。對(duì)傳輸過來的用戶體征數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并和預(yù)先設(shè)定的體征數(shù)據(jù)臨界值相比對(duì)(體征數(shù)據(jù)的安全范圍)，確定用戶體征數(shù)據(jù)是否在合理的范圍內(nèi)并做出相應(yīng)的處理;③如果用戶的體征數(shù)據(jù)超出給定的安全范圍，系統(tǒng)利用揚(yáng)聲器向工作人員發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并發(fā)送短消息通知用戶;④監(jiān)控中心的工作人員應(yīng)及時(shí)對(duì)系統(tǒng)報(bào)警做出相應(yīng)的處理，與中心醫(yī)院聯(lián)系，處理結(jié)束，關(guān)閉報(bào)警。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

圖2 系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示，移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)通過佩戴在用戶身上的便攜式體征傳感器或者嵌入在手機(jī)終端內(nèi)部的體征傳感器收集用戶的多種生理信息，如運(yùn)動(dòng)狀況、體溫、血壓、血氧、脈搏、心電等，通過手機(jī)終端將采集到的用戶生理信息傳送到無線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器。為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的不失真?zhèn)鬏?，無線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的安裝應(yīng)該覆蓋某一區(qū)域內(nèi)的主要道路及用戶主要活動(dòng)區(qū)域，然后通過無線射頻技術(shù)，將無線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的社區(qū)健康監(jiān)護(hù)中心的服務(wù)器上，根據(jù)接收到的各個(gè)用戶的生理信息數(shù)據(jù)，社區(qū)的監(jiān)護(hù)人員要做出及時(shí)、準(zhǔn)確的處置措施。用戶癥狀輕微時(shí)，可由社區(qū)派出醫(yī)護(hù)人員前往，若嚴(yán)重時(shí)，要及時(shí)通知醫(yī)療條件更好的中心醫(yī)院提供必要的支持。同時(shí)，監(jiān)護(hù)系統(tǒng)還可以通過無線定位技術(shù)快速地確定用戶當(dāng)前所在的位置，出診醫(yī)師可以通過傳回來的用戶體征數(shù)據(jù)提前做好相應(yīng)的處置措施，并對(duì)患者進(jìn)行準(zhǔn)確的救治?；跓o線數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)護(hù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)行為的移動(dòng)化和實(shí)時(shí)性，無論患者在何時(shí)何地，都可以實(shí)時(shí)地采集生理信號(hào)數(shù)據(jù)，同時(shí)又不會(huì)影響用戶的正常生活。

5 結(jié)論及思考

我們對(duì)移動(dòng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本功能已達(dá)到要求，取得了一定的效果。但是在精確度和可靠性方便還存在著一些不足，還有一些問題值得進(jìn)一步的思考和研究:①在滿足便攜性和智能性的同時(shí)，還需要進(jìn)一步提高它的可靠度［9］;在進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要盡可能地排除各種信號(hào)干擾，確保信號(hào)來源的穩(wěn)定性，為后續(xù)的進(jìn)一步處理排除干擾;②在對(duì)各種信號(hào)的預(yù)處理和特征識(shí)別時(shí)，確保實(shí)時(shí)性滿足要求的前提下，進(jìn)一步提高信號(hào)預(yù)處理和識(shí)別算法的復(fù)雜度和難度。我們相信，隨著各種處理器的發(fā)展和各種信號(hào)處理算法的進(jìn)步，這些在不久的將來都是能解決的問題。

移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療將是整個(gè)醫(yī)療領(lǐng)域的一個(gè)重要的發(fā)展方向［10］，它將使患者與醫(yī)師更加緊密地交流。隨著中國(guó)3G的普及使用，無線通訊更大的帶寬和更高的速度將為移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療提供更加寬廣的平臺(tái)。同時(shí)，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子器件集成度的提高和體積的縮小，使便攜式醫(yī)療產(chǎn)品的體積將更加小，功耗更低，更加便于攜帶。所以，移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療將會(huì)給整個(gè)社會(huì)帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］林敏，喬自知.移動(dòng)醫(yī)療的需求與發(fā)展思考［J］.移動(dòng)通信，2010，(6):31-35

［2］劉杰.移動(dòng)醫(yī)療等待啟動(dòng)［J］.中國(guó)醫(yī)院院長(zhǎng)，2009，(6):66

［3］Jack S.遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù):開創(chuàng)遠(yuǎn)程醫(yī)療時(shí)代新紀(jì)元［EB/OL］.2008-12-05［2008-12-28］.http//www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2008/1205/article_444_1.html

［4］Clemensen J，Larsen S B，Ejskjaer N.Telemedical treatment at home of diabetic［J］.J of Telemed and Telecare，2005，11(2):14-16

［5］李錫杰，師碩，王旭.生物電信號(hào)的濾波與現(xiàn)代分析方法［J］.醫(yī)學(xué)信息，2005，18(12):1595-1598

［6］李昕，王秀清，宋佳霖，等.心電信號(hào)預(yù)處理方法研究與評(píng)價(jià)［J］.測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，2008，22(1):31-37

［7］蘇毅.移動(dòng)多媒體推送業(yè)務(wù)終端功能研究［D］.北京:北京郵電大學(xué)出版社，2009:10-11

［8］李長(zhǎng)江，安筱鵬.開放手機(jī)聯(lián)盟:重塑移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈［N］.中國(guó)電子報(bào)，2008-08-06

［9］Wong M Y M，Zhang X Y，Zhang Y T.The Cuffless Arterial Blood Pressure Estimation based on the Timing-Characteristics of Second Heart Sound［C］.Proceedings of the 28th IEEE/EMBS Annual International Conference，2006:24-28

［10］楊雪.一種基于GPRS的家庭心電無線監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研制［D］.北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社，2007:21-22