周光清 張繼瑜 梁妃學(xué) 鄧親愷 郭勁松

健康管理是指一種對(duì)個(gè)人或人群的健康危險(xiǎn)因素進(jìn)行全面管理的過程。新的健康管理的理念，就是要在日常生活中經(jīng)常檢測(cè)人體各項(xiàng)健康信息，及時(shí)調(diào)節(jié)生活習(xí)慣和狀態(tài)，達(dá)到變被動(dòng)的疾病治療為主動(dòng)的疾病預(yù)防的目的，以節(jié)約醫(yī)療費(fèi)用支出、維護(hù)健康。但長期以來，因?yàn)闆]有時(shí)間、醫(yī)院人滿為患、價(jià)格上漲等原因，大部分人并不經(jīng)常去醫(yī)院檢查，因此造成的后果就是全社會(huì)只有10%的人群(去醫(yī)院的人)享受到了社會(huì)的醫(yī)療資源，而其它90%的人群沒能享受到醫(yī)療服務(wù)，很多時(shí)候人們往往是疾病已經(jīng)很嚴(yán)重才被發(fā)現(xiàn)，失去了早期、有效治療的機(jī)會(huì)，一方面造成自身生命健康和財(cái)力的損失，另一方面也增加了全社會(huì)的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。

因此，健康管理必須走出院外，走進(jìn)家庭和社區(qū)。以醫(yī)院為中心的模式必然會(huì)回歸到以預(yù)防為主、以社區(qū)醫(yī)療(含1家庭和個(gè)人)為中心的模式上來［1-6］，從而真正實(shí)現(xiàn)世界衛(wèi)生組織提出的“21世紀(jì)人人享有保健”的動(dòng)議。最近黨中央、國務(wù)院《關(guān)于深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革的意見》(2009年4月6日發(fā)布)中指出:加快醫(yī)療衛(wèi)生信息系統(tǒng)建設(shè)，構(gòu)建鄉(xiāng)村和社區(qū)衛(wèi)生信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，積極發(fā)展面向農(nóng)村及邊遠(yuǎn)地區(qū)的遠(yuǎn)程醫(yī)療，這也要求我們加強(qiáng)構(gòu)建面向鄉(xiāng)村、社區(qū)、家庭的遠(yuǎn)程健康管理系統(tǒng)，將有限的醫(yī)療資源盡可能地發(fā)揮。

本文即是針對(duì)這一需求，設(shè)計(jì)了院外(社區(qū)、家庭)多生理參數(shù)診斷和健康服務(wù)系統(tǒng)。自主設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程生理參數(shù)診斷儀，可在社區(qū)和家庭中檢測(cè)用戶的心電、心率、血壓、血氧、體溫等生理參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示結(jié)果并自動(dòng)上傳到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫保存;醫(yī)生則可登陸網(wǎng)站查看自己管理的用戶的健康數(shù)據(jù)，給出改進(jìn)意見和建議;用戶則可看到自己的檢查結(jié)果和醫(yī)生留言。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 遠(yuǎn)程生理參數(shù)診斷儀的設(shè)計(jì)

院外健康管理服務(wù)系統(tǒng)的建立，首先依賴于院外醫(yī)療數(shù)據(jù)的獲得。由于常規(guī)醫(yī)院用檢測(cè)儀器(如各種多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀)大多體積和重量較大、使用復(fù)雜不便，不適合用于社區(qū)和家庭。本系統(tǒng)采用了自行設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程生理參數(shù)診斷儀來完成這一功能。該儀器應(yīng)能在院外(社區(qū)和家庭)檢測(cè)人體的各項(xiàng)生理參數(shù)，同時(shí)具備顯示、記錄和遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓δ?，一方面需要與常規(guī)醫(yī)院用檢測(cè)儀器一樣，能準(zhǔn)確檢測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，另一方面也要考慮社區(qū)和家庭使用的特點(diǎn)。

在現(xiàn)階段檢測(cè)條件下，我們選擇了心電、心率、血壓、血氧、體溫五種常規(guī)生理參數(shù)作為檢測(cè)的對(duì)象，儀器的核心采用了體積小、低功耗的單片機(jī)MSP430F1612。心電和心率檢測(cè)采用三導(dǎo)聯(lián)心電電極設(shè)計(jì)，四個(gè)導(dǎo)聯(lián)線分別連接四個(gè)肢體電極，進(jìn)入心電檢測(cè)電路后，由單片機(jī)控制的導(dǎo)聯(lián)轉(zhuǎn)換電路選擇檢測(cè)的信號(hào)，經(jīng)過初級(jí)放大、帶通濾波、工頻陷波、后級(jí)放大等電路處理后，由MSP430單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為12位的數(shù)字信號(hào)。同時(shí)心電信號(hào)經(jīng)過心率檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換為與R波同步的脈沖信號(hào)，連接到單片機(jī)，由單片機(jī)的計(jì)時(shí)器計(jì)算R波間隔時(shí)間，并轉(zhuǎn)換為心率;血壓檢測(cè)采用基于示波法的無創(chuàng)檢測(cè)方法，儀器內(nèi)置血壓氣泵和氣閥，氣路連接到外部袖帶。單片機(jī)控制氣泵給袖帶充氣，同時(shí)通過壓力傳感器檢測(cè)袖帶內(nèi)的氣壓，經(jīng)過放大后由MSP430單片機(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并計(jì)算處理，根據(jù)袖帶內(nèi)的氣壓變化過程計(jì)算出收縮壓和舒張壓;血氧檢測(cè)采用一般指套式血氧傳感器，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)光控制電路，使得血氧傳感器內(nèi)部的紅光和紅外光發(fā)光管輪流發(fā)光，透過指頭后的剩余光強(qiáng)由光敏管檢測(cè)，光強(qiáng)信號(hào)經(jīng)過放大、濾波等處理后，由MSP430單片機(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并計(jì)算處理，得出血氧含量數(shù)據(jù);體溫檢測(cè)則采用常規(guī)熱敏電阻式體溫傳感器，體溫變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換為電壓的變化，由單片機(jī)讀入并轉(zhuǎn)化為體溫?cái)?shù)據(jù)。

基于方便使用的目的，該儀器的傳感導(dǎo)聯(lián)線采用了一體化設(shè)計(jì)。心電、血氧、體溫傳感和導(dǎo)聯(lián)線經(jīng)過一個(gè)開模制作的一體化導(dǎo)聯(lián)線，成為一個(gè)接口進(jìn)入遠(yuǎn)程生理參數(shù)檢測(cè)儀內(nèi)，減少了線的數(shù)量，消除了多根導(dǎo)聯(lián)線帶來的混亂和使用上的不方便。

儀器內(nèi)部還集成了藍(lán)牙傳輸模塊，各項(xiàng)生理參數(shù)檢測(cè)完成后，單片機(jī)能存儲(chǔ)這些結(jié)果，并將他們轉(zhuǎn)換為固定格式［7］的數(shù)據(jù)幀，通過單片機(jī)的串口發(fā)送至藍(lán)牙模塊，上傳到具有藍(lán)牙接收功能的個(gè)人終端。圖1為集成了各生理參數(shù)檢測(cè)和上傳功能的遠(yuǎn)程生理參數(shù)診斷儀及配套傳感器。

1.2 個(gè)人終端的設(shè)計(jì)

圖1 遠(yuǎn)程生理參數(shù)診斷儀及配套傳感器

一般檢測(cè)儀器的設(shè)計(jì)，都需要有輸入、輸出部分，儀器需要鍵盤、觸摸屏等輸入元件來操作，也需要顯示屏、聲響、燈光等輸出元件來顯示結(jié)果，但這樣無形中也加大了設(shè)計(jì)難度，也增加了儀器成本。近年來，以手機(jī)、平板電腦為代表的嵌入式設(shè)備快速發(fā)展［8］，處理器、顯示技術(shù)、觸摸輸入等技術(shù)都得到長足的進(jìn)步，有完整的電池供電、充電管理能力，大部分內(nèi)置了藍(lán)牙等短程無線傳輸模塊，可與外界交換數(shù)據(jù)，而且采用的操作系統(tǒng)也是開放式的，可以開發(fā)自己的程序。這就為儀器設(shè)計(jì)帶來了新的思路，我們可以將檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)為不帶輸入、輸出部分，只有藍(lán)牙等無線傳輸模塊，通過無線傳輸模塊接受指令，發(fā)送結(jié)果;而所有的控制和結(jié)果顯示功能都由運(yùn)行在嵌入式設(shè)備上的程序完成。這樣做的好處，一方面是降低了成本，檢測(cè)儀器不需要再加入價(jià)值不菲的現(xiàn)實(shí)皮和其他按鍵、燈光、聲響等原件，控制和顯示結(jié)果用的嵌入式設(shè)備可以使用已有的智能手機(jī);即使需要使用新購入的大屏幕平板電腦等，這些設(shè)備也可以作為家庭娛樂設(shè)備使用，增加了性價(jià)比。另一方面，減少檢測(cè)儀器的輸入輸出元件也簡化了檢測(cè)儀器的設(shè)計(jì)，不用再考慮其電路設(shè)計(jì)、程序驅(qū)動(dòng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題。這樣的設(shè)計(jì)方案還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，就是可以利用嵌入式設(shè)備成熟的遠(yuǎn)程傳輸功能(通過WIFI或3G等)來傳輸數(shù)據(jù)，程序可以很方便地調(diào)用函數(shù)將通過藍(lán)牙接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。

在具體的設(shè)計(jì)上，本系統(tǒng)采用了運(yùn)行ANDROID系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備，在ECLIPSE開發(fā)環(huán)境下，使用JAVA語言編寫了設(shè)備程序，ANDROID操作系統(tǒng)的版本為4.1。其主要功能是控制各生理參數(shù)檢測(cè)的開始、中斷、結(jié)束，接收各項(xiàng)數(shù)據(jù)并顯示。心電和心率測(cè)量時(shí)，可顯示當(dāng)前導(dǎo)聯(lián)數(shù)、心電波形、心率數(shù)據(jù);血壓測(cè)量時(shí)可顯示脈搏波和最后的收縮壓、舒張壓;血氧測(cè)量時(shí)也可顯示脈搏波和血氧值;體溫測(cè)量時(shí)，會(huì)顯示體溫上升的過程和檢測(cè)完成還需要的時(shí)間。各項(xiàng)數(shù)據(jù)測(cè)量完畢后，點(diǎn)擊菜單中的上傳按鈕，可以將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過WIFI和3G等聯(lián)網(wǎng)方式上傳到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫保存。如果傳送失敗，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，可以重新傳輸。

在ANDROID程序的設(shè)計(jì)中，特別加入了一個(gè)用戶登錄的過程，每個(gè)測(cè)試者在進(jìn)行檢測(cè)前，必須先用自己的用戶名登錄，才可進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。這種設(shè)計(jì)是考慮到在社區(qū)和家庭中，不可能每人一臺(tái)檢測(cè)儀，而應(yīng)該是一臺(tái)檢測(cè)儀可供多人使用。在這種情況下，就要求不同的用戶有不同的用戶名，各自的檢查結(jié)果才不會(huì)混淆。個(gè)人終端的程序相應(yīng)地有一個(gè)用戶注冊(cè)、管理功能，每一名用戶必須先在本機(jī)注冊(cè)，才能進(jìn)行檢測(cè)。

在儀器的的操作方式上，也應(yīng)充分考慮社區(qū)和家庭的特點(diǎn)，操作者一般為非專業(yè)人士，很多甚至對(duì)電腦、手機(jī)等數(shù)碼設(shè)備都不太熟悉。針對(duì)這一情況，本系統(tǒng)的個(gè)人終端程序盡量簡化操作方式，設(shè)計(jì)為觸摸式，只需要2個(gè)按鍵(確認(rèn)、退出各一)即可完成全部操作，每按一次按鍵后，會(huì)有詳細(xì)的專門定制的動(dòng)畫和語音提示下一步該做什么，怎么做。一個(gè)從未接觸過本儀器，也不熟悉數(shù)碼設(shè)備操作的用戶，通過簡單的學(xué)習(xí)，很快就可熟練掌握本儀器和個(gè)人終端的操作。圖2為在手機(jī)上檢測(cè)血氧的顯示圖。

圖2 手機(jī)上檢測(cè)血氧的顯示

除了上述重要生理參數(shù)外，個(gè)人終端還在程序中允許直接輸入一些重要的個(gè)人健康信息，如體重秤測(cè)得的體重值、血糖儀測(cè)得的血糖值等，這些數(shù)據(jù)也將和檢測(cè)得到的生理參數(shù)一起，上傳到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，以便對(duì)健康狀況有更完整的判斷。

1.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和健康管理服務(wù)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)

個(gè)人終端獲得了個(gè)人的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，需要有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫保存，而醫(yī)生在需要時(shí)應(yīng)該能調(diào)出用戶的數(shù)據(jù)查看并評(píng)估，這兩個(gè)功能分別由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和健康服務(wù)管理網(wǎng)站完成。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫應(yīng)能接收個(gè)人終端上傳的各種數(shù)據(jù)并保存，同時(shí)應(yīng)能完成健康管理服務(wù)機(jī)構(gòu)、用戶的認(rèn)證、收費(fèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)、檢索、查詢、用戶管理等功能。同時(shí)應(yīng)有完善的數(shù)據(jù)庫安全系統(tǒng)和備份機(jī)制，以保護(hù)數(shù)據(jù)的安全。

而健康管理服務(wù)網(wǎng)站是為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行而搭建的人機(jī)交互環(huán)境與操作界面，與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫結(jié)合，可為管理者(健康管理服務(wù)機(jī)構(gòu))、醫(yī)生、用戶三類人服務(wù)，實(shí)現(xiàn)以下功能:①管理者(健康管理服務(wù)機(jī)構(gòu))通過該界面可以對(duì)醫(yī)生和用戶進(jìn)行管理，包括增刪、設(shè)定醫(yī)生服務(wù)對(duì)象，記錄醫(yī)生服務(wù)工作量，設(shè)定用戶服務(wù)等級(jí)等。②醫(yī)生通過該界面可以方便地了解被服務(wù)人群(用戶)的日常診斷的生理病理信息，相關(guān)生理參數(shù)的趨勢(shì)圖表分析，計(jì)算機(jī)輔助診斷信息，病案信息等;并通過該終端系統(tǒng)與被服務(wù)對(duì)象完成信息溝通，提供醫(yī)學(xué)咨詢和指導(dǎo)。③用戶通過該界面則可以了解自己的檢測(cè)結(jié)果，得到服務(wù)醫(yī)生的健康指導(dǎo)。

在本文所述的系統(tǒng)中，我們采用 Apache作為 Web服務(wù)器，MySQL作為數(shù)據(jù)庫，PHP服務(wù)器端腳本解釋器來設(shè)計(jì)健康管理用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和服務(wù)網(wǎng)站。由于這3個(gè)軟件均為自由軟件，同時(shí)，A-pache、PHP和MySQL的組合還可以跨平臺(tái)運(yùn)行，因此，這3個(gè)軟件是架構(gòu)數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)站的最佳組合［9］。構(gòu)建的健康管理用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和服務(wù)網(wǎng)站，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器能接收個(gè)人終端通過各種方式(GPRS、3G、WIFI)傳來的數(shù)據(jù)，并按不同的用戶保存。而醫(yī)生可以登錄健康服務(wù)管理網(wǎng)站，調(diào)取、查看用戶的各種數(shù)據(jù)，并給出醫(yī)囑，用戶登錄后可看到自己的檢測(cè)結(jié)果和醫(yī)囑，而管理者能對(duì)醫(yī)生和用戶信息進(jìn)行管理，包括增刪、權(quán)限限制等。圖3為登錄網(wǎng)站后調(diào)取的檢查記錄、心率趨勢(shì)、心電顯示圖。

圖3 醫(yī)生終端登錄網(wǎng)站后調(diào)取數(shù)據(jù)頁面

1.4 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

綜上所述，本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，位于家庭或社區(qū)的遠(yuǎn)程生理參數(shù)檢測(cè)儀，在個(gè)人終端的控制下，可檢測(cè)用戶的各項(xiàng)生理參數(shù)，并傳到個(gè)人終端上顯示;而個(gè)人終端打包這些數(shù)據(jù)和直接輸入的健康信息，通過聯(lián)網(wǎng)上傳到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫保存;醫(yī)生可隨時(shí)登錄健康管理服務(wù)網(wǎng)站查看用戶信息，留下建議;用戶也可隨時(shí)登錄健康管理服務(wù)網(wǎng)站查看自己的檢查結(jié)果和醫(yī)生的留言。

2 結(jié)果與討論

本論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，以運(yùn)行Android系統(tǒng)的手機(jī)或平板電腦為個(gè)人終端，成功實(shí)現(xiàn)了通過遠(yuǎn)程生理參數(shù)診斷儀檢測(cè)人體基本生理參數(shù)(心電、心率、血壓、血氧、體溫)，并上傳到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。健康管理服務(wù)網(wǎng)站則能準(zhǔn)確及時(shí)調(diào)取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并按要求以固定格式顯示。在測(cè)試中，生理參數(shù)的檢測(cè)經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)儀器對(duì)比，結(jié)果準(zhǔn)確;個(gè)人終端上傳到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和健康管理服務(wù)網(wǎng)站調(diào)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)無誤，顯示正確。整個(gè)系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

本文所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，還只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的系統(tǒng)。遠(yuǎn)程生理參數(shù)診斷儀仍需要連接較多的傳感器，家庭用戶使用上仍不夠方便，將來可考慮將各參數(shù)的測(cè)量設(shè)計(jì)為單獨(dú)的儀器，或采用可穿戴式傳感器，使得儀器盡可能小，重量輕，使用方便。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和健康管理服務(wù)網(wǎng)站是自行設(shè)計(jì)的獨(dú)立系統(tǒng)，容量、功能有限，未來應(yīng)考慮與醫(yī)院的整個(gè)管理、信息系統(tǒng)融合，成為醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)的一部分，用戶(病人)的加入、分級(jí)、收費(fèi)管理，醫(yī)生的進(jìn)入、權(quán)限、與用戶的溝通方式等等，都需要通盤考慮，統(tǒng)一設(shè)計(jì)。

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