基于無線網(wǎng)絡的居家養(yǎng)老醫(yī)療系統(tǒng)設計

0 引言

從2009年開始，我國老齡化進入快速發(fā)展階段，再過10～20 a將迎來老齡化高峰。養(yǎng)老服務已經(jīng)成為重大的社會問題[1]，如何保證這些高危群體的生命健康，最大限度地提高其生活質(zhì)量，是當今我國面臨的嚴峻課題。

目前，我國家庭養(yǎng)老功能日益弱化，政府養(yǎng)老服務供給不足、質(zhì)量不高，不能滿足老年人日益增長的服務需求。居家養(yǎng)老服務是指政府和社會力量依托社區(qū)，為居家的老年人提供生活照料、家政服務、康復護理和精神慰藉等方面服務的一種服務形式。它是對傳統(tǒng)家庭養(yǎng)老模式的補充與更新，是我國發(fā)展社區(qū)服務、建立養(yǎng)老服務體系的一項重要內(nèi)容。全面推進居家養(yǎng)老服務，是破解我國日趨尖銳的養(yǎng)老服務難題，切實提高廣大老年人生命、生活質(zhì)量的重要出路。

本文以居家養(yǎng)老為基礎，依托無線網(wǎng)絡通信，就醫(yī)療保障方面設計了一套系統(tǒng)，為居家養(yǎng)老服務。文中以智能手機和平板計算機等多種智能移動終端為接入，實現(xiàn)用戶心電、血壓、體溫、血氧、血糖等醫(yī)學指標的醫(yī)療監(jiān)護和告警以及用戶電子病歷檔案的管理功能等。

1 系統(tǒng)結構設計

1.1 系統(tǒng)總體框架結構

該系統(tǒng)綜合應用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術、無線醫(yī)療技術、計算機技術、移動互聯(lián)網(wǎng)技術，由4大部分組成（如圖1所示[2]）：可穿戴式帶有藍牙（Bluetooth）模塊的無線心電儀、血壓計、血氧儀、血糖儀等便攜式醫(yī)療設備組成的健康數(shù)據(jù)采集部分；老人隨身攜帶的智能手機、平板計算機等設備組成的移動終端；寬帶、報警系統(tǒng)組成的通信網(wǎng)絡；社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫等組成的服務終端部分。

圖1 居家養(yǎng)老醫(yī)療保障系統(tǒng)

該系統(tǒng)具有老人主動報警和社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)根據(jù)老人的體征參數(shù)判斷報警的雙重報警功能，其工作流程是：無線藍牙采集模塊把采集的健康數(shù)據(jù)傳送給老人隨身攜帶的移動終端（智能手機或平板計算機），移動終端以3G移動或GPRS通信網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭蛱鼐W(wǎng)（如有老人緊急呼救，直接撥打報警電話），最后傳送到社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)。社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)根據(jù)老人的體征參數(shù)給出健康評估，如發(fā)現(xiàn)異?；蛐枋┚?，就緊急報警和通知中心醫(yī)院，并通過手機短信或者語音告知家屬。

1.2 數(shù)據(jù)采集采用無線藍牙通信

藍牙是無線數(shù)據(jù)通信的全球規(guī)范，是遠程醫(yī)療中研究的熱點。它功耗較低、芯片體積小、速率相對較高。通過表1[3]的全方面比較，考慮到該系統(tǒng)的移動終端主要是支持藍牙的智能手機和平板計算機，所以采用藍牙作為社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)最科學、最便捷、低成本的接入方式。以目前比較常見的藍牙2.0為例，其數(shù)據(jù)傳輸速率在1～2 MB/s，已足夠穿戴式醫(yī)療設備的數(shù)據(jù)通信使用。另外，高速藍牙標準正在發(fā)展，其在便攜式無線醫(yī)療設備中有較好的應用前景，且為該系統(tǒng)留下了很大的升級拓展空間。

表1 各種無線通信方式傳輸參數(shù)比較

2 心電及腕帶模塊設計

該系統(tǒng)的采集模塊不僅有心電模塊，還有腕帶（血壓、脈搏、體溫）、血氧、血糖、呼吸等各種人體重要的生理參數(shù)采集模塊，本文限于篇幅，只詳細敘述其中的心電、腕帶采集模塊。

2.1 心電模塊

心電模塊重點監(jiān)測老人的心臟活動狀態(tài)，是該系統(tǒng)的重要組成部分。

2.1.1 心電模塊設計要求

可穿戴醫(yī)療系統(tǒng)的心電模塊的芯片要基于低成本、低功耗、高速率無線通信才易于接受。心電傳感器采用穿戴胸帶式的可重復使用導電橡膠電極，老人沒有醫(yī)生的幫助也可以輕松方便地穿戴。橡膠電極能夠隨形緊貼皮膚，既柔軟又舒適，采集效果還好；橡膠材質(zhì)符合醫(yī)用要求，對身體沒有副作用；心電主機卡扣在胸帶上，主機輕巧，適于佩戴；省去了導聯(lián)線的連接，增加了可靠性并減少了干擾；采用大容量電池，能夠提供長時間的心電監(jiān)測[4]。

2.1.2 心電模塊的硬件設計

心電模塊主要由單導聯(lián)BMD101芯片、藍牙模塊（HC-06）和電源模塊等組成（如圖2所示）。其中BMD101是Neurosky（神念科技）的第三代生物信號監(jiān)測和處理芯片，具有先進的模擬前端電路和強大的數(shù)字信號處理結構，可以完成各種數(shù)字濾波運算、R波的提取以及心率和心率變異性的計算。它可以采集μV～mV的生物信號，然后經(jīng)過Neurosky的專利算法處理。

圖2 心電模塊系統(tǒng)框圖

BMD101是現(xiàn)存世界上最小的心電SOC芯片（面積僅為3 mm×3 mm）。其精度高、功耗低，外圍無器件，具有極低的系統(tǒng)噪聲和可控增益，使用16位高精度ADC模擬數(shù)字轉換器。其模擬前端還包含一個監(jiān)測電極脫落電路。

BMD101的核心是一個功能強大的系統(tǒng)管理單元。它負責整體系統(tǒng)配置、運行管理、內(nèi)外通信、專有算法計算和電源管理。另外，BMD101還配有固化DSP數(shù)字信號處理模塊來加速對系統(tǒng)管理單元監(jiān)控下的各種數(shù)字濾波的計算[5]。

藍牙系統(tǒng)采用HC-06模塊，由藍牙芯片CSR BC4和8MB FLASH組成。

2.2 無線腕帶模塊

無線腕帶模塊實時監(jiān)測老人的健康狀態(tài)，由外殼和芯片裝置組成。外殼由特殊醫(yī)用材質(zhì)制造，不會刺激皮膚或使老人感到不舒適。外殼由表帶和表頭部分組成，表帶的松緊度可自由調(diào)整，表頭內(nèi)置芯片裝置。芯片裝置由傳感器、GPS定位芯片、單片機控制、無線藍牙、電池模塊等組成。

2.2.1 無線腕帶模塊主要功能

（1）健康狀態(tài)監(jiān)測：該功能通過腕帶上的傳感器實時監(jiān)測老人的血壓、脈搏、體溫等關鍵生理參數(shù)，并傳輸給移動終端。

（2）GPS實時定位：可以主動對老人所處的位置進行定位追蹤，便于救援人員第一時間到達現(xiàn)場，保障老人的生命安全。

（3）警報和通信：該功能用于老人與社區(qū)醫(yī)療終端進行通信，當佩戴腕帶終端的老人需要服務時向社區(qū)醫(yī)療終端發(fā)出呼叫信息。

（4）ID身份信息：ID號是老人的電子身份號，老人的信息包括姓名、年齡、性別、家庭信息（家人、聯(lián)系方式、家庭住址等）、病歷檔案等[6]。ID信息在給老人佩戴腕帶之前存儲到腕帶內(nèi)，腕帶內(nèi)的數(shù)據(jù)與計算機中的數(shù)據(jù)同步。

2.2.2 無線腕帶健康狀態(tài)監(jiān)測硬件設計

無線腕帶健康狀態(tài)監(jiān)測由脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器、微處理器（MSP430F149）及無線傳輸模塊（HC-06）等組成（如圖3所示）。微處理器MSP430F149是美國德州儀器（Texas Instruments）公司的一種新型的混合信號處理器，具有16位總線，外設和內(nèi)存統(tǒng)一編址，有1個14路的12位模數(shù)轉換器（ADC12）和大容量的存儲空間（60 KB Flash ROM和2 KB RAM），2路USART通信端口、2個16位定時器、硬件乘法器，串行在線編程，低電壓、超低功耗，能完全勝任現(xiàn)設的幾路傳感器數(shù)量，并且可擴展空間大[7]。

圖3 無線腕帶健康狀態(tài)監(jiān)測框圖

體溫測量選用美國達拉斯（DALLAS）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器。DS18B20的工作溫度是-55～+125℃，測量精度為±0.5℃。DS18B20與MCU接口采用單總線接口，可把溫度信號直接轉換成串行數(shù)字信號供MCU處理，僅需一根線讀寫，因而使用DS18B20使系統(tǒng)結構更簡單、可靠[8]。

脈搏傳感器選用合肥華科電子技術研究所研發(fā)的HK-2000B型脈搏傳感器。該傳感器是軟接觸式的無創(chuàng)傷脈搏傳感器，它采用高度集成化工藝將力敏元件、靈敏度溫度補償元件、感溫元件、信號調(diào)理電路集成在傳感器模塊中。HK-2000B型脈搏傳感器具有靈敏度高、抗干擾能力強、柔性好、頻率響應廣、性能穩(wěn)定等特點。

血壓測量采用無袖帶腕表式血壓監(jiān)測器。腕表式血壓監(jiān)測器不需要充氣，通過監(jiān)測脈搏波沿手部動脈的傳播速度來計算血壓，這種血壓計使醫(yī)生能詳細了解佩戴者的血壓變動，及時發(fā)現(xiàn)異常狀況，最終將有可能利用這些數(shù)據(jù)來預測心臟病患者的發(fā)病時間。

3 社區(qū)醫(yī)療管理系統(tǒng)總體功能

作為社區(qū)醫(yī)療管理系統(tǒng)，軟件支持多用戶賬號的管理和使用、健康評估、緊急急救等功能以及與網(wǎng)絡服務器的實時交互。

3.1 用戶檔案管理

該系統(tǒng)為需要服務的老人維護一個用戶賬號，老人或親屬也可以以此賬號訪問社區(qū)醫(yī)療管理系統(tǒng)。社區(qū)醫(yī)療管理系統(tǒng)用用戶名和密碼來區(qū)分不同的老人以提供服務，為每一個用戶賬號保存其用戶配置和監(jiān)測信息。用戶可以隨時更改自己的某些配置信息以及查看自己的相關測量記錄。

3.2 健康評估、健康教育

健康評估就是軟件系統(tǒng)利用測得的生理參數(shù)，結合現(xiàn)有病歷進行整理、分析，形成當前健康狀態(tài)、發(fā)展趨勢及可能出現(xiàn)的結果等諸多方面的判斷。健康評估系統(tǒng)以評估報表的方式向老人及其親屬提供評估結果和健康改善意見，為老人提供健康管理服務。鼓勵和幫助老人糾正不健康的行為習慣，制訂個性化的健康措施。同時，系統(tǒng)還為老人提供膳食和運動方面的建議，增強其健康意識，降低疾病風險，并對個人健康干預的效果進行評估。

健康教育包括膳食、運動、心理、生活方式等與健康相關的知識。此模塊主要提供與健康有關的各方面的信息，使老人提高健康保健的意識，自覺關注自身的健康狀況，積極采取改善建議，從而達到良好的干預效果[9-10]。

3.3 急救機制

利用所測得的老人體征數(shù)據(jù)和腕帶的GPS模塊，系統(tǒng)建立基于用戶健康狀況同時包含用戶位置的告警機制。在本地和遠端服務器都產(chǎn)生相應的告警行為，達到緊急急救的目的。并且依托于智能手機平臺，還可以擴展出短信模塊和電話模塊，增加收發(fā)短信和撥打電話的方式，進一步完善告警策略。

告警急救機制的加入可使老人的狀況發(fā)生突變時得到及時救治的幾率更大，使得社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)確實起到監(jiān)測、急救的作用，大大提高了救治成功率。

4 社區(qū)醫(yī)療服務器設計

醫(yī)療服務器主要包括數(shù)據(jù)庫和Web服務器，系統(tǒng)的擴展性很重要。一方面，需要與老人的傳感器、手機終端實時通信以獲取監(jiān)測信息；另一方面，需提供老人及其親屬、醫(yī)護人員以及管理員的用戶終端。針對老人及其親屬的Web用戶端主要用于查看老人的賬戶信息以及對用戶配置參數(shù)進行相應的修改，醫(yī)護人員Web用戶端則可以進行老人的電子病歷查看、實時體征數(shù)據(jù)查看和診斷等活動。

5 應用效果

筆者對本單位小區(qū)56位老人進行應用檢測。他們的情況為心血管病患者34人（高血壓病患者26人）、糖尿病患者4人、中風偏癱患者1人、老年

（????）（????）癡呆患者1人，最小51歲，最大87歲，平均69歲。歷時6個月，結果顯示：發(fā)生警報21例（心臟驟停1例、急性心肌梗死1例、心力衰竭3例、高血壓10例、體溫異常5例、誤報1例），發(fā)現(xiàn)新病患者并確診6例（冠心病2例、老年竇性心動過緩1例、心房顫動1例、高血壓2例），GPS定位2例，服務通信243人次，醫(yī)療數(shù)據(jù)信息372人次，用戶查詢112人次。

綜上情況，該系統(tǒng)能夠及時、準確地對心血管病患者進行心電的檢測，對高血壓患者及身體異常的老人進行及時提醒和救助，能夠發(fā)現(xiàn)并確診新病例，定時形成健康評估報告，達到預期的目的。

6 結語

本文重點介紹了一種居家養(yǎng)老系統(tǒng)在醫(yī)療保障服務方面可行方案的分析與設計。該系統(tǒng)中融合多種接入方式的無線醫(yī)療服務，基于智能手機和平板計算機等，給家中需要進行健康護理的老人使用，簡單易用，便于推廣。而其可移動監(jiān)護性和實時性，更能為需要急救的老人爭取寶貴的時間，大大提高救治成功率。希望居家養(yǎng)老醫(yī)療保障系統(tǒng)為當前日益激化的養(yǎng)老問題貢獻出一份力量，方便老者，同時也能使人們的生活質(zhì)量越來越好。

[1]方勇軍，駱星九，鄧親愷.監(jiān)護儀在社區(qū)醫(yī)療模式中的發(fā)展與應用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34（1）：86-87，113.

[2]劉耀東，王明宇，楊吉江.基于無線網(wǎng)絡的遠程健康管理與急救系統(tǒng)設計[J].計算機技術與發(fā)展，2012，22（3）：129-132.

[3]黃進，王磊，張元亭.基于可穿戴式醫(yī)療系統(tǒng)芯片的無線收發(fā)器[J].中國生物醫(yī)學工程學報，2009，28（4）：581-583.

[4]劉晨亮，師麗菊.基于CC430的無線胸帶式心電采集終端[J].電子世界，2011（10）：33-36.

[5]林金朝，李國軍，陳志勇，等.可穿戴式生命體征監(jiān)護設備的研制[J].傳感技術學報，2009，22（5）：632-638.

[6]王震，劉智斌.基于物聯(lián)網(wǎng)的養(yǎng)老院管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].計算機與現(xiàn)代化，2012（6）：77-80.

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[10]趙秋芬，黃岳山，吳效明.基于.NET的社區(qū)醫(yī)療服務平臺的設計與研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34（4）：50-51，87.

（收稿：2013-09-22 修回：2013-12-26）

杜新峰，秦 燕

目的：設計基于無線網(wǎng)絡的居家養(yǎng)老醫(yī)療系統(tǒng)，為國內(nèi)日趨尖銳的養(yǎng)老問題服務，提高老年人的生命及生活質(zhì)量。方法：利用無線藍牙、3G移動或GPRS通信網(wǎng)絡，把傳感器檢測的健康狀態(tài)參數(shù)傳輸給社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)，實現(xiàn)用戶心電、血壓、體溫、血氧、血糖等醫(yī)學指標的醫(yī)療監(jiān)護和告警以及用戶電子病歷檔案的管理功能等。結果：該系統(tǒng)實現(xiàn)了老年人健康狀態(tài)參數(shù)的檢測，保護了老年人的生命安全。結論：該居家養(yǎng)老醫(yī)療系統(tǒng)的實現(xiàn)，可為進一步提高居家養(yǎng)老的醫(yī)療服務水平和構建智能社區(qū)提供參考，并可緩解人口老齡化帶來的矛盾。

無線網(wǎng)絡；居家養(yǎng)老；社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)；健康評估

Design of home-based medical care system for aged based on wireless network

DU Xin-feng1,QIN Yan2
（1.Department of Medical Engineering,Guilin Sanatorium of Guangzhou Military Area Command,Guilin 541003, Guangxi Zhuang Autonomous Region,China;2.Department of Medicament,Guilin Sanatorium of Guangzhou Military Area Command,Guilin 541003,Guangxi Zhuang Autonomous Region,China）

ObjectiveTo design a home-based medical care system based on the wireless network to improve the living quality of the aged.MethodsWireless Bluetooth,3G mobile network and GPRS network were used to transmit the physiological data obtained by the sensors to the community medical system,and the monitoring and alarming could be realized for the indexes on ECG,blood pressure,body temperature,SaO2and blood glucose.The electronic medical records could be also managed by this system.ResultsThe system could implement the detection of the physiological data of the aged.ConclusionThe system lays a foundation for intelligent community and home-based medical care for the aged.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（10）：39-41，55]

wireless network;home care;community health care system;health assessment

R318；TP311.13

A

1003-8868（2014）10-0039-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.10.039

杜新峰（1979—），男，主管技師，主要從事醫(yī)療裝備維修、管理等方面的研究工作，E-mail：13768135495@163.com。

541003廣西桂林，廣州軍區(qū)桂林療養(yǎng)院醫(yī)學工程科（杜新峰），藥劑科（秦 燕）