張云霞+王英龍

【摘 要】本文設計了一種基于體域網(wǎng)采集技術(shù)和云平臺存儲技術(shù)的移動醫(yī)療系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過低功耗Zigbee網(wǎng)絡采集人體血壓、血氧、心電等生理數(shù)據(jù)，將傳感器節(jié)點采集的生理參數(shù)傳輸?shù)絑igbee-Bluetooth網(wǎng)關(guān)，利用藍牙在移動網(wǎng)絡接入方面的優(yōu)勢，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿咏K端設備，移動終端通過Wifi/GPRS網(wǎng)絡上傳至云服務平臺進行存儲和數(shù)據(jù)分析，醫(yī)生可以登錄網(wǎng)站提供給患者咨詢服務。該系統(tǒng)設計實現(xiàn)了遠程咨詢、遠程診斷，很大程度上解決了患者就醫(yī)難、就醫(yī)貴的難題。

【關(guān)鍵詞】體域網(wǎng)；Zigbee-Bluetooth網(wǎng)關(guān)；移動醫(yī)療；云平臺

通過無線體域網(wǎng)實現(xiàn)遠程醫(yī)療成為移動醫(yī)療發(fā)展的方向[1]，一方面，由于生活節(jié)奏快、壓力大和和人口老齡化造成的各種慢性病和心腦血管疾病等發(fā)病率增加[2-3]，另一方面，醫(yī)療資源分布不平衡造成了偏遠地區(qū)患者就醫(yī)困難，往返醫(yī)院造成患者時間和財力的極大浪費，傳統(tǒng)的醫(yī)療模式不能實時地監(jiān)測患者的生理狀況，出現(xiàn)問題不能得到醫(yī)療專家及時診斷，往往延誤了治療的最佳時機。

針對傳統(tǒng)的醫(yī)療模式存在的問題，文中采用Zigbee協(xié)議構(gòu)成的無線體域網(wǎng)，獲取人體生理參數(shù)，通過混合網(wǎng)關(guān)傳輸至基于Android的智能終端，最后利用云平臺存儲分析用戶數(shù)據(jù)，方便用戶及家人及時了解身體健康狀況。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

體域網(wǎng)是以人體為中心，由分布在人體表面、人體周圍或者是嵌入人體內(nèi)部的傳感器組成的小范圍通信網(wǎng)絡，具有信息采集、處理和網(wǎng)絡傳輸?shù)墓δ??？傮w架構(gòu)設計如圖1所示，該移動醫(yī)療系統(tǒng)由感知部分、傳輸部分和云服務部分三部分構(gòu)成。

生理數(shù)據(jù)的采集是基于用戶不同身體部位的傳感器組成的無線穿戴式體域網(wǎng)，通過分布在人體不同部位的終端節(jié)點采集人體血壓、血氧、心電等生理數(shù)據(jù)，通過短距離、低功耗Zigbee傳輸協(xié)議將生理數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑igbee-Bluetooth混合網(wǎng)關(guān)，到移動智能終端，移動智能終端通過Wifi或者GPRS將采集到的數(shù)據(jù)上傳至云服務平臺，云服務平臺以云計算作為支撐，提供了海量醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲和健康服務，通過分析健康數(shù)據(jù)反饋給客戶端診斷信息，用戶可以通過已注冊的用戶賬號登錄云平臺前端服務網(wǎng)站或使用智能終端隨時查看自己的歷史數(shù)據(jù)和健康數(shù)據(jù)變化趨勢來適當?shù)恼{(diào)整自己的日常生活習慣。

2 體域網(wǎng)采集模塊的設計

WBAN中的傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、負責數(shù)據(jù)發(fā)送的部分以及提供電源的部分四個部分組成，節(jié)點微控制器采用T1公司的CC2530模塊，該芯片兼容Zigbee協(xié)議的射頻模塊和一個增強型的微控制器，能夠運行T1的Z-Stack協(xié)議棧。如圖2所示，該移動系統(tǒng)采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，采集模塊由各類Zigbee傳感器節(jié)點組成，可以獲取人體的血壓、血氧、和心電等生理參數(shù)，并通過Zigbee協(xié)議傳輸?shù)絑igbee協(xié)調(diào)器，經(jīng)過Zigbee-Bluetooth網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換后通過藍牙協(xié)議傳輸至移動終端。

3 Zigbee/藍牙混合無線網(wǎng)關(guān)設計

無線網(wǎng)關(guān)設計是整個移動醫(yī)療系統(tǒng)傳輸?shù)暮诵?，Zigbee采用CC2530芯片實現(xiàn)，藍牙部分則采用BlueCore4芯片實現(xiàn)，兩芯片之間利用UART串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，利用Micro SD卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲并且通過SPI接口與CC2530模塊連接。當節(jié)點有數(shù)據(jù)發(fā)送過來的時候，Zigbee模塊接收數(shù)據(jù)并存入Micro SD卡中，又通過網(wǎng)關(guān)內(nèi)的UART串口傳送到藍牙模塊打包為藍牙數(shù)據(jù)包，當藍牙與移動設備相連的時候，通過藍牙將數(shù)據(jù)發(fā)送至移動智能終端存儲，當移動終端與外網(wǎng)相連時，移動終端將數(shù)據(jù)傳送至云服務平臺，進行數(shù)據(jù)分析并反饋相關(guān)建議至移動終端，同時，遠程端醫(yī)生也可以查看患者上傳的數(shù)據(jù)，提供咨詢和建議。

4 人機交互界面設計

該系統(tǒng)軟件基于Android4.4操作系統(tǒng)研發(fā)，包括系統(tǒng)界面設計、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲三部分，如圖3所示，包括用戶登錄界面、用戶主界面和各個功能界面，每個Acticity都有多種控件組成，包括ImageView、Button、TextView等組成，主界面和各個功能界面之間通過Intent組件實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。

生理數(shù)據(jù)的讀取需要在XML布局文件中定義TextView控件，用來顯示文本內(nèi)容，并設置該文本框的大小、位置等相關(guān)屬性，然后在Java程序中調(diào)用已添加的控件，將緩沖區(qū)上傳的實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為String類型數(shù)據(jù)并作為setText（）方法的參數(shù)，這樣，讀取數(shù)據(jù)就可以顯示在界面的制定位置，實時顯示傳感器收集的生理參數(shù)。

5 云服務平臺設計

該移動醫(yī)療系統(tǒng)通過智能終端將數(shù)據(jù)上傳至云服務平臺進行數(shù)據(jù)分析存儲，用戶可以通過登錄自己的賬號隨時查看生理參數(shù)的變化，既節(jié)省了患者大量往返醫(yī)院的時間和財力，也節(jié)省了大量的醫(yī)療資源，是解決我國醫(yī)療資源分配不均的一種有效方式。該移動醫(yī)療系統(tǒng)利用云服務平臺進行海量數(shù)據(jù)存儲和海量數(shù)據(jù)管理，并為用戶提供人性化的服務。

云平臺設計內(nèi)容主要包含數(shù)據(jù)接口設計和數(shù)據(jù)庫設計，該平臺采用Web Service進行接口設計，采用SQL server數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲，利用.NET框架提供支持，架構(gòu)之間高聚合、低耦合、層次性高，出現(xiàn)問題便于修改。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負責進出庫數(shù)據(jù)的優(yōu)化。管理和整合，并通過SOAP協(xié)議和HTTPS協(xié)議與服務接口層進行對接，確保生理數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

6 移動醫(yī)療系統(tǒng)測試

6.1 人機交互界面測試

以血壓為例，展示系統(tǒng)功能界面顯示，用戶可以查看血壓值和歷史變化趨勢如圖4所示。

6.2 云服務平臺測試

已注冊過的用戶可以登錄云服務平臺網(wǎng)站的方式，查詢測量過的生理參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，觀察生理參數(shù)變化趨勢，起到提前預防疾病的作用；通過瀏覽歷史數(shù)據(jù)患者可以了解治療狀況，方便及時調(diào)整治療方案，達到最好治療效果。用戶本人或家人可以下載手機客戶端APP，隨時隨地了解家人身體健康狀態(tài)，用戶使用移動醫(yī)療系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳云平臺效果如圖5所示。

7 結(jié)束語

本文結(jié)合Zigbee技術(shù)和藍牙技術(shù)的互補優(yōu)勢，在Android平臺上設計了該移動醫(yī)療系統(tǒng)，可以實時檢測患者血壓、血氧和心電等生理參數(shù)，通過云服務平臺存儲生理健康數(shù)據(jù)并驚醒數(shù)據(jù)分析，對新型醫(yī)療模式的發(fā)展提供了新的思路。

【參考文獻】

[1]Kim Y， Lee S， Lee S. Coexistence of ZigBee-based WBAN and WiFi for Health Telemonitoring Systems[J]. IEEE Journal of Biomedical & Health Informatics， 2015， 20（1）：1.

[2]Alsharqi K， Abdelbari A， Elnour A A， et al. Zigbee Based Wearable Remote Healthcare Monitoring System for Elderly Patients[J]. International Journal of Wireless & Mobile Networks， 2014， 6（3）： 53-67.

[3]馬豪，陳荃，秦盼盼，等.國內(nèi)外遠程醫(yī)療技術(shù)發(fā)展狀況及相關(guān)問題分析[J].醫(yī)學信息學雜志，2014，35（12）：35-39.

[責任編輯：楊玉潔]