摘 要：臨床研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)（Dynamic electrocardiogram （ECG） monitoring）效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)靜態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)，隨著人們對(duì)醫(yī)療保健的重視，醫(yī)療保健和健康監(jiān)測(cè)平臺(tái)將產(chǎn)生大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)不能有效的對(duì)這些收集的大數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析。針對(duì)這些問題，本文提出了一種基于云平臺(tái)的動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)分析系統(tǒng)。首先，利用數(shù)據(jù)采集傳感器采集動(dòng)態(tài)心電信號(hào)與心跳數(shù)據(jù)，然后，傳感器通過藍(lán)牙技術(shù)將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給終端，終端再將數(shù)據(jù)發(fā)送到云存儲(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)。該云平臺(tái)采用分層服務(wù)建立的建模框架，而云存儲(chǔ)是由數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)（MySQL）和分布式文件系統(tǒng)存（HDFS）所組成的。該系統(tǒng)可以讓用戶更好的了解自己身體狀況，達(dá)到疾病監(jiān)測(cè)的目的。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)心電圖；醫(yī)療保??；Hadoop；云平臺(tái)；智能手機(jī)

中圖分類號(hào)：TH77；TP393.09 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2018）01-0037-02

Research on Dynamic ECG Monitoring System Based on Cloud Technology

YAN Xilan，XIE Jingming

（Guangzhou Panyu Polytechnic School of Information Engineering，Guangzhou 511485，China）

Abstract：Clinical studies showed that the dynamic electrocardiogram（Dynamic electrocardiogram （ECG） monitoring）is obviously superior to the traditional static ECG monitoring，as people focus on health care，health care and health monitoring platform will have a large number of monitoring data.The traditional health monitoring technology can not effectively manage and analyze the large data collected. To solve these problems，a dynamic ECG monitoring and analysis system based on cloud platform is proposed in this paper. First，data acquisition sensors are used to collect the dynamic ECG and heartbeat data. Then，the sensor sends the collected data to the terminal through Bluetooth technology，and the terminal sends the data to the cloud storage platform for storage. The cloud platform is modeled by hierarchical services，while cloud storage is composed of database storage （MySQL）and distributed file system storage （HDFS）. The system can make users better understand their own physical condition and achieve the purpose of disease monitoring.

Keywords：dynamic electrocardiogram；health care；Hadoop；cloud platform；smart phone

0 引 言

隨著運(yùn)動(dòng)量的增加，人將不但耗費(fèi)心肌氧，心率變異性異常，從而很容易誘發(fā)心臟疾病，通常的心電圖很難發(fā)現(xiàn)該類疾病，然而，動(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)卻可以很容易地解決這些問題。動(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)在一些疾病診斷方面具有不可替代的作用，比如冠心病，陣發(fā)性心律失常，心絞痛與心肌缺血等。因此，可以使用收集到的動(dòng)態(tài)心電圖數(shù)據(jù)去分析這些病情的嚴(yán)重程度[1，2]，判斷藥物和治療的效果并指導(dǎo)病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

隨著移動(dòng)終端設(shè)備和云平臺(tái)的發(fā)展與普及[1，2]，使得利用基于移動(dòng)終端和云平臺(tái)的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)為病人提供醫(yī)療服務(wù)也變?yōu)榭赡?，從而有利于降低醫(yī)療費(fèi)用并為老齡化社會(huì)、高昂的衛(wèi)生保健成本和數(shù)量有限的醫(yī)院設(shè)備等問題提供了一個(gè)很好的解決方案。然而，隨著健康監(jiān)測(cè)平臺(tái)中的醫(yī)療保健數(shù)據(jù)越來越大，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)無法有效地管理和分析這些數(shù)據(jù)了，當(dāng)面對(duì)如此大量的數(shù)據(jù)時(shí)，最重要的任務(wù)是解決如何正確存儲(chǔ)、提取和分析用戶的歷史數(shù)據(jù)，合理識(shí)別病人特征與相似案例匹配方法?；谠破脚_(tái)的健康監(jiān)控系統(tǒng)的概念已經(jīng)提出很久了[3]，幾乎沒有文獻(xiàn)提出使用基于云服務(wù)體系結(jié)構(gòu)建立動(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)的方法。本文提出了一種基于Hadoop構(gòu)架建立的云服務(wù)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高可靠性、較大處理容量、較靈活的擴(kuò)展性和性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

該系統(tǒng)主要分為三個(gè)模塊：動(dòng)態(tài)心電數(shù)據(jù)采集模塊（傳感器裝置）、監(jiān)測(cè)服務(wù)模塊（智能移動(dòng)終端）及大數(shù)據(jù)處理模塊（云服務(wù)管理平臺(tái)），動(dòng)態(tài)心電數(shù)據(jù)采集模塊主要由心率傳感器和配備藍(lán)牙技術(shù)的心電傳感器組成。監(jiān)測(cè)服務(wù)模塊主要由與云端服務(wù)平臺(tái)連接的智能移動(dòng)終端組成。而大數(shù)據(jù)處理模塊是利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及主從服務(wù)節(jié)點(diǎn)最大的優(yōu)化大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析，這些大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析都是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用軟件無法處理的。

1 云服務(wù)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 云服務(wù)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

基于云服務(wù)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要由生理傳感器、智能移動(dòng)終端、云服務(wù)管理平臺(tái)組成。主要研究工作包括：利用數(shù)據(jù)采集傳感器（包括心率傳感器和心電傳感器）同時(shí)采集動(dòng)態(tài)心電信號(hào)和心率數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙技術(shù)發(fā)送到智能移動(dòng)終端（通常是智能手機(jī)終端）進(jìn)行顯示和預(yù)處理，然后終端再將加密并壓縮后的數(shù)據(jù)通過4G或者Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳送到云服務(wù)管理平臺(tái)，該云平臺(tái)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成后，反饋發(fā)送到用戶移動(dòng)終端，用戶即可以得到一份他們自己的健康評(píng)估報(bào)告。例如當(dāng)診斷出心率不齊這樣的疾病時(shí)，智能移動(dòng)終端即會(huì)利用其定位裝置通知醫(yī)療中心并報(bào)告用戶的位置。

云服務(wù)平臺(tái)接受到用戶的生理數(shù)據(jù)后，也會(huì)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)用于進(jìn)一步的健康分析，系統(tǒng)最終會(huì)生成一份健康診斷結(jié)果并發(fā)送回用戶的移動(dòng)終端。云服務(wù)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

1.2 云存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)分析

由于需要實(shí)時(shí)響應(yīng)和存儲(chǔ)大量的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化生理數(shù)據(jù)，所以云平臺(tái)中的云存儲(chǔ)模塊采用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)（MySQL）和分布式文件系統(tǒng)存儲(chǔ)（HDFS）方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。MySQL數(shù)據(jù)庫主要用于存儲(chǔ)個(gè)人數(shù)據(jù)，管理員信息和診斷信息，收集到的大規(guī)模數(shù)據(jù)和診斷報(bào)告主要存儲(chǔ)在HDFS。這些數(shù)據(jù)是根據(jù)用戶的ID號(hào)進(jìn)行分類的，分布式存儲(chǔ)方式非常有益于擴(kuò)展，也能為用戶提供擁有長期的電子健康記錄。本系統(tǒng)中的海量健康數(shù)據(jù)的處理與分析算法都被集成在基于Hadoop集群建立的MapReduce框架中。

2 云服務(wù)管理平臺(tái)

云服務(wù)管理平臺(tái)包含了三層：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，主服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，從服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過虛擬化技術(shù)為主/從服務(wù)器節(jié)點(diǎn)和云端數(shù)據(jù)庫服務(wù)，云端數(shù)據(jù)庫用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理，主/從服務(wù)器節(jié)點(diǎn)用于接收生理數(shù)據(jù)，對(duì)不同疾病和用戶交互進(jìn)行分析處理。醫(yī)務(wù)人員和用戶也可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)入云管理平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求和命令給主服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，該主服務(wù)器節(jié)點(diǎn)控制其他的從服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)資源，從服務(wù)器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)計(jì)算并將結(jié)果返回給主服務(wù)節(jié)點(diǎn)。

3 智能終端應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)

智能終端應(yīng)用程序的程序流程如下，首先，用戶注冊(cè)成為會(huì)員，登錄后即可使用該應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)心電圖。該應(yīng)用程序主要由用戶信息管理、動(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)、診斷記錄管理和緊急報(bào)警功能四部分組成，用戶信息管理程序可以收集用戶的個(gè)人信息，比如身高，體重，習(xí)慣，疾病史和藥物使用等，用于輔助診斷；動(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)部分是采用藍(lán)牙技術(shù)接收采集的心電數(shù)據(jù)包，并對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行分析和預(yù)處理，同時(shí)，實(shí)時(shí)顯示收集到的心率數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)心電圖信號(hào)。完成收集數(shù)據(jù)后，該應(yīng)用程序?qū)⑼ㄟ^網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)的把這些信號(hào)數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)平臺(tái)；診斷記錄管理程序可以為用戶顯示歷史診斷記錄，心率趨勢(shì)、健康咨詢和動(dòng)態(tài)心電信號(hào)；急救報(bào)警功能是當(dāng)用戶處于緊急情況時(shí)，應(yīng)用程序?qū)⒆詣?dòng)的通知專業(yè)保健人員或緊急聯(lián)系人，并向他們發(fā)送用戶的位置信息和身體狀況。

4 結(jié) 論

本文提出的基于云服務(wù)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)分析系統(tǒng)涉及了多項(xiàng)技術(shù)，包含有傳感器技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，信號(hào)處理技術(shù)和軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)將傳感器，智能終端，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和Hadoop集群結(jié)合起來，搭建了一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)心電圖分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。云平臺(tái)的引入，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，降低維護(hù)平臺(tái)的成本和負(fù)擔(dān)，同時(shí)節(jié)省了功耗，緩解了海量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和處理問題。利用Hadoop集群的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度共享和深度利用。利用MapReduce計(jì)算框架進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，統(tǒng)計(jì)分析醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)與疾病相似性，可以幫助專家制定健康改善計(jì)劃。系統(tǒng)使得用戶更好地了解自己的身體狀況，達(dá)到疾病監(jiān)測(cè)和早期警告監(jiān)測(cè)的目的。

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作者簡(jiǎn)介：晏細(xì)蘭（1985.09-），女，漢族，江西南昌人，中級(jí)講師，碩士。研究方向：圖像處理，智能算法；謝景明（1977.05-），廣東湛江人，漢族。研究方向：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，游戲引擎技術(shù)。