徐越斌 韋 哲 陳 韜

近年來，我國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展迅速，但仍然存在公共衛(wèi)生醫(yī)療資源總量不足、優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源分布不均以及預(yù)防與監(jiān)測重大疾病的有效監(jiān)控體系不夠健全等問題。目前，高血壓、冠心病及糖尿病等慢性常見多發(fā)病的發(fā)生率呈逐年上升趨勢，而許多患者因地域條件所限，發(fā)現(xiàn)不及時、治療不得當而延誤診治[4]。隨著世界信息化技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)、移動通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日趨成熟，使得人體體征信息實時監(jiān)測和對患者實時遠程診療指導成為可能。本研究使用先進的傳感器技術(shù)、移動通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計一套穿戴式智能健康監(jiān)測(看護)與診療指導系統(tǒng)，實時監(jiān)測佩戴者的體征數(shù)據(jù)，對慢性病的發(fā)作進行預(yù)警，并支持遠程診療指導功能。

1 穿戴式智能健康監(jiān)測與診療指導系統(tǒng)

該系統(tǒng)需要實時采集佩戴者的體征信息，發(fā)送至遠程云數(shù)據(jù)平臺，供醫(yī)生查閱并進行實時指導，從功能上可將系統(tǒng)分為穿戴式、遠程云數(shù)據(jù)平臺和醫(yī)生指導三個子系統(tǒng)。

1.1 穿戴式子系統(tǒng)

穿戴式子系統(tǒng)可保存佩戴者的身份識別(ID)、姓名、性別、年齡等主要信息；可采集佩戴者的心電、血壓、體溫和脈搏4項主要生命體征，采集血糖及血氧飽和度等特殊指標，并對異常指標數(shù)據(jù)進行報警；可對患者進行定位，將以上數(shù)據(jù)無線發(fā)送至遠程云數(shù)據(jù)平臺模塊，與醫(yī)生指導模塊進行雙向語音通信。

1.2 遠程云數(shù)據(jù)平臺子系統(tǒng)

遠程云數(shù)據(jù)平臺能夠?qū)Υ┐魇侥K和醫(yī)生指導模塊進行支撐，實時接收和保存穿戴式模塊佩戴者的體征信息，存儲佩戴者既往的疾病診斷、病歷、檢查和檢驗相關(guān)數(shù)據(jù)，并提供給醫(yī)生指導模塊實時調(diào)取，接收并存儲醫(yī)生指導模塊發(fā)送的病歷數(shù)據(jù)。

1.3 醫(yī)生指導子系統(tǒng)

醫(yī)生指導子系統(tǒng)能夠無線登錄遠程云數(shù)據(jù)平臺，查閱穿戴式模塊佩戴者的相關(guān)病歷資料以及實時體征數(shù)據(jù)，且能與穿戴式模塊進行雙向語音通信，新增并編輯病歷數(shù)據(jù)，并發(fā)往遠程云數(shù)據(jù)平臺進行保存。

2 穿戴式智能健康監(jiān)測與診療指導系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)本研究對3個子系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)之間的通信功能進行設(shè)計，各系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖

2.1 穿戴式子系統(tǒng)設(shè)計

(1)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動控制技術(shù)為主要手段，整合微傳感器，對心電、血壓、體溫和脈搏4項主要生命體征進行采集，并將4個微傳感器輸出的電壓信號，經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog digital converter，ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在數(shù)字化的同時對電路進行優(yōu)化，合并冗余電路，控制穿戴式終端的體積[1-10，16，17]。設(shè)置閾值，集成報警器，對異常體征信號報警。集成全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)定位技術(shù)、對佩戴者進行定位。

(2)采用mini-SD卡作為穿戴式子系統(tǒng)的本地存儲器，存儲佩戴者的ID、姓名、性別、年齡等主要信息，采集其體征數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)。

(3)采用藍牙、WiFi無線傳輸技術(shù)，手機3G和(或)4G無線傳輸技術(shù)，周期性地將佩戴者的基本信息、體征信息以及位置信息發(fā)送至遠程云數(shù)據(jù)平臺，對語音通信的支持也由手機3G和(或)4G無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)[6，8，14-15，17]。

2.2 遠程云數(shù)據(jù)平臺子系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計以蘭州總醫(yī)院為信息服務(wù)中心，搭建基于云計算的醫(yī)學信息監(jiān)測與分析平臺，參照醫(yī)院現(xiàn)有的醫(yī)院信息系統(tǒng)(hospital information system，HIS)的主體框架并進行簡化，建立長期和系統(tǒng)的健康數(shù)據(jù)檔案，同樣采用internet網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和手機3G和(或)4G無線傳輸技術(shù)，實時接收、存儲穿戴式子系統(tǒng)發(fā)送的佩戴者信息，使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Web Service)技術(shù)對穿戴式子系統(tǒng)和醫(yī)生指導子系統(tǒng)進行支持[5-6]。

Web Service技術(shù)能使運行在不同機器上的不同應(yīng)用無須借助附加的、專門的第三方軟件或硬件，即可相互交換數(shù)據(jù)或集成數(shù)據(jù)。依據(jù)Web Service規(guī)范設(shè)計的各應(yīng)用程序相互之間，無論其使用何種語言、平臺或內(nèi)部協(xié)議，均可相互交換數(shù)據(jù)。Web Service之所以容易部署，是因為其基于常規(guī)的產(chǎn)業(yè)標準以及技術(shù)，諸如標準通用標記語言下的子集XML、超文本傳輸協(xié)議(hyper text transfer protocol，HTTP)。Web Service可為整個業(yè)務(wù)流程的集成提供通用機制，遠程云數(shù)據(jù)平臺子系統(tǒng)完全參照Web Service規(guī)范進行設(shè)計[11-12，15，17]。

2.3 醫(yī)生指導子系統(tǒng)設(shè)計

由于服務(wù)端使用了Web Service技術(shù)，因此醫(yī)生指導子系統(tǒng)的設(shè)計只需用普通瀏覽器和遠程登錄服務(wù)器，即可從遠程云數(shù)據(jù)平臺實時獲取佩戴者的各種數(shù)據(jù)，支持電腦、ipad及手機等多種客戶端。同時，醫(yī)生指導子系統(tǒng)以Android WebView技術(shù)為核心，開發(fā)Android應(yīng)用程序?qū)κ謾C登錄進行特殊支持，使遠程調(diào)取數(shù)據(jù)更加便捷。在診療指導方面，醫(yī)生指導子系統(tǒng)設(shè)計使用Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和手機3G和(或)4G無線傳輸技術(shù)，傳輸音頻信息，實現(xiàn)與佩戴者的語音通信[10，12，15，18]。

2.4 通信子系統(tǒng)設(shè)計

穿戴式子系統(tǒng)能夠使用兩條通路將采集到的生命體征參數(shù)發(fā)送到遠程云數(shù)據(jù)平臺進行深入分析，并接收分析結(jié)果和醫(yī)生反饋的指導信息。通信子系統(tǒng)的兩條通路設(shè)計如下。

(1)通路1。Internet網(wǎng)絡(luò)，以藍牙、wifi等無線傳輸技術(shù)為手段，周期性地將采集到的生命體征參數(shù)發(fā)送至電腦等Internet網(wǎng)絡(luò)終端，同時支持USB接口手動拷貝，由電腦通過Internet網(wǎng)絡(luò)與醫(yī)學信息平臺連接，完成生命體征參數(shù)的發(fā)送與反饋工作。

(2)通路2。手機3G和(或)4G無線傳輸，內(nèi)嵌手機3G和(或)4G無線傳輸技術(shù)與遠程云數(shù)據(jù)平臺以及醫(yī)生指導子系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)生命體征參數(shù)的發(fā)送與反饋。

(3)智能預(yù)警功能采用自動控制技術(shù)實現(xiàn)，當生命體征參數(shù)超過閾值引起預(yù)警時，生命體征智能監(jiān)測終端自動啟動藍牙和WiFi，同時嘗試通路1和通路2的兩條通路，連接醫(yī)學信息云平臺和醫(yī)院專家的智能手機，顯示生命體征值，并可高亮度標出預(yù)警參數(shù)，自動開啟遠程互動功能。

3 穿戴式智能健康監(jiān)測與診療指導系統(tǒng)測試

3.1 系統(tǒng)測試程序

編寫系統(tǒng)測試程序，使用穿戴式子系統(tǒng)對佩戴者的心電、血壓、體溫、脈搏和位置數(shù)據(jù)進行采集，在服務(wù)器端進行調(diào)取，以確定設(shè)備的適用性，其測試界面可顯示基于微傳感器的穿戴式子系統(tǒng)可以采集并傳輸佩戴者的體征和位置信息(如圖2所示)。

圖2 數(shù)據(jù)采集結(jié)果界面圖

3.2 系統(tǒng)驗證

為了驗證穿戴式智能健康監(jiān)測與診療指導系統(tǒng)所采集體征和位置信息的準確性，本研究于2017年8月21-25日，選取100例在蘭州總醫(yī)院消化內(nèi)科一病區(qū)就診的患者納入本研究，并將其分為觀察組與對照組，每組50例。觀察組患者佩戴該系統(tǒng)，采用10套樣機，每日采集10位患者的體征信息；對照組患者采用醫(yī)院現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備以及定位設(shè)備采集體征信息，比較兩組體征和位置信息。兩組患者體征血壓、體溫和心率采集數(shù)據(jù)比較，差異無統(tǒng)計學意義(x2=13.16，x2=33.56，x2=56；P＞0.05)，見表1。

表1 穿戴式子系統(tǒng)佩戴者體征和位置信息對照比較

本研究結(jié)果顯示，觀察組血壓、體溫和心率(脈搏)的數(shù)據(jù)與對照組數(shù)據(jù)P值皆＞0.05，表示本系統(tǒng)采集的體征信息與醫(yī)院現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備采集結(jié)果基本一致，本系統(tǒng)的位置信息來自于可穿戴設(shè)備集成的GPS導航系統(tǒng)，對照組的位置信息來自于智能手機集成的GPS導航系統(tǒng)，對照結(jié)果完全相同，故本系統(tǒng)性能符合要求，并達到預(yù)期試驗?zāi)康摹?/p>

4 結(jié)論

本研究設(shè)計開發(fā)的基于微傳感器的穿戴式智能健康監(jiān)測與診療指導系統(tǒng)，可以采集佩戴者的心電、血壓、體溫、脈搏和位置信息，并發(fā)送至遠程云數(shù)據(jù)平臺進行保存，醫(yī)療專家可以通過瀏覽器或者手機APP與佩戴者互動，進行診療指導，經(jīng)測試試驗證明，本系統(tǒng)能夠達到預(yù)期設(shè)計標準，且性能穩(wěn)定。

隨著科技的不斷進步，高新技術(shù)層出不窮，源源不斷地為醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展提供著動力，課題組下一步將進一步拓展和完善體征采集和數(shù)據(jù)交換功能，并進行推廣使用。

[1]Spinsante S，Gambi E.Remotehealth.monitoring by OSGi，technology and digital TV integration[J].IEEE T Consum Electr，2012，58(4)：1434-1441.

[2]Mittek M，Carlson JD，Perez LC.Design and implementation of a low-cost embedded Linux gateway for smart home health monitoring[A].IEEE International Conference on Electro/Information Technology(EIT)，2014：485-490.

[3]Chi H，Chow WH，Chui KT，et al.A remote moniotring patient Homecare Gateway supporting streaming vital sign monitoring[C].39th Annual Conference of the IEEE，Industrial Electronics Society，2013：8415-8419.

[4]Metcalf D，Milliard ST，Gomez M，et al.Wearables and the Internet of Things for Health Wearable，interconnected devices promise more efficient and comprehensive health care[J].IEEE Pulse，2016，7(5)：35-39.

[5]Miao F，Cheng Y，He Y，et al.A wearable context－aware ECG monitoring system integrated with built-in kinematic sensors of the smartphone[J].Sensors，2015，15(5)：11465-11484.

[6]韋哲，辛邁，龐建斌，等.基于2.4G無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的無線心音傳感器設(shè)計[J].中國醫(yī)學裝備，2013，10(9)：4-5.

[7]韋哲，薛翔，呂克難.可穿戴設(shè)備在醫(yī)院診療中的應(yīng)用研究進展[J].中國醫(yī)學裝備，2017，14(8)：170-173.

[8]李峰.遠程智能心率監(jiān)測儀的研制[J].中國醫(yī)學裝備，2014，11(8)：61-62.

[9]劉宇靜，王泉清，李宏毅，等.智能心律監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國醫(yī)學裝備，2013，10(8)：55-57.

[10]葉彬浩，梁俍，洪邦良.基于Android平臺的心電監(jiān)護儀設(shè)計[J].中國醫(yī)學物理學雜志，2014，31(4)：5058-5063.

[11]吳波，王丹，張春霞.基于云平臺的體溫測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國醫(yī)學裝備，2015，12(4)：68-70，71.

[12]關(guān)凱，吳水才，黃智生.基于Android平臺的健康物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2016，31(1)：35-38.

[13]李金霞，張立強.基于生物反饋技術(shù)的可穿戴式心電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國醫(yī)學裝備，2015，12(6)：34-36.

[14]鄭捷文，張廣，錢紹文，等.戰(zhàn)傷無線生命體征監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2012，33(10)：10-11，23.

[15]費軍，潘曉東.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中央監(jiān)護定位系統(tǒng)研制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34(12)：37-39.

[16]徐雷，陳敏亞.可穿戴醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國數(shù)字醫(yī)學，2015，5(2)：23-24，35.

[17]杜娟，董丹，李強，等.醫(yī)院環(huán)境下穿戴式實時跟蹤護理監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國醫(yī)療管理科學，2015，5(7)：58-60.

[18]杜欣，曾偉杰，李承煒.基于移動醫(yī)療的孕產(chǎn)婦健康監(jiān)護系統(tǒng)[J].生物醫(yī)學工程學雜志，2016，33(1)：2-7.