南陽(yáng)醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 李新獻(xiàn) 楊春茂

隨著科技水平的發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始研究面向移動(dòng)醫(yī)療。以及現(xiàn)代社會(huì)當(dāng)中智能手機(jī)、安卓操作系統(tǒng)、5G等的使用越來(lái)越普遍，而且面向智能手機(jī)的各種應(yīng)用也越來(lái)越多，它的可靠性以及數(shù)據(jù)處理速度也越來(lái)越快，那么我們可以進(jìn)行一個(gè)移植，將之前在電腦端的醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備的軟件進(jìn)行整理?yè)Q平臺(tái)，把它們換到智能手機(jī)這樣的平臺(tái)上，之前在電腦端的醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備體積大，不易維護(hù)和擴(kuò)展。依據(jù)這一特點(diǎn)，本文以心電數(shù)據(jù)為例設(shè)計(jì)了面向移動(dòng)醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外心電數(shù)據(jù)分析技術(shù)，了解智能手機(jī)、安卓操作系統(tǒng)、5G等一系列新技術(shù)的發(fā)展，提出了面向移動(dòng)醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享系統(tǒng)。這樣的共享系統(tǒng)移動(dòng)性比較好、也同時(shí)具有好的擴(kuò)展性。這樣的共享系統(tǒng)總體架構(gòu)可分為移動(dòng)終端部分、遠(yuǎn)程協(xié)助部分、云服務(wù)部分、通信部分四個(gè)部分。

（1）移動(dòng)終端模塊：這一模塊主要指的是智能手機(jī)，隨著智能手機(jī)、安卓操作系統(tǒng)、5G等一系列新技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在智能手機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度、性能指標(biāo)早已超過(guò)我們的個(gè)人計(jì)算機(jī)，因?yàn)檫@樣的特點(diǎn)，移動(dòng)終端模塊承載著心電實(shí)時(shí)共享的橋接功能。本共享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將系統(tǒng)中心電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、共享、傳輸?shù)纫幌盗械臄?shù)據(jù)處理步驟的過(guò)程放置在移動(dòng)終端上，這樣的方法更方便心電分析等算法的后期更新。

（2）遠(yuǎn)程協(xié)助模塊：在這一模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要用到了Web技術(shù)，遠(yuǎn)程協(xié)助模塊適用范圍比較廣，適用于運(yùn)行在多種平臺(tái)的瀏覽器上，這樣就很方便的給醫(yī)護(hù)人員提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)界面。醫(yī)護(hù)人員通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)界面，可以通過(guò)Web技術(shù)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)界面隨時(shí)查看患者的實(shí)時(shí)心電數(shù)據(jù)信息，以便于對(duì)患者的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行掌握，方便在患者需要的時(shí)候進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

（3）云服務(wù)模塊：由于患者及醫(yī)護(hù)人員等進(jìn)行心電數(shù)據(jù)共享前需要進(jìn)行注冊(cè)、登陸、認(rèn)證等相關(guān)操作，所以這一模塊主要用來(lái)提供身份認(rèn)證服務(wù)，沒(méi)有注冊(cè)過(guò)的用戶是無(wú)法登陸的；還提供心電數(shù)據(jù)的共享以及心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

2 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

心電信號(hào)是醫(yī)療檢測(cè)過(guò)程中常用的一種信號(hào)，它是我們心臟電生理活動(dòng)的反映。體表傳感器在工作的狀態(tài)下會(huì)進(jìn)行記錄，記錄下來(lái)的是心電信號(hào)，就會(huì)形成心電數(shù)據(jù)。這些心電數(shù)據(jù)本系統(tǒng)中采用低功耗藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)智能終端與傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信。因此，有必要進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕ㄟ^(guò)研究常用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：滑動(dòng)窗口協(xié)議和ARQ協(xié)議，研究常用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，在這樣的情況下，一方面通過(guò)滑動(dòng)窗口協(xié)議進(jìn)行流量控制，另一方面，通過(guò)ARQ協(xié)議在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)控制。

2.1 數(shù)據(jù)傳輸格式

本系統(tǒng)中為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在?shù)據(jù)在通信雙方進(jìn)行傳輸之前需要確認(rèn)傳輸數(shù)據(jù)的類型及格式。那么怎么確認(rèn)是一個(gè)比較難的問(wèn)題，在這里，發(fā)送方和接收方會(huì)交換配置文件，雙方的配置文件都是以．profile作為后綴，舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，比如“rewMNBP-tayXQchlE．profile”，其中rewMNBPt由發(fā)送方生成，ayXQchlE由接收方生成。在面向移動(dòng)醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享系統(tǒng)中，系統(tǒng)接收到．profile作為后綴的配置文件后，會(huì)依照配置文件的內(nèi)容創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件。在這樣的情況下，系統(tǒng)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)系統(tǒng)中傳輸?shù)男碾娦盘?hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行組包，這樣，系統(tǒng)中的每個(gè)包所包含的字節(jié)數(shù)是363個(gè)字節(jié)。在這整個(gè)包的363個(gè)字節(jié)當(dāng)中，本系統(tǒng)中為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕皇撬械淖止?jié)都為數(shù)據(jù)，但大部分是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)占比最多，占用了360個(gè)字節(jié)，再就是數(shù)據(jù)包的頭部位置會(huì)占用一個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)包的編號(hào)位置占用一個(gè)字節(jié)，校驗(yàn)位占用最后的一個(gè)字節(jié)。

2.2 擁塞控制

在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，為了避免數(shù)據(jù)擁堵，在這樣的情況下需要進(jìn)行擁塞控制，在面向移動(dòng)醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享系統(tǒng)中，為了進(jìn)行擁塞控制這個(gè)過(guò)程，在這樣的情況下需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整窗口大小，系統(tǒng)中加入動(dòng)態(tài)調(diào)整窗口大小這樣的一個(gè)過(guò)程的最終目的是防止過(guò)多數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡(luò)中。

2.3 差錯(cuò)控制

在數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了保證傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無(wú)誤，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種算法，在這樣的情況下，就可以對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)控制。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)包并不是按序到達(dá)接收方的，在這樣數(shù)據(jù)包亂序到達(dá)的情況下，數(shù)據(jù)發(fā)送方會(huì)一直向數(shù)據(jù)接收方發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣的情況下，在接收方收到數(shù)據(jù)后，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，而它最先做的事情就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)后若出現(xiàn)錯(cuò)誤，這樣的情況下就會(huì)要求發(fā)送方重新發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)包。

3 移動(dòng)終端與傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換模塊設(shè)計(jì)

3.1 物理連接的建立

目前，幾乎每一部智能手機(jī)都帶有藍(lán)牙的應(yīng)用程序。在這種情況下，低功耗藍(lán)牙越來(lái)越多的被用戶使用，因?yàn)榈凸乃{(lán)牙不緊緊保證無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，它也在很大程度上降低了功耗。所以，面向移動(dòng)醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享系統(tǒng)中用低功耗的藍(lán)牙技術(shù)。

（1）第一步就是建立連接，當(dāng)移動(dòng)終端和心電設(shè)備之間建立物理連接時(shí)，系統(tǒng)需要獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)的藍(lán)牙設(shè)備信息。

（2）第二步就是在移動(dòng)終端開(kāi)啟藍(lán)牙開(kāi)關(guān)，如果是通過(guò)掃描的方式得到了設(shè)備信息，那么在掃描前需要檢查智能手機(jī)上的藍(lán)牙功能是否是可用狀態(tài)。如果是可用狀態(tài)，那么就可以進(jìn)行下一步，如果不是可用狀態(tài)的話需要用戶同意開(kāi)啟藍(lán)牙，否則就停止此應(yīng)用。

（3）成功在移動(dòng)終端開(kāi)啟藍(lán)牙開(kāi)關(guān)后，在智能手機(jī)上會(huì)獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)的藍(lán)牙設(shè)備信息。

3.2 邏輯連接的建立

在本系統(tǒng)中需要建立邏輯鏈路，建立它的作用是便于支持系統(tǒng)中其他形式的無(wú)線連接，而不僅僅是支持藍(lán)牙連接。邏輯鏈路的建立過(guò)程比物理鏈路的建立過(guò)程要復(fù)雜，因?yàn)槠渲羞€包括對(duì)用戶身份是否合法的校對(duì)，如果是合法用戶，系統(tǒng)將為它建立邏輯鏈路，如果是非法用戶，系統(tǒng)將不會(huì)為其建立邏輯鏈路。

3.3 數(shù)據(jù)封裝

在數(shù)據(jù)被封裝之前，需要先建立邏輯連接，以便于在數(shù)據(jù)被封裝之后有一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?。在這樣的情況下，像智能手機(jī)這些設(shè)備在工作過(guò)程中會(huì)收到一個(gè)配置的文檔，像智能手機(jī)這些設(shè)備有權(quán)限自動(dòng)分析該文檔，接收到的配置文檔在到達(dá)智能手機(jī)等這些終端后包含了不少關(guān)于數(shù)據(jù)的信息，在數(shù)據(jù)被封裝之前包括數(shù)據(jù)最初出現(xiàn)的時(shí)間、包含在數(shù)據(jù)被封裝之前產(chǎn)生數(shù)據(jù)最初出現(xiàn)的的設(shè)備號(hào)等。像智能手機(jī)這些設(shè)備分析配置文件中的數(shù)據(jù)最初出現(xiàn)的時(shí)間、產(chǎn)生數(shù)據(jù)最初出現(xiàn)的設(shè)備號(hào)、數(shù)據(jù)的類型、數(shù)據(jù)的格式，分析完成之后就會(huì)為數(shù)據(jù)分配一定的緩存池存儲(chǔ)空間。在信息數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的過(guò)程中，還有一個(gè)工作需要完成，即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組包及拆包。組包這個(gè)工作是由傳感器網(wǎng)絡(luò)完成的，組包的過(guò)程中需要把數(shù)據(jù)加上一些頭部信息，加完頭部信息之后才能發(fā)送給各種各樣的移動(dòng)終端。組包這個(gè)工作是由傳感器網(wǎng)絡(luò)完成的，組包的過(guò)程中需要把數(shù)據(jù)加上一些頭部信息，各種各樣的移動(dòng)終端收到加完頭部信息的數(shù)據(jù)包后，不會(huì)直接進(jìn)行下一步的操作，而是先檢查加完頭部信息的數(shù)據(jù)包是不是出現(xiàn)了差錯(cuò)。

4 數(shù)據(jù)共享模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)共享模塊是本系統(tǒng)的一個(gè)主要的組成，數(shù)據(jù)共享模塊在整個(gè)系統(tǒng)中來(lái)處于核心地位。在移動(dòng)終端開(kāi)啟藍(lán)牙開(kāi)關(guān)后，在智能手機(jī)上會(huì)獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)的藍(lán)牙設(shè)備信息。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)像智能手機(jī)這些設(shè)備數(shù)據(jù)共享模塊，偏遠(yuǎn)地區(qū)的患者可以就近檢查身體，這樣的情況下就解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)的患者看病難問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)共享。在面向移動(dòng)醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)共享模塊部分主要由服務(wù)端數(shù)據(jù)共享模塊以及客戶端數(shù)據(jù)共享模塊兩部分組成，這兩部分相互通信，缺一不可。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，患者和醫(yī)護(hù)人員請(qǐng)求共享服務(wù)時(shí)需要完成注冊(cè)、登錄等基本操作。

4.1 服務(wù)端數(shù)據(jù)共享服務(wù)設(shè)計(jì)

在移動(dòng)終端開(kāi)啟藍(lán)牙開(kāi)關(guān)后，在智能手機(jī)上會(huì)獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)的藍(lán)牙設(shè)備信息。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)的服務(wù)端這邊主要是提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，它提供的數(shù)據(jù)共享服務(wù)包括兩個(gè)內(nèi)容，設(shè)計(jì)過(guò)程中主要用到了Web技術(shù)，遠(yuǎn)程協(xié)助模塊適用范圍比較廣，適用于運(yùn)行在多種平臺(tái)的瀏覽器上，這樣就很方便的給醫(yī)護(hù)人員提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)界面。在面向移動(dòng)醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享系統(tǒng)中，系統(tǒng)給患者在智能手機(jī)這些設(shè)備中提供的服務(wù)在這樣的情況下包括注冊(cè)、登錄以及身份認(rèn)證等。也就是說(shuō)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，患者及醫(yī)護(hù)人員首先需要在面向移動(dòng)醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享系統(tǒng)中注冊(cè)個(gè)人的基本信息，注冊(cè)之后系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中才有這樣的用戶記錄，然后用戶登錄才能使用心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享服務(wù)。

4.2 客戶端數(shù)據(jù)共享模塊設(shè)計(jì)

這里的客戶端是指智能手機(jī)客戶端和遠(yuǎn)程協(xié)助系統(tǒng)客戶端，智能手機(jī)主要是被患者所用，現(xiàn)在的患者用智能手機(jī)是很方便的，而遠(yuǎn)程協(xié)助系統(tǒng)客戶端這邊主要是被醫(yī)生和護(hù)士所用。系統(tǒng)可以將復(fù)雜的操作步驟進(jìn)行合理的組合，這樣以來(lái)就可以減少患者繁瑣的操作。在這樣的系統(tǒng)當(dāng)中，醫(yī)護(hù)人員可以通過(guò)遠(yuǎn)程協(xié)助系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行一些相關(guān)的系統(tǒng)操作，比如說(shuō)在這樣的情況下查看病人資料等，在查看病人資料的過(guò)程中，如果有病人的狀態(tài)發(fā)生了改變，那么遠(yuǎn)程協(xié)助系統(tǒng)需要及時(shí)的接收這些改變了的信息。

5 心電數(shù)據(jù)展示模塊設(shè)計(jì)

心電數(shù)據(jù)展示模塊是心電數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的重要組成部分。在各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)當(dāng)中，年代久遠(yuǎn)的心電監(jiān)護(hù)設(shè)備中通常自帶顯示屏，這種傳統(tǒng)設(shè)備的顯示屏體積比較大，用電量也比較高。在本系統(tǒng)中，傳感器網(wǎng)絡(luò)只負(fù)責(zé)采集患者的心電數(shù)據(jù)，而不會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也就是說(shuō)不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不會(huì)用算法計(jì)算數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸之后，也就是等數(shù)據(jù)最終傳到像智能手機(jī)這樣的設(shè)備終端后，這些數(shù)據(jù)才能被計(jì)算、顯示等操作。

結(jié)語(yǔ)：本文首先分析目前在醫(yī)療健康領(lǐng)域，各醫(yī)療機(jī)構(gòu)心電數(shù)據(jù)共享方案不足的方面，比如說(shuō)數(shù)據(jù)控制能力不太好、軟硬件的可擴(kuò)展性不高、系統(tǒng)軟硬件成本不低、沒(méi)有辦法實(shí)時(shí)共享等。然后，通過(guò)智能手機(jī)、安卓操作系統(tǒng)、5G等一系列新的軟硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向移動(dòng)醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享系統(tǒng)，隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，醫(yī)療信息化的深入，面向移動(dòng)醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享系統(tǒng)所適用的應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)越來(lái)越多。