基于健康物聯(lián)網的社區(qū)衛(wèi)生服務系統(tǒng)設計

吳 昭 劉雷紅

華南理工大學生物科學與工程學院生物醫(yī)學工程系，廣東廣州 510006

基于健康物聯(lián)網的社區(qū)衛(wèi)生服務系統(tǒng)設計

吳 昭 劉雷紅

華南理工大學生物科學與工程學院生物醫(yī)學工程系，廣東廣州 510006

本文設計了一款社區(qū)醫(yī)療服務系統(tǒng)，旨在提高社區(qū)醫(yī)院的醫(yī)療服務水平以及服務質量。該系統(tǒng)由兩部分構成，一為遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)，二為遠程醫(yī)療會診系統(tǒng)?；谖锫?lián)網技術和現在醫(yī)學信息技術，用戶可在家中進行多項生理參數的檢測，并通過網絡將數據傳輸至社區(qū)醫(yī)院進行后續(xù)診斷。同時，醫(yī)生可實時地進行醫(yī)學診斷以及在線專家會診。本系統(tǒng)為實現家庭醫(yī)療監(jiān)護提供了有效的方法，并使醫(yī)患的在線交流成為可能。

社區(qū)衛(wèi)生；遠程醫(yī)療；物聯(lián)網

隨著人們生活水平的提高，生活方式和飲食文化的改變，危害人民身體健康的高血壓、糖尿病等慢性疾病患病率逐年增加[1]。另一方面，中國已經進入老齡化社會，影響老年人生活質量的最大因素之一就是慢性病。老年人具有行動不便、沒有電腦技能或電腦技能較低且收入水平較低等特點，并且慢性病具有病程長且遷延不愈的特點，所以針對老年人和慢性病患者的需求，本設計具有以下特點，①智能化：傳感器檢測到的用戶生理參數能夠通過無線網絡自動保存到上位機，并且可以上傳到中心數據庫；②個性化：社區(qū)醫(yī)生根據用戶具體的特點、目標和要求，可以給出具體的診斷建議，并且用戶也可以根據自己的要求，查詢醫(yī)生資料，選擇合適的醫(yī)生進行咨詢；③人性化：本設計采用穿戴式無線傳感器和Zigbee無線網絡技術，可以在不影響用戶正常生活的條件下，使用戶得到獨立、健康、安全、方便的健康監(jiān)護；通過遠程醫(yī)療會診模塊，用戶可以在家中就得到醫(yī)生的咨詢建議，使用戶可以足不出戶就得到很好的醫(yī)療服務，并且此設計還降低了醫(yī)療費用，減輕了醫(yī)院的醫(yī)療負擔；④綜合化：本設計既可以使用戶得到持續(xù)的遠程健康監(jiān)護，也可以得到遠程診療，減少了用戶到醫(yī)院掛號排隊就診的麻煩，使用戶能夠得到很好的健康醫(yī)療服務。

1 社區(qū)家庭遠程健康服務架構設計

1.1 基于社區(qū)中心的家庭健康服務架構

基于社區(qū)中心的家庭健康服務架構設計如圖1所示，其中包含兩部分：家庭用戶和社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護中心。

家庭用戶端主要由醫(yī)療傳感器、Zigbee無線傳感模塊和家用電腦組成。通過布置在智能家居內的各種不同用途的傳感器（生理參數傳感器、行為傳感器和環(huán)境傳感器），對居家老人、殘疾人或慢性病患者的各項生理參數、日常行為參數和居家環(huán)境參數信息進行連續(xù)、實時、動態(tài)地監(jiān)測和數據采集；利用ZigBee無線通信技術將數據發(fā)送至監(jiān)護基站，并由該基站將數據傳輸至所連接的家用PC機，通過Internet網絡可以將數據傳輸至遠程醫(yī)療監(jiān)護中心，由專業(yè)醫(yī)療人員對數據進行統(tǒng)計觀察，提供必要的咨詢服務，實現智能家居的醫(yī)療監(jiān)護服務。

社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護中心端主要由數據庫服務器、監(jiān)護中心PC機和醫(yī)護人員組成。家庭用戶的個人信息、監(jiān)測數據以及醫(yī)生的信息都保存在數據庫中，醫(yī)護人員可通過調用數據庫中用戶的信息對用戶進行監(jiān)護與診療，并將建議反饋給用戶。

圖1 基于社區(qū)中心的家庭健康服務架構

1.2普通用戶的健康服務設計

為了提供綜合性的醫(yī)療服務，本系統(tǒng)設定了三類用戶群：普通用戶、醫(yī)生用戶和管理員用戶，其功能結構如圖2所示。1.2.1普通用戶 普通用戶主要包括以下功能：①注冊個人的信息：用戶注冊的信息保存在中心數據庫，便于醫(yī)生查詢；②醫(yī)生信息查詢：用戶可查詢醫(yī)生信息，便于選擇合適的醫(yī)生進行咨詢；③日常生活信息錄入：用戶錄入自己的日常生活信息（日常生活記錄、疾病記錄、糖尿病跟蹤記錄和高血壓跟蹤記錄等），便于醫(yī)生對用戶病情有深入的了解；④信息傳輸：用戶把家庭監(jiān)護系統(tǒng)中檢測到的生理參數、環(huán)境參數等傳輸到社區(qū)醫(yī)生，便于醫(yī)生進行診療；⑤網上實時會診：網上實時會診是此設計的關鍵部分，用戶可以向在線醫(yī)生進行文字、語音、視頻等形式咨詢，并且用戶也可與在線用戶進行交流。

1.2.2 醫(yī)生用戶 醫(yī)生用戶的主要功能包括個人信息管理、用戶信息查詢和網上實時會診。社區(qū)醫(yī)生根據患者的生理參數監(jiān)測記錄、病程記錄、日常生活記錄、當前癥狀等提供醫(yī)療服務。本系統(tǒng)醫(yī)生提供的醫(yī)療服務主要包括及時醫(yī)療服務即醫(yī)生為在線用戶提供文字、語音、視頻等醫(yī)療咨詢服務和非及時醫(yī)療服務即醫(yī)生根據患者近期的檢測結果和身體狀況等提供郵件或診斷書式的醫(yī)療建議。

1.2.3 管理員用戶 管理員用戶的主要功能是對管理員個人信息、醫(yī)生信息、用戶信息和會診申請信息的管理，主要包括對信息的刪除、新增、更新和查詢等。

圖2 社區(qū)衛(wèi)生服務的功能結構圖

2 基于健康物聯(lián)網的三層設計方案

考慮到社區(qū)衛(wèi)生服務系統(tǒng)中數據獲取的重要性，系統(tǒng)實現技術的框架將基于物聯(lián)網來搭建[2]。

1995 年比爾·蓋茨在《未來之路》一書中首次提及物聯(lián)網的概念。2009年國家制訂了“感知中國”戰(zhàn)略，在此指引下，作為基礎設施之一的物聯(lián)網迅速引起廣泛關注。物聯(lián)網技術已經列入國家“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)規(guī)劃。由于產業(yè)鏈上下游關注點不同，業(yè)界對于物聯(lián)網的認識存在著分歧。目前物聯(lián)網尚未擁有一個技術上公認的定義。一種強調終端和處理的定義是“通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡技術叫做物聯(lián)網技術”[3]。

健康物聯(lián)網是通過健康傳感裝置智能采集人體的生理和運動信息，再經過信息處理（前段智能），經過傳輸網絡，將健康信息送達信息決策中心存貯，并借助云計算技術對信息進行決策分析（后端智能），最終實現“一條龍”健康服務（包括健康提示、報警和緊急救援等）的智能網絡[4]。健康物聯(lián)網中社區(qū)衛(wèi)生服務系統(tǒng)采用如圖3所示的技術架構，共分為3層，自上而下分別是：信息感知層、網絡傳輸層和應用服務層。

圖3 健康物聯(lián)網中社區(qū)衛(wèi)生服務的技術框架圖

2.1 信息感知層

在信息感知層中，主要有穿戴式生理參數檢測傳感器、居家環(huán)境檢測傳感器和行為檢測傳感器。這些傳感器具有非入侵性、方便安裝與使用、不影響日?；顒印o噪聲和光線滋擾、防水、性能穩(wěn)定可靠、無線或最小程度上的有線傳輸等特點，滿足醫(yī)療傳感器的要求。這些傳感器以透明的方式獲取用戶的各種信息，傳感器設備部署在用戶身上或家中的各個角落，它們可在用戶察覺不到的情況下收集數據，盡量不影響用戶的正常生活。

穿戴式生理參數傳感器主要包括穿戴式心電監(jiān)測傳感器、血氧飽和度檢測傳感器、血壓檢測傳感器和非接觸式體溫測量傳感器，這些傳感器通過持續(xù)日常記錄用戶的心率、血氧飽和度、血壓、體溫等生理參數監(jiān)護用戶的重要體征變化。通過安裝在居家環(huán)境中的溫度傳感器、濕度傳感器和噪聲傳感器等可對用戶居家環(huán)境中的溫度、濕度、噪聲等居家環(huán)境條件進行檢測，以此來了解用戶的檢測環(huán)境，也了解用戶的生活方式。行為檢測傳感器主要包括紅外體積傳感器，可以檢測用戶的位置；磁接觸傳感器，可以檢測用戶的轉移；方位傳感器，可以檢測用戶站著和躺著。通過這些行為參數的檢測可對用戶在室內的活動分布進行跟蹤統(tǒng)計，以檢測用戶的生理異常，并為用戶提供健康的作息指導。

2.2 網絡傳輸層

本設計用到Zigbee無線網絡和Internet網絡兩種網絡類型。如圖4所示，在信息感知層中檢測到的數據首先通過Zigbee無線網絡將數據傳輸至無線接收器，無線接收器通過RS232串口將數據發(fā)送至監(jiān)護基站，并由該基站將數據傳輸至所連接的家用PC，再通過Internet網絡可以將數據傳輸至遠程醫(yī)療監(jiān)護中心或家屬及醫(yī)務人員。

圖4 系統(tǒng)信息傳輸結構圖

2.3 應用服務層

應用服務層就是將物聯(lián)網技術與醫(yī)療信息技術相結合，通過設計用戶端和監(jiān)護中心端的軟件，實現對用戶的遠程健康監(jiān)護和遠程醫(yī)療會診，不僅使用戶能夠足不出戶就得到健康醫(yī)療服務，還提高了社區(qū)醫(yī)生的醫(yī)療服務水平和服務質量，降低了醫(yī)療費用，緩解了醫(yī)院病床緊張的現狀。

3 關鍵問題和解決方案

本設計有3個關鍵的問題：①個性化的服務；②技術問題；③用戶隱私保護問題。

3.1 個性化的服務是系統(tǒng)需要解決的關鍵問題之一

面對老年人、慢性病患者等用戶的特點，本設計要求為用戶提供：①界面操作簡便，此問題可通過軟件的設計實現；②用戶方便、快速得到所需信息，根據用戶的病程記錄信息選擇合適的數據庫，為用戶提供所需的健康信息；③為用戶進行持續(xù)、實時的健康監(jiān)護，可通過健康物聯(lián)網技術實現；④對用戶的生活狀態(tài)實時監(jiān)護，如發(fā)現緊急情況，及時搶救，可采用行為檢測傳感器對用戶的日常生活狀態(tài)進行監(jiān)護。

3.2 系統(tǒng)在實現過程中需要解決的技術性問題

①無約束的醫(yī)學測量，可采用穿戴式、非接觸式的醫(yī)學傳感器，對用戶進行健康監(jiān)護；②網上實時會診，采用C/S架構、套接字編程，實現視頻、語音、文字等形式的實時交互；③網絡傳輸協(xié)議標準，采用 HTTP、TCP/IP、SMTP、POP3 等標準網絡傳輸協(xié)議進行編程。

3.3 用戶信息安全問題存在于系統(tǒng)的各個層次

在信息感知層，用戶信息以無線Zigbee的形式傳輸，無線信號易被竊聽；在網絡傳輸層，網絡中傳輸的用戶數據易被駭客竊聽；在應用服務層，用戶向社區(qū)醫(yī)生咨詢的過程中，信息易被竊取，另外，數據可中包含用戶的隱私信息，也可能因數據庫的訪問控制措施不完善等被竊取數據，從而泄漏用戶的隱私。解決辦法：首先，在Zigbee的無線傳輸過程中采用CRC（cyclic redundancy check）即循環(huán)冗余校驗碼校驗和采用偵聽回復機制程序設計保證數據的完整性、實時性及有效性；在用戶與社區(qū)醫(yī)生的會話過程中，可采用數據加密方法，如TripleDES即對稱加密算法加密會話內容，防止在傳輸過程被竊聽的數據泄漏用戶隱私；其次，采用安全協(xié)議，來保護傳輸過程中的數據；最后，采取有效的認證、訪問控制方法，如密鑰認證、生物認證相結合的方法，以保證數據庫存儲數據的安全性，保護用戶數據的隱私。

4 結論

健康物聯(lián)網中社區(qū)衛(wèi)生服務系統(tǒng)，采用穿戴式便攜傳感器在信息感知層獲取用戶的身體狀況及環(huán)境參數等數據，經Zigbee無線網絡傳輸和Internet網絡傳輸傳至應用服務層，實現對用戶的遠程醫(yī)療監(jiān)護和遠程醫(yī)療會診，為老年人或慢性病患者提供更好的健康監(jiān)護和醫(yī)療服務。遠程醫(yī)療會診是系統(tǒng)提供的核心服務，系統(tǒng)中出現的個性化服務、技術性問題和用戶個人資料隱私保護是系統(tǒng)的關鍵問題，文中提出了相應的解決辦法。通過上述技術，基于健康物聯(lián)網技術架構的系統(tǒng)設計，為獨居老人或慢性病患者提供了智能化、個性化、人性化和綜合化的醫(yī)療服務，使用戶能夠足不出戶就得到很好的醫(yī)療服務，減少了到醫(yī)院的花費。本系統(tǒng)能為物聯(lián)網的其他智能應用提供一定的借鑒作用。

[1]張旭峰，姚志洪.基于物聯(lián)網技術的慢病管理系統(tǒng)[J].醫(yī)谷，2011，28（17）：34.

[2]楊文茵.基于物聯(lián)網的智能家居醫(yī)療系統(tǒng)[J].佛山科學技術學院學報，2011，7（29-4）：33-37.

[3]張福生.物聯(lián)網：開啟全新生活的智能時代[M].山西：山西人民出版社，2010.

[4] 姚志洪.健康物聯(lián)網[J].醫(yī)谷，2011，14（17）：26.

Design of the community health service system based on internet of things

WU Zhao LIU Leihong
Department of Biomedical Engineering,Biological Science and Engineering College,South China University of Technology,Guangdong Province,Guangzhou 510006,China

In order to improve the level and quality of medical serves in the community hospital,a community health service architecture is designed in this paper,which consists of the remote medical care and the telemedicine consultation.Based on the combination of the technology of Internet of things and the modern medical informatic technology,client is able to collect different physiological parameters at home,and transmit these parameters to the community hospital for the following diagnosis.And doctors are also able to diagnose and have on-line consultation in real time.This system provides an approach to complete the health care at home,and makes the on-line communication between clients become possible.

Community health;Remote medical;Internet of things

R-058

C

1673-7210（2012）08（a）-0166-03

吳昭（1985.12-），女，山西人，碩士研究生；研究方向：醫(yī)學影像技術與醫(yī)學圖像處理。

2012-03-07 本文編輯：程 銘）