基于移動P2P的醫(yī)療信息平臺

王曄，劉紅，雷長海，王琳

1.第二軍醫(yī)大學(xué) 信息中心，上海200433；

2.解放軍第八五醫(yī)院 眼科，上海200052

基于移動P2P的醫(yī)療信息平臺

王曄1，劉紅1，雷長海1，王琳2

1.第二軍醫(yī)大學(xué) 信息中心，上海200433；

2.解放軍第八五醫(yī)院 眼科，上海200052

基于智能手機(jī)終端的醫(yī)療信息采集、分發(fā)和管理平臺具有成本低、操作簡單、覆蓋面廣的優(yōu)勢，利于大型公共醫(yī)療信息系統(tǒng)在全國范圍的推廣。針對目前手機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋在偏遠(yuǎn)地區(qū)的不足、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信費(fèi)用對于低收入群體過于昂貴等問題，本文提出不使用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接，建立一個基于分布式智能移動終端P2P通信框架的低成本醫(yī)療信息采集、分發(fā)和管理平臺，支持多種移動終端系統(tǒng)，并能夠在系統(tǒng)中形成一個自組織的醫(yī)療信息社交網(wǎng)絡(luò)。目前該系統(tǒng)的通信平臺已用于偏遠(yuǎn)地區(qū)懷孕婦女體檢和新生兒疫苗注射等醫(yī)療信息的傳輸及管理，取得良好的社會效益。

醫(yī)療信息平臺；移動P2P；醫(yī)療信息；社交網(wǎng)絡(luò)

1 背景

近年來隨著移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和智能手機(jī)客戶端的快速發(fā)展，越來越多的醫(yī)療系統(tǒng)開始采用移動平臺進(jìn)行醫(yī)療信息的傳輸、共享和管理[1]。由于移動智能客戶端的成本快速下降，以及移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)快速提升了覆蓋范圍，一些公共醫(yī)療平臺開始采用移動終端進(jìn)行偏遠(yuǎn)地區(qū)低收入群體的醫(yī)療信息采集[2]，如我國衛(wèi)計委提出在2013年70%以上的非城鎮(zhèn)人口每人都要有醫(yī)療卡、醫(yī)療保險和電子醫(yī)療紀(jì)錄。這就要求達(dá)到所有鄉(xiāng)村衛(wèi)生所應(yīng)覆蓋手機(jī)信號、電視信號和互聯(lián)網(wǎng)，10%以上的鄉(xiāng)村衛(wèi)生所配備移動PDA設(shè)備。針對偏遠(yuǎn)地區(qū)懷孕婦女體檢和新生兒疫苗注射等醫(yī)療信息的傳輸及管理的困難，已有中國移動和衛(wèi)計委共同開發(fā)了基于手機(jī)SMS短信的懷孕婦女體檢提醒和疫苗注射提醒的服務(wù)平臺。

然而目前已有的移動醫(yī)療信息系統(tǒng)大都使用了已覆蓋的手機(jī)通信底層網(wǎng)絡(luò)[3]，如各運(yùn)營商的2.5G網(wǎng)絡(luò)或者3G/4G網(wǎng)絡(luò)，但在無手機(jī)信號覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)目前還無法使用，即使有信號覆蓋，這類系統(tǒng)使用時會產(chǎn)生較大的手機(jī)網(wǎng)絡(luò)流量費(fèi)用，對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的低收入群體來說，這是一個沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也影響了公共醫(yī)療平臺推廣到每人每戶的普及程度。

2 建設(shè)目標(biāo)

本研究的目標(biāo)是建設(shè)一個基于開源系統(tǒng)的低成本分布式移動平臺，使用隨時隨地臨時組網(wǎng)的移動P2P平臺傳輸信息，在用戶端不使用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，用于偏遠(yuǎn)地區(qū)懷孕婦女體檢和新生兒疫苗注射信息的傳輸和管理。系統(tǒng)的主要特點：① 采用移動終端P2P平臺，支持3G/4G、局域網(wǎng)Wi-Fi、Wi-Fi Direct、藍(lán)牙等多種網(wǎng)絡(luò)和通信環(huán)境，并可隨時切換；② 支持多種智能移動終端平臺，包括蘋果iOS系統(tǒng)、谷歌安卓系統(tǒng)、微軟Windows Phone，Windows RT系統(tǒng)等；③ 采用分布式存儲架構(gòu)和數(shù)據(jù)冗余機(jī)制，支持移動終端醫(yī)療數(shù)據(jù)的離線狀態(tài)采集和使用，支持離線醫(yī)療數(shù)據(jù)的在線導(dǎo)入及同步；④ 系統(tǒng)自底向上形成一個自組織的醫(yī)療信息社交網(wǎng)絡(luò)，使用系統(tǒng)移動客戶端可進(jìn)行醫(yī)療信息在社交網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的共享傳輸。

3 系統(tǒng)的工作流程

在農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)，以下的工作流程是非常普遍的：鎮(zhèn)或者縣醫(yī)院的醫(yī)生定期到鄉(xiāng)村衛(wèi)生站為孕婦和待接種疫苗的新生兒做檢查，然后醫(yī)生會在鄉(xiāng)村衛(wèi)生站寫下記錄，并帶回到醫(yī)院進(jìn)行數(shù)字化錄入并存儲。我們開發(fā)的系統(tǒng)不會改變目前基本的工作流程，不給醫(yī)生增加額外的負(fù)擔(dān)。但我們使用新技術(shù)，以幫助醫(yī)生使用移動客戶端簡化其工作過程。系統(tǒng)主要工作過程，見圖1。

圖1 醫(yī)生和社區(qū)衛(wèi)生工作者的主要工作過程

由圖1可見，系統(tǒng)結(jié)合了人與人之間的實地交流和移動終端之間的P2P數(shù)據(jù)通信，在醫(yī)院和偏遠(yuǎn)地區(qū)用戶之間架起一座低成本的溝通橋梁。醫(yī)生從縣鎮(zhèn)醫(yī)院的服務(wù)器下載新的醫(yī)療保健數(shù)據(jù)到自己的移動設(shè)備，然后去鄉(xiāng)村衛(wèi)生站；在鄉(xiāng)村衛(wèi)生站通過P2P網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)生工作者采集醫(yī)療數(shù)據(jù)并分發(fā)最新的數(shù)據(jù)（包括檢查結(jié)果、通知、政策法規(guī)等），社區(qū)衛(wèi)生工作者和居民使用移動終端在P2P網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、注冊等；社區(qū)衛(wèi)生工作者通過移動P2P網(wǎng)絡(luò)在更偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村地區(qū)傳播最新的公共醫(yī)療信息，他們返回醫(yī)院后可上傳采集到的數(shù)據(jù)。

4 支持跨平臺的移動P2P系統(tǒng)

本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)就是使用支持多系統(tǒng)的移動P2P框架作為通信底層平臺。P2P是一種分布式的對等網(wǎng)絡(luò)框架，開始應(yīng)用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[4]，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，基于多個智能終端隨時隨地的局部無線P2P組網(wǎng)也越來越受到重視，具體的通信模式可采用多種，包括使用智能終端做為Wireless Tether無線熱點建立局域網(wǎng)Wi-Fi環(huán)境，或者使用Wi-Fi Direct建立點對點的無線連接，甚至使用藍(lán)牙作為無線連接的底層通信平臺。我們采用跨平臺移動P2P框架作為系統(tǒng)的通信底層，主要基于4個方面的考慮：

（1）偏遠(yuǎn)地區(qū)的手機(jī)信號覆蓋不足，因此不能通過目前商業(yè)網(wǎng)絡(luò)有效的傳遞醫(yī)療信息到每個用戶，這種情況下，P2P通信就是一個很好的替代平臺。

（2）醫(yī)療信息中可能包含大量圖片甚至視頻，采用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳輸此類數(shù)據(jù)會產(chǎn)生高昂費(fèi)用，因此分布式P2P的傳輸模式更為經(jīng)濟(jì)。

（3）移動智能終端的價格越來越低，但是種類卻在增多，而能夠支持多個主流移動系統(tǒng)的跨平臺P2P框架提供了更加靈活的通信接口和系統(tǒng)兼容性。

采用開源的P2P通信協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)的通信層要考慮多個因素，包括設(shè)備發(fā)現(xiàn)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、連接配對、連接安全性等。2001年SUN公司提出了第一個開源的P2P協(xié)議實現(xiàn)框架JXTA（Juxtapose）[5]，該框架基于XML消息傳遞，可以實現(xiàn)在多種設(shè)備上，但是對于手機(jī)終端來說JXTA協(xié)議還是過于復(fù)雜[6]。為此IBM提出了一個基于Java的JXTA的子集JXME（JXTA for Java Micro Edition）[7]，JXME的J2ME/ MIDP 1.0可以應(yīng)用在所有支持JAVA的手機(jī)上[8]。

我們采用了高通公司ALLJoyn框架開發(fā)系統(tǒng)的P2P底層，Alljoyn是高通公司創(chuàng)新中心（QIC，Qualcomm Innovative Center）在2011年推出的一個移動應(yīng)用通信層開發(fā)框架，也是基于JXME的P2P設(shè)計，性能優(yōu)于J2ME/MIDP 1.0。目前ALLJoyn支持的系統(tǒng)平臺包括了蘋果iOS、蘋果Mac系統(tǒng)、谷歌安卓系統(tǒng)、微軟Windows Phone/RT、微軟Windows系列、Linux系統(tǒng)等，可以嵌入到各種移動APP或者桌面應(yīng)用程序中。

在ALLJoyn框架中，每一個移動終端（臺式機(jī)、筆記本終端等）同時是服務(wù)器Server和客戶端Client，每個應(yīng)用程序都可以在ALLJoyn框架上建立不同的服務(wù)器和客戶端。應(yīng)用程序彼此之間通信是通過一個虛擬數(shù)據(jù)總線（ALLJoyn Bus）進(jìn)行的，見圖2。

圖2 高通Alljoyn通信總線

5 醫(yī)療信息的社交網(wǎng)絡(luò)和分布式數(shù)據(jù)存儲

在P2P網(wǎng)絡(luò)交互中自然形成了醫(yī)生、社區(qū)醫(yī)療工作者和用戶之間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)信息存儲在系統(tǒng)中，自底向上形成了一個醫(yī)療信息的社交網(wǎng)絡(luò)，見圖3。在這個社交網(wǎng)絡(luò)中各種客戶端可以相互通信、傳輸醫(yī)療數(shù)據(jù)、分享公共信息。構(gòu)建這個實名的社交網(wǎng)絡(luò)對于公共衛(wèi)生政策在偏遠(yuǎn)地區(qū)的傳播和執(zhí)行有著重大意義，通過社交網(wǎng)絡(luò)可以讓醫(yī)療信息更有效地到達(dá)每一個用戶。此外還可以通過社交網(wǎng)絡(luò)的聚集特性更有效地分析出公共衛(wèi)生資源分布的合理程度。

圖3 醫(yī)療信息的社交網(wǎng)絡(luò)

我們采用開源的社交網(wǎng)絡(luò)平臺Elgg和Elgg Mobile開發(fā)系統(tǒng)中的醫(yī)療信息社交網(wǎng)絡(luò)，Elgg是一款免費(fèi)開源的社交網(wǎng)絡(luò)SNS源碼程序[9-11]，基于PHP+Mysql開發(fā)，原本用于教育領(lǐng)域，以Blog為中心，可根據(jù)Tag來尋找和組織朋友。Elgg Mobile是Elgg在智能移動終端上的實現(xiàn)，我們在各類用戶的移動終端應(yīng)用程序中同時嵌入了Alljoyn和Elgg Mobile，用戶就可以在P2P網(wǎng)絡(luò)連接和使用過程中自動添加Elgg社交網(wǎng)絡(luò)中的好友。

由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)很多是由不同的離線客戶端上傳而來，需要大量的協(xié)調(diào)和同步，所以數(shù)據(jù)存儲我們也同樣采用了分布式的存儲架構(gòu)。由于存儲的大量醫(yī)療信息數(shù)據(jù)是XML文檔（包括電子醫(yī)療記錄EHR和臨床文檔CDA等），比較適合NonSQL的存儲方式。因此，我們使用了開源的ZooKeeper＋HBase＋Hadoop。HBase是一個開源的面向列數(shù)據(jù)（適合存儲多屬性XML文檔）的分布式存儲系統(tǒng)[10]，類似于谷歌的BigTable，基于HDFS和Hadoop實現(xiàn)。在HBase系統(tǒng)中，具體數(shù)據(jù)存儲在分布式的HRegion服務(wù)器中，同一個文檔可以分列存儲在不同的HRegion服務(wù)器上，具體查詢時再從不同服務(wù)器上組合數(shù)據(jù)，而HMaster服務(wù)器在HBase中用來分配HRegion服務(wù)器完成負(fù)載均衡。ZooKeeper則安裝在一組分布式的服務(wù)器上，用來協(xié)調(diào)和同步整個HBase系統(tǒng)。

6 結(jié)語

基于開源框架Alljoyn和Elgg，為醫(yī)院醫(yī)生、社區(qū)衛(wèi)生工作者和用戶設(shè)計了低成本的醫(yī)療信息的P2P通信平臺，醫(yī)生在醫(yī)院可以通過互聯(lián)網(wǎng)（或者醫(yī)院專網(wǎng)）平臺登錄自己的移動設(shè)備，獲取最新的醫(yī)療信息，獲得偏遠(yuǎn)地區(qū)用戶注冊信息、檢驗結(jié)果或者預(yù)備注射疫苗的信息，用于下鄉(xiāng)前的準(zhǔn)備工作。在鄉(xiāng)村衛(wèi)生站醫(yī)生和社區(qū)衛(wèi)生工作者可以在P2P網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下共享這些醫(yī)療數(shù)據(jù)，或使用移動客戶端進(jìn)行信息采集。用戶則可以在鄉(xiāng)村衛(wèi)生站使用移動客戶端通過P2P網(wǎng)絡(luò)獲取醫(yī)療信息，或者在更偏遠(yuǎn)的地區(qū)給其他用戶通過P2P網(wǎng)絡(luò)共享公共的醫(yī)療信息。同時系統(tǒng)通過Elgg平臺形成了一個自組織的醫(yī)療信息社交網(wǎng)絡(luò)，在這個社交網(wǎng)絡(luò)中各類用戶可以有效地相互通信、傳輸醫(yī)療數(shù)據(jù)、分享公共信息。

致謝

該系統(tǒng)是作者團(tuán)隊與加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校計算機(jī)系合作的美國國家自然科學(xué)基金（NSF）課題VillageNet（編號：NSF-CNS-1064821）中的一部分，系統(tǒng)中的P2P通信平臺已部署于非洲贊比亞的南部城鎮(zhèn)Macha的醫(yī)療衛(wèi)生平臺，用于懷孕婦女體檢和新生兒疫苗注射信息的收集和管理。感謝所有參與該課題研究和項目開發(fā)的人員。

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Medical Information System Based on Mobile P2P

WANG Ye1, LIU Hong1,LEI Chang-hai1, WANG Lin2
1.Information Center, The Second Military Medical University, Shanghai 200433, China;
2.Department of Ophthalmology, The 85thHospital of PLA, Shanghai 200052, China

Gathering, distributing and managing medical information based on mobile phones terminals enjoy more advantages on cost, convenience and coverage, which is helpful to the national wide spread of public medical information. However, in rural remote regions, the coverage of mobile networks is not adequate enough, and the cost remains too expensive for low-income groups. Therefore, this paper aims to build a low-cost, mobile P2P based platform to gather, distribute and manage health care information. Various kinds of mobile terminals can be used in this platform and can form a self-organized social network service. Now, this platform has been applied in some remote regions to manage and distribute physical examination information for the pregnant and infant vaccination information, and has achieved good social benef i ts.

medical information system; mobile P2P; medical information; social network service

TP277

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.10.014

1674-1633(2014)10-0046-03

2014-03-03

2014-04-09

美國國家自然科學(xué)基金課題（NSF-CNS-1064821）。

本文作者：王曄，第二軍醫(yī)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心副主任，復(fù)旦大學(xué)計算機(jī)系博士。

王琳，主治醫(yī)師，醫(yī)學(xué)博士。

作者郵箱：wanglininn@163.com