移動健康技術(shù)在慢性病管理中的應(yīng)用

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“健康中國2020”指出，堅持以人為本，以社會需求為導(dǎo)向，把維護(hù)人民健康權(quán)益放在第一位，以全面促進(jìn)人民健康，提高健康的公平性，強(qiáng)調(diào)預(yù)防為主，實現(xiàn)醫(yī)學(xué)模式的根本轉(zhuǎn)變[1]。低成本高效的移動健康技術(shù)是提高健康公平性和實現(xiàn)以預(yù)防為主醫(yī)學(xué)模式的技術(shù)手段之一。研究以手機(jī)等移動設(shè)備為載體的公眾健康知識服務(wù)模式，開發(fā)基于移動終端的慢性病管理APP，既能順應(yīng)時代發(fā)展的需要，又為公眾獲取便捷的慢性病健康知識提供技術(shù)保障[2-3]。

2015年6月30日國家衛(wèi)計委發(fā)布的《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告(2015年)》指出，2012年全國居民慢性病死亡率為533/10萬，占總死亡人數(shù)的86.6%。其中糖尿病在全國18歲及以上成年人中的患病率為9.7%，居于各種慢性病的第二位。因此本文以糖尿病為例，研究移動健康技術(shù)在慢性病管理中的應(yīng)用，開發(fā)面向慢性病管理的移動APP。借助移動終端為用戶提供健康知識，一方面能滿足公眾對健康知識的迫切需求，另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)公眾隨時隨地閱讀獲取健康知識，并實現(xiàn)實時分享。研究移動信息環(huán)境的公眾健康知識服務(wù)內(nèi)容與形式，建立基于移動終端的公眾健康知識傳播渠道，是實現(xiàn)公眾通過移動終端獲取健康信息的主要途徑，為公眾隨時隨地獲取與利用健康知識奠定基礎(chǔ)。本文以糖尿病監(jiān)測與管理為重點，開展移動健康技術(shù)的研究及應(yīng)用。

1 移動健康研究現(xiàn)狀

1.1 功能

隨著智能手機(jī)、智能終端技術(shù)的飛速發(fā)展，移動健康的概念逐漸興起。早在20世紀(jì)60-70年代，就出現(xiàn)了遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)(Tele-Medicine)和遠(yuǎn)程醫(yī)療(Tele-Health)的概念。2000年前后,出現(xiàn)了電子商務(wù)、電子教育、電子辦公以及電子健康(eHealth)[4]等新概念。2003年前后手機(jī)被廣泛應(yīng)用，人們提出了移動健康(mHealth)的概念。移動健康是遠(yuǎn)程醫(yī)療的一部分，遠(yuǎn)程醫(yī)療又是電子健康的一部分。移動健康的應(yīng)用主要面向公眾和面向醫(yī)護(hù)人員。

本文構(gòu)建的移動APP的用戶是公眾。通過系統(tǒng)調(diào)研與梳理，目前面向公眾的移動健康應(yīng)用主要有門診預(yù)約服務(wù)、用藥管理、慢性病管理、遠(yuǎn)程診斷與治療、電子健康檔案查詢、大眾健康熱線服務(wù)、醫(yī)院導(dǎo)航、電子導(dǎo)醫(yī)，以及提供醫(yī)學(xué)知識教育和醫(yī)學(xué)資訊的公共衛(wèi)生服務(wù)等[5]。

1.1.1 門診預(yù)約

移動健康的基本應(yīng)用之一是醫(yī)生門診預(yù)約管理?；颊呖赏ㄟ^手機(jī)預(yù)約醫(yī)生，同時提醒患者準(zhǔn)時去就診。在美國的醫(yī)療體系中，患者遲到給醫(yī)生工作帶來諸多不便，門診預(yù)約提醒可緩解此問題。因此，移動醫(yī)療可以改善醫(yī)生和患者的時間管理[6]。

1.1.2 用藥管理

移動健康可應(yīng)用到患者的用藥管理方面。醫(yī)院信息系統(tǒng)和醫(yī)護(hù)人員可通過手機(jī)通知患者用藥時間、用量等信息，讓患者按照醫(yī)療計劃定時定量用藥，保證醫(yī)療效果[7]；還可以集成決策支持，檢查患者用藥和其他用藥之間是否沖突，防止副作用出現(xiàn)。移動醫(yī)療應(yīng)用能夠解決實時數(shù)據(jù)采集問題，可以讓公眾提供其用藥情況、用藥后的反應(yīng)、癥狀和效果信息，幫助醫(yī)生收集患者用藥歷史和判斷病情。此外，對一些相同的用藥情況，移動醫(yī)療能提供電子化的用藥處方，減少公眾反復(fù)去醫(yī)院開處方的問題，同時減少了醫(yī)院的門診量。

1.1.3 慢性病管理

移動健康還可以應(yīng)用到糖尿病等多種慢性病管理。中國已進(jìn)入老齡化社會，慢性病(如糖尿病、高血壓、心血管疾病等)的發(fā)病率增加，給社會和個人家庭都帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。移動醫(yī)療可以讓患者在家里接受一些相關(guān)的醫(yī)療服務(wù)，如醫(yī)生可以遠(yuǎn)程跟蹤患者身體情況，采集患者的各種體征數(shù)據(jù)，有可能會及早發(fā)現(xiàn)患者的一些變化，并及時進(jìn)行治療，避免出現(xiàn)大問題。醫(yī)生或醫(yī)院信息系統(tǒng)可以通過移動終端，提醒患者定時定量服藥。如果患者按醫(yī)囑配合治療，很多慢性疾病病情將控制在一個合理范圍內(nèi)。如通過移動醫(yī)療可以督促糖尿病患者改變生活方式，遵照醫(yī)囑，從而有效控制血糖水平；行動不便的老年人可在家里接受移動醫(yī)療服務(wù)。

1.1.4 醫(yī)院導(dǎo)航

外調(diào)百度或Google地圖完成院外導(dǎo)航，展現(xiàn)院內(nèi)平面圖，查看院內(nèi)樓層、科室所在位置。使用手機(jī)定位服務(wù)，通過GSM網(wǎng)絡(luò)獲取移動終端用戶的位置信息(經(jīng)緯度坐標(biāo))，在電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)，實現(xiàn)醫(yī)院內(nèi)的實時動態(tài)導(dǎo)航[8]。

1.1.5 智慧導(dǎo)醫(yī)

結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)及定位技術(shù)，在醫(yī)院設(shè)置智能導(dǎo)醫(yī)系統(tǒng)?；颊叩街悄軐?dǎo)醫(yī)自助機(jī)前，自助機(jī)播放該科室的介紹，同時告知患者所在位置及下一步要去的位置導(dǎo)向。

本文重點討論移動健康技術(shù)在慢性病管理、用藥管理、醫(yī)學(xué)知識教育等公共衛(wèi)生服務(wù)方面的應(yīng)用。

1.2 核心技術(shù)分析

面向慢性病管理的移動應(yīng)用需要綜合應(yīng)用多種移動健康核心技術(shù)，其核心問題是對慢性病指標(biāo)數(shù)據(jù)采集、分析與計算，從而對慢性病進(jìn)行監(jiān)測與評估，為慢性病患者提供實時準(zhǔn)確的提醒及相關(guān)疾病發(fā)生的預(yù)測。涉及到的核心技術(shù)為聚類算法、分類算法、推薦算法等。

1.2.1 聚類算法

糖尿病風(fēng)險劃分采用聚類算法。聚類是一個將數(shù)據(jù)集劃分為若干組或簇的過程，使同一類的數(shù)據(jù)對象之間的相似度較高，而不同類的數(shù)據(jù)對象之間的相似度較低。常用的聚類算法有k-均值(k-means)、期望最大化(Expectation Maximization)算法、k-中心點、變色龍(Chameleon)算法等。

本文通過K-means聚類算法把糖尿病發(fā)病風(fēng)險類似的人群聚合為一類，以k為參數(shù)，把n個對象分為k個簇，并使類內(nèi)具有較高的相似度，而類間的相似度最低。相似度的計算是根據(jù)一個簇中對象的平均值(被看作簇的重心)進(jìn)行的。這個算法嘗試找出使平方誤差函數(shù)值最小的k個劃分:當(dāng)結(jié)果簇是密集的，而簇與簇之間區(qū)別明顯時，其效果較好。對處理大數(shù)據(jù)集，該算法是可伸縮的和高效率的。

1.2.2 分類算法

利用分類算法對不同風(fēng)險的用戶進(jìn)行用藥和飲食管理。分類是先按照某種標(biāo)準(zhǔn)給數(shù)據(jù)對象貼上標(biāo)簽，再根據(jù)標(biāo)簽區(qū)分歸類，要事先定義好類別。分類器需要由人工標(biāo)注的分類訓(xùn)練集訓(xùn)練得到，屬于有指導(dǎo)學(xué)習(xí)范疇。常用分類算法有決策樹、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、貝葉斯、關(guān)聯(lián)規(guī)則、粗糙集、模糊集等。本文結(jié)合聚類結(jié)果，按照聚類結(jié)果給數(shù)據(jù)對象貼上糖尿病風(fēng)險狀況的標(biāo)簽，采用支持向量機(jī)算法分別訓(xùn)練用藥和飲食管理的分類模型，按不同風(fēng)險指導(dǎo)用戶用藥，同時開展飲食管理。

1.2.3 推薦算法

一個具有良好用戶體驗的系統(tǒng)，將對海量信息篩選、過濾，把用戶最關(guān)注最感興趣的信息展現(xiàn)出來，節(jié)省用戶篩選信息的時間。推薦系統(tǒng)用于聯(lián)系用戶和信息，一方面幫助用戶發(fā)現(xiàn)有價值的信息，另一方面可以讓信息展現(xiàn)在對其感興趣的人群中，實現(xiàn)信息提供商與用戶的雙贏。目前主要推薦算法包括協(xié)同過濾推薦[9]、基于內(nèi)容推薦[10]、基于關(guān)聯(lián)規(guī)則推薦、組合推薦、基于知識推薦和基于效用推薦[11]。本文采用協(xié)同過濾推薦算法進(jìn)行健康知識推送，主要是基于最近鄰技術(shù)，利用用戶的喜好信息計算用戶之間的距離，然后結(jié)合目標(biāo)用戶的最近鄰居用戶對健康知識評價的加權(quán)評價值，預(yù)測目標(biāo)用戶對特定知識的喜好程度，從而讓系統(tǒng)根據(jù)這一喜好程度對目標(biāo)用戶進(jìn)行推薦。

2 面向慢性病管理的移動健康A(chǔ)PP系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

對慢性病管理移動APP系統(tǒng)進(jìn)行頂層設(shè)計，采用聚類、分類算法、推薦算法等移動互聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)對公眾糖尿病患病風(fēng)險的評估、日常飲食情況管理、用藥管理、健康知識推送、體征監(jiān)測等功能。

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

面向慢性病管理的移動健康A(chǔ)PP系統(tǒng)要實現(xiàn)公眾參與，本文以糖尿病的健康管理為例開展探索。通過用戶輸入的信息，借助后臺移動互聯(lián)技術(shù)，輸出針對具體用戶有針對性的健康知識。系統(tǒng)框架包括基本身體指標(biāo)采集、身體狀況分析、糖尿病風(fēng)險評估、飲食管理、用藥管理、體征監(jiān)測、健康知識推送、用戶注冊登錄、系統(tǒng)管理以及系統(tǒng)內(nèi)部接口等功能。系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

結(jié)合系統(tǒng)功能框架設(shè)計慢性病管理APP系統(tǒng)的流程圖，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

2.2.1 用戶注冊和登錄

對于首次使用本系統(tǒng)的用戶提示注冊賬號，通過手機(jī)號或郵箱均可完成注冊，然后利用該賬號登錄系統(tǒng)。以后使用系統(tǒng)時，自動使用此賬號登錄。

2.2.2 身體指標(biāo)采集和提醒

首先采集用戶的基本情況，如性別、年齡、身高、體重，再結(jié)合基本指標(biāo)計算體重指數(shù)BMI，提供當(dāng)前身體狀況分析，如圖3所示；然后采集用戶血糖、血壓、血脂、腹圍、糖尿病家族史、是否患有糖尿病、飲食口味、是否吸煙、飲酒情況、睡眠質(zhì)量等身體指標(biāo)。

圖3 身體指標(biāo)采集(左)和提醒界面(右)

2.2.3 糖尿病風(fēng)險評估

第一步，風(fēng)險等級劃分。結(jié)合用戶身體指標(biāo)，在后臺利用K-means聚類算法界定糖尿病發(fā)病風(fēng)險等級，包括患有糖尿病、患糖尿病風(fēng)險高、患糖尿病風(fēng)險較高、有糖尿病風(fēng)險、身體狀況不錯等。

第二步，提供評估結(jié)果。針對用戶個人的情況提供糖尿病風(fēng)險評估結(jié)果，如患糖尿病風(fēng)險較高，日常生活中需要注意飲食、運(yùn)動、用藥等方面，如圖4所示。

第三步，生成評估報告。根據(jù)用戶個人的評估結(jié)果，生成可以供用戶具體操作的評估報告，如圖4所示。

此后還可以進(jìn)行歷史記錄查詢。按照用戶進(jìn)行風(fēng)險評估的時間，展示出歷史記錄列表，用戶通過該列表查詢個人的風(fēng)險評估記錄。

圖4 風(fēng)險評估結(jié)果(左)和評估報告(右)

2.2.4 飲食管理

通過采集用戶每天的飲食數(shù)據(jù)，采用營養(yǎng)學(xué)的食物交換份法，針對用戶輸入的飲食數(shù)據(jù)，在后臺進(jìn)行計算，進(jìn)而結(jié)合用戶是否患病分類進(jìn)行飲食合理性評價與指導(dǎo)。

一是針對糖尿病患者的飲食管理流程，如圖5所示。根據(jù)系統(tǒng)采集到的用戶飲食數(shù)據(jù)，結(jié)合營養(yǎng)學(xué)上的食物交換份法計算該個體每日實際攝入的總能量，同時計算實際攝入蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物的量，以及三者的比例分布情況(即飲食結(jié)構(gòu))。根據(jù)年齡、性別、職業(yè)和體重等因素計算個體每日所需的標(biāo)準(zhǔn)總熱量和飲食結(jié)構(gòu)[12]。

圖5 糖尿病患者飲食評估流程圖

二是針對未患糖尿病用戶的飲食管理流程，如圖6所示。根據(jù)中國營養(yǎng)學(xué)會制定的中國膳食平衡指數(shù)[13-14]的構(gòu)成指標(biāo),采集用戶三餐飲食情況時，以平衡膳食寶塔中各類食物推薦量為依據(jù)定義各個構(gòu)成指標(biāo)的取值方法，以及不同指標(biāo)重量區(qū)間與分值的對應(yīng)關(guān)系。

圖6 針對未患病用戶的飲食評估流程圖

2.2.5 用藥管理

用藥管理能為患者提供服用降糖或降脂藥物的實時提醒，系統(tǒng)通過后臺時間設(shè)定進(jìn)行服藥提醒。

2.2.6 體征監(jiān)測

體征監(jiān)測包括血壓、脈搏、體溫、呼吸和血糖等的監(jiān)測。首先要采集這5個體征指標(biāo)，結(jié)合后臺嵌套的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間值，判斷指標(biāo)是否正常，進(jìn)而生成健康日志列表和指標(biāo)曲線。

2.2.7 健康知識推送

本文整理與采集糖尿病相關(guān)的健康知識，共匯集知識條目2 000多條，結(jié)合采集的健康知識的主題內(nèi)容將健康知識分為基本常識、血糖監(jiān)測、運(yùn)動方案、合理用藥、生活指南五大類。推送健康知識的過程中，本文使用協(xié)同過濾推薦算法，向前期不同身體特征的用戶有針對性地推送個性化的健康知識，實現(xiàn)健康知識的針對性應(yīng)用。

3 結(jié)語

本文初步搭建了糖尿病管理移動APP系統(tǒng)，實現(xiàn)了對糖尿病的風(fēng)險評估、體征監(jiān)測、用藥和飲食管理、健康知識推送等功能。該移動APP應(yīng)用具有靈活、便捷、個性化等特點，能為公眾提供切實有效的健康知識，有利于解決海量健康知識與公眾對個性化健康知識迫切需求之間的矛盾。后續(xù)研究考慮將可進(jìn)行體征采集的移動可穿戴設(shè)備接入糖尿病健康管理移動APP，并結(jié)合采集到的數(shù)據(jù)深入研究，不斷改進(jìn)該APP的系統(tǒng)功能，提升面向特定人群提供健康管理和健康知識服務(wù)的能力。