針對特殊人群用藥提醒的醫(yī)聯(lián)網系統(tǒng)設計

蘇偉，李允俊

(延邊大學 工學院，延吉 133002)

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針對特殊人群用藥提醒的醫(yī)聯(lián)網系統(tǒng)設計

蘇偉，李允俊

(延邊大學 工學院，延吉 133002)

摘要:針對現(xiàn)有用藥提醒系統(tǒng)功能單一、操作復雜、使用地點受限等缺點，設計了一種基于特殊人群的用藥提醒系統(tǒng)。本系統(tǒng)結合RFID標簽、藍牙模塊以及智能手機，通過STM32單片機將模塊整合，并設計醫(yī)院處方服務器、手機端的用藥數(shù)據(jù)庫以及語音提醒模塊，實現(xiàn)了病人刷藥品上的RFID標簽后，智能手機會以語音形式提醒正確用藥的功能。測試結果表明，本系統(tǒng)功能穩(wěn)定、性能可靠，具有一定的實用價值。

關鍵詞:用藥提醒；STM32單片機；RFID；藍牙

引言

由于老年人認知力和記憶力的下降，在用藥時經常不能正確地按照醫(yī)囑用藥，對不同的藥很難辨別，經常會出現(xiàn)錯誤用藥的現(xiàn)象,而視障人由于視力問題，在用藥時對藥物的辨別很困難，也經常會出現(xiàn)錯誤用藥的現(xiàn)象。隨著物聯(lián)網的出現(xiàn)和發(fā)展，其相關技術逐步融入到了智慧醫(yī)療領域，目前針對上述特殊人群的用藥提醒應用正在興起[1-2]。

本設計以智能手機為終端，結合單片機技術、RFID標簽識別技術、藍牙技術和嵌入式技術，實現(xiàn)對特殊人群用藥信息的采集、實時用藥監(jiān)督以及提醒等功能，改進現(xiàn)有用藥提醒設備功能單一、操作復雜和使用地點受限等缺點，為特殊人群提供方便、準確、可靠的用藥提醒服務。

1系統(tǒng)架構設計

用藥提醒系統(tǒng)主要分為手持終端、智能手機終端和醫(yī)院服務器端3個部分。手持終端以STM32單片機為平臺，包括RFID閱讀器模塊和藍牙通信模塊。智能手機終端由數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、藍牙模塊和語音提醒模塊4部分組成。醫(yī)院服務器端負責存儲與病人相關的用藥信息，并提供數(shù)據(jù)源，方便病人下載與自己相關的用藥信息到手機數(shù)據(jù)庫。本文設計的用藥提醒系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)架構圖

2手持終端設計

手持終端包括STM32單片機、RFID模塊和藍牙模塊。STM32單片機是手持終端的核心處理模塊，其基本功能是通過驅動RFID讀卡器讀取RFID標簽的內容，然后將讀取的內容封裝成自定義幀，通過藍牙模塊發(fā)送到手機終端。

本系統(tǒng)采用32位的STM32F103ZET6單片機，選擇無操作系統(tǒng)運行[3]，因此需要配置單片機時鐘源、中斷等信息，同時需要對RFID讀卡器的GPIO接口、藍牙模塊的串口進行相關配置，以保證數(shù)據(jù)的正常傳輸。單片機無操作系統(tǒng)運行，需要編寫啟動文件，調用main()函數(shù)來實現(xiàn)各項功能，其程序流程圖如圖2所示。

圖2　STM32程序流程圖

其主要匯編程序如下：

① 從外部文件中引入main()函數(shù)

IMPORT_MAIN

② 把main()函數(shù)調用地址加載到通用寄存器R0

BLX R0=_MAIN

③ 跳轉到R0中保存的地址執(zhí)行程序

BXR0

為了保證數(shù)據(jù)在傳送過程中的準確性，本系統(tǒng)設計自定義數(shù)據(jù)幀，即在RFID標簽信息的基礎之上，添加幀頭以及FCS校驗碼，自定義數(shù)據(jù)幀格式如下所示。

幀 頭RFID標簽內碼FCS8位64位16位

根據(jù)實際需求，考慮到RFID標簽要貼到每個藥瓶之上，因此選擇了無源125 kHz的RFID，滿足了低成本的要求。藍牙模塊則是選擇了HC-06型號模塊，該型號藍牙具有低功耗、高性能和低成本的特征，常用于車載免提、藍牙GPS和數(shù)據(jù)傳送領域[4-5]。藍牙模塊和單片機之間通過串口方式進行連接，數(shù)據(jù)經過單片機處理后，通過串口將數(shù)據(jù)傳送到藍牙模塊。

數(shù)據(jù)通信過程中，手機藍牙屬于藍牙主設備，主動向藍牙從設備發(fā)起連接請求，并進行自動配對，配對成功后建立連接，此時，手機藍牙主設備與藍牙從設備組成了一個簡單的微微網。

3智能手機終端設計

3.1手機數(shù)據(jù)庫模塊設計

本系統(tǒng)需要在手機終端設計一個存儲病人用藥信息的用藥信息數(shù)據(jù)庫，通過調用數(shù)據(jù)庫的信息來分析判斷用戶當前的狀態(tài)，以此實現(xiàn)對用戶用藥的監(jiān)督與提醒等功能。

客戶端使用安卓系統(tǒng)內置的SQLite數(shù)據(jù)庫，用戶用藥信息數(shù)據(jù)庫如表1所列。

表1　存儲用藥信息的數(shù)據(jù)庫

手機數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源于醫(yī)院服務器端的數(shù)據(jù)庫，當病人看病時，可將數(shù)據(jù)從醫(yī)院服務器下載到手機里，數(shù)據(jù)有更新或者變動時，只要重新從服務器端下載，進行數(shù)據(jù)覆蓋即可。

為了辨別用戶在規(guī)定的時間內是否服用了相應的藥，本系統(tǒng)設計了一個日志數(shù)據(jù)庫，用來對用戶的用藥歷史進行記錄。當用戶服藥時，日志數(shù)據(jù)庫會存儲用戶所服用藥的標簽、日期和時間等信息。系統(tǒng)對用戶進行提醒時，會先遍歷日志數(shù)據(jù)庫，查看病人服藥的信息，以此判斷哪一條用藥信息需要提醒，哪一條不需要提醒。日志數(shù)據(jù)庫如表2所列。

表2　日志數(shù)據(jù)庫

3.2語音合成模塊設計

本系統(tǒng)中所實現(xiàn)的語音提醒功能的關鍵技術是語音合成技術。文本轉語音技術采用科大訊飛的MSP移動語音平臺來實現(xiàn)，其提供的語音合成技術有兩種：語音合成控件(SynthesizerDialog)及語音合成播放器(SynthesizerPlayer)。本系統(tǒng)采用的是語音合成控件(SynthesizerDialog)方法。

語音合成控件(SynthesizerDialog)主要由創(chuàng)建對象函數(shù)、設置合成文本函數(shù)、設置回調接口函數(shù)、設置合成音頻采樣率函數(shù)、設置發(fā)音人函數(shù)、設置合成語速函數(shù)和設置合成音量函數(shù)來實現(xiàn)。

在本系統(tǒng)中，監(jiān)督線程與提醒線程都用到了語音提醒模塊，監(jiān)督線程、提醒線程和語音合成控件通過Handle通信機制傳遞消息，語音合成控件通過調用離線語音庫實現(xiàn)對用戶的語音提醒。其數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。

圖3　語音合成模塊的數(shù)據(jù)流圖

3.3用藥管理模塊設計

用藥管理模塊是整個系統(tǒng)的邏輯分析判斷部分,主要負責對整個系統(tǒng)的信息進行分析與判斷。首先用藥管理模塊可以讀取手機數(shù)據(jù)庫中的內容并且接收手持設備終端發(fā)送過來的信息，通過對信息進行分析與判斷，對相應的情況作出反應，以此實現(xiàn)對用戶狀態(tài)的實時監(jiān)督與提醒功能。

本系統(tǒng)的用藥管理模塊分為監(jiān)控程序和提醒程序兩部分，監(jiān)控部分負責對用戶進行實時監(jiān)控，當病人用藥時根據(jù)所獲得的藥品標簽信息、數(shù)據(jù)庫的內容和當天的日期時間進行分析判斷，若所用藥正確，則語音提醒現(xiàn)在所持藥品的名稱，告知可以食用此藥，并向日志數(shù)據(jù)庫發(fā)送相應的信息來記錄某日某時已服用某藥；若所用藥不正確，則語音提醒所持藥品的名稱，告知此時不可食用此藥，并默認用戶聽到警告后未食用此藥。若用戶在用藥時未得到任何提醒則需要重新刷藥品標簽上的信息。提醒程序根據(jù)用藥信息數(shù)據(jù)庫和當日數(shù)據(jù)庫的內容對用戶進行定時的提醒。其程序流程圖如圖4所示。

圖4　用藥管理程序流程圖

3.4藍牙通信模塊設計

手機終端藍牙通信模塊負責接收手持終端發(fā)送過來的藥品的標簽信息。根據(jù)本系統(tǒng)的功能需求，手機終端的藍牙模塊應與手持終端的藍牙模塊自動連接并接收數(shù)據(jù)。由于藥品標簽在發(fā)送過來時對數(shù)據(jù)包重新進行了封裝，因此手機終端藍牙接收到數(shù)據(jù)后需要對數(shù)據(jù)包進行解析，判斷數(shù)據(jù)是否正確，若正確，用藥管理模塊會讀取數(shù)據(jù)并進行相應的處理，若錯誤則摒棄數(shù)據(jù)。當用戶用藥時未聽到任何提醒，則證明數(shù)據(jù)傳輸錯誤，此時需重新對藥品信息進行閱讀并發(fā)送藥品信息。

圖5　藍牙程序流程圖

由于手機終端藍牙模塊與手持終端藍牙模塊自動連接，因此手機終端藍牙程序需要自動設定PIN，實現(xiàn)自動連接的功能。藍牙接收到正確數(shù)據(jù)后，用藥管理模塊需要對數(shù)據(jù)進行處理，因此藍牙模塊配對成功后會創(chuàng)建新的線程負責接收與處理數(shù)據(jù)。手機端藍牙模塊的程序流程圖如圖5所示。

4醫(yī)院處方服務器軟件設計

特殊人群用藥的藥方是從醫(yī)院處方數(shù)據(jù)庫中獲取的，因此，本系統(tǒng)選擇了操作相對簡單、應用廣泛的B/S模式完成數(shù)據(jù)庫的下載，即采用Web服務器的方式。醫(yī)院處方數(shù)據(jù)服務器架構圖如圖6所示。

圖6　醫(yī)院處方服務器架構圖

醫(yī)院處方服務器包括了手機端用藥信息數(shù)據(jù)庫和Web服務器兩部分，醫(yī)生將電子處方以數(shù)據(jù)庫表的形式寫入數(shù)據(jù)庫中，并存儲到醫(yī)院服務器中，每個病人都有自己獨立的數(shù)據(jù)庫來存儲信息。

病人通過手機訪問醫(yī)院數(shù)據(jù)服務器，獲取醫(yī)生開出的處方信息，下載到本地手機端。手機端通過URLConnect提交請求獲取醫(yī)院處方服務器端的數(shù)據(jù)，首先要調用一個URL對象openConnection()來創(chuàng)建URLConnect對象；然后設置URLConnect參數(shù)和POST請求屬性；其次獲取URLConnect實例對應的輸出流來發(fā)送請求參數(shù)；最后讀取醫(yī)院處方服務器的數(shù)據(jù)。

5測試與結果

數(shù)據(jù)的有效傳輸分為兩個部分：第一部分是RFID閱讀器能否正確閱讀標簽信息，第二部分是藍牙能否正確傳輸數(shù)據(jù)。由測試結果可知，RFID閱讀器能夠在0～5 cm的距離內正確閱讀標簽信息，藍牙間數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率為100%，即手持端設備運行正常，并且可以和手機設備進行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。

本系統(tǒng)用PC機上的Apache服務器來模擬醫(yī)院服務器，首先啟動Apache服務器，然后打開手機端軟件，界面如圖7(a)所示，手機界面有默認的醫(yī)院服務器地址，當醫(yī)院服務器地址需要更換時，可通過“設置ID”按鈕來設置，最后，通過“獲取用藥信息”按鈕可一鍵獲取用藥信息。圖7(b)為手機data目錄下已下載的用戶用藥信息數(shù)據(jù)庫。

圖7　數(shù)據(jù)庫下載

本文對用藥提醒系統(tǒng)的監(jiān)督和提醒功能進行了測試以驗證系統(tǒng)的準確率。測試結果表明，用藥提醒系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的下載、藥品標簽的閱讀、數(shù)據(jù)的傳送以及邏輯處理的正確率較高，接近100%。因此，本系統(tǒng)具有較高可靠性及一定實用價值。

結語

本系統(tǒng)結合RFID標簽識別技術、藍牙通信技術以及智能手機APP的開發(fā)，設計了針對老年人和視障人等特殊人群的用藥提醒系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 何國平,章笠中,何前鋒.智慧醫(yī)療及醫(yī)療物聯(lián)網應用概述[J].電信網技術,2013(8):19-26.

[2] 薛青.智慧醫(yī)療:物聯(lián)網在醫(yī)療衛(wèi)生領域的應用[J].信息化建設,2010,5(6):56-58.

[3] 阮曉東.醫(yī)療物聯(lián)網開啟全新醫(yī)療模式[J].新經濟導刊,2014,7(3):36-44.

[4] 王西平.藍牙無線通信技術在溫度實時監(jiān)控中的應用[J].信息通信,2014(2):31.

[5] 陳鑫,秦宏偉,陳春雨,等.基于Cortex-M3內核的STM32微控制器研究與電路設計[J].大慶師范學院學報,2013(6):44-47.

蘇偉(碩士研究生)、李允俊(教授)，研究方向為嵌入式系統(tǒng)應用。

Medical Network System for Special Populations to Remind

Su Wei,Li Yunjun

(Institute of Technology,Yanbian University,Yanji 133002,China)

Abstract：Aiming at the problem of the current medication reminder system that the function is sigle,the operation is complex,the use of location is limited,and so on,a new medication reminder system for special population is designed.The system combines with RFID tag,Bluetooth module and the smart phone,which are integrated using STM32 microcontroller.Moreover,the hospital server,the medical information database in mobile and the voice reminding module are also designed.The smart phone will send a voice reminder to use medicine after the patients brushing the RFID tag on the drugs.The experiment results show that the system has the characteristics of high reliability and good stability,which has some practical value.

Key words:medication reminder;STM32 microcontroller;RFID;Bluetooth

收稿日期：(責任編輯：薛士然2015-08-26)

中圖分類號:TP319

文獻標識碼:A