基于體域網(wǎng)的移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張?jiān)葡?王英龍

【摘 要】本文設(shè)計(jì)了一種基于體域網(wǎng)采集技術(shù)和云平臺(tái)存儲(chǔ)技術(shù)的移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)低功耗Zigbee網(wǎng)絡(luò)采集人體血壓、血氧、心電等生理數(shù)據(jù)，將傳感器節(jié)點(diǎn)采集的生理參數(shù)傳輸?shù)絑igbee-Bluetooth網(wǎng)關(guān)，利用藍(lán)牙在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入方面的優(yōu)勢(shì)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)終端設(shè)備，移動(dòng)終端通過(guò)Wifi/GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析，醫(yī)生可以登錄網(wǎng)站提供給患者咨詢服務(wù)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程咨詢、遠(yuǎn)程診斷，很大程度上解決了患者就醫(yī)難、就醫(yī)貴的難題。

【關(guān)鍵詞】體域網(wǎng)；Zigbee-Bluetooth網(wǎng)關(guān)；移動(dòng)醫(yī)療；云平臺(tái)

通過(guò)無(wú)線體域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療成為移動(dòng)醫(yī)療發(fā)展的方向[1]，一方面，由于生活節(jié)奏快、壓力大和和人口老齡化造成的各種慢性病和心腦血管疾病等發(fā)病率增加[2-3]，另一方面，醫(yī)療資源分布不平衡造成了偏遠(yuǎn)地區(qū)患者就醫(yī)困難，往返醫(yī)院造成患者時(shí)間和財(cái)力的極大浪費(fèi)，傳統(tǒng)的醫(yī)療模式不能實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)患者的生理狀況，出現(xiàn)問(wèn)題不能得到醫(yī)療專家及時(shí)診斷，往往延誤了治療的最佳時(shí)機(jī)。

針對(duì)傳統(tǒng)的醫(yī)療模式存在的問(wèn)題，文中采用Zigbee協(xié)議構(gòu)成的無(wú)線體域網(wǎng)，獲取人體生理參數(shù)，通過(guò)混合網(wǎng)關(guān)傳輸至基于Android的智能終端，最后利用云平臺(tái)存儲(chǔ)分析用戶數(shù)據(jù)，方便用戶及家人及時(shí)了解身體健康狀況。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

體域網(wǎng)是以人體為中心，由分布在人體表面、人體周圍或者是嵌入人體內(nèi)部的傳感器組成的小范圍通信網(wǎng)絡(luò)，具有信息采集、處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓δ堋？傮w架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，該移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)由感知部分、傳輸部分和云服務(wù)部分三部分構(gòu)成。

生理數(shù)據(jù)的采集是基于用戶不同身體部位的傳感器組成的無(wú)線穿戴式體域網(wǎng)，通過(guò)分布在人體不同部位的終端節(jié)點(diǎn)采集人體血壓、血氧、心電等生理數(shù)據(jù)，通過(guò)短距離、低功耗Zigbee傳輸協(xié)議將生理數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑igbee-Bluetooth混合網(wǎng)關(guān)，到移動(dòng)智能終端，移動(dòng)智能終端通過(guò)Wifi或者GPRS將采集到的數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)平臺(tái)，云服務(wù)平臺(tái)以云計(jì)算作為支撐，提供了海量醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和健康服務(wù)，通過(guò)分析健康數(shù)據(jù)反饋給客戶端診斷信息，用戶可以通過(guò)已注冊(cè)的用戶賬號(hào)登錄云平臺(tái)前端服務(wù)網(wǎng)站或使用智能終端隨時(shí)查看自己的歷史數(shù)據(jù)和健康數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)來(lái)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整自己的日常生活習(xí)慣。

2 體域網(wǎng)采集模塊的設(shè)計(jì)

WBAN中的傳感器節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)發(fā)送的部分以及提供電源的部分四個(gè)部分組成，節(jié)點(diǎn)微控制器采用T1公司的CC2530模塊，該芯片兼容Zigbee協(xié)議的射頻模塊和一個(gè)增強(qiáng)型的微控制器，能夠運(yùn)行T1的Z-Stack協(xié)議棧。如圖2所示，該移動(dòng)系統(tǒng)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采集模塊由各類Zigbee傳感器節(jié)點(diǎn)組成，可以獲取人體的血壓、血氧、和心電等生理參數(shù)，并通過(guò)Zigbee協(xié)議傳輸?shù)絑igbee協(xié)調(diào)器，經(jīng)過(guò)Zigbee-Bluetooth網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換后通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議傳輸至移動(dòng)終端。

3 Zigbee/藍(lán)牙混合無(wú)線網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

無(wú)線網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)是整個(gè)移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)傳輸?shù)暮诵?，Zigbee采用CC2530芯片實(shí)現(xiàn)，藍(lán)牙部分則采用BlueCore4芯片實(shí)現(xiàn)，兩芯片之間利用UART串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，利用Micro SD卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并且通過(guò)SPI接口與CC2530模塊連接。當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)來(lái)的時(shí)候，Zigbee模塊接收數(shù)據(jù)并存入Micro SD卡中，又通過(guò)網(wǎng)關(guān)內(nèi)的UART串口傳送到藍(lán)牙模塊打包為藍(lán)牙數(shù)據(jù)包，當(dāng)藍(lán)牙與移動(dòng)設(shè)備相連的時(shí)候，通過(guò)藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)送至移動(dòng)智能終端存儲(chǔ)，當(dāng)移動(dòng)終端與外網(wǎng)相連時(shí)，移動(dòng)終端將數(shù)據(jù)傳送至云服務(wù)平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并反饋相關(guān)建議至移動(dòng)終端，同時(shí)，遠(yuǎn)程端醫(yī)生也可以查看患者上傳的數(shù)據(jù)，提供咨詢和建議。

4 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件基于Android4.4操作系統(tǒng)研發(fā)，包括系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)三部分，如圖3所示，包括用戶登錄界面、用戶主界面和各個(gè)功能界面，每個(gè)Acticity都有多種控件組成，包括ImageView、Button、TextView等組成，主界面和各個(gè)功能界面之間通過(guò)Intent組件實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。

生理數(shù)據(jù)的讀取需要在XML布局文件中定義TextView控件，用來(lái)顯示文本內(nèi)容，并設(shè)置該文本框的大小、位置等相關(guān)屬性，然后在Java程序中調(diào)用已添加的控件，將緩沖區(qū)上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為String類型數(shù)據(jù)并作為setText（）方法的參數(shù)，這樣，讀取數(shù)據(jù)就可以顯示在界面的制定位置，實(shí)時(shí)顯示傳感器收集的生理參數(shù)。

5 云服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

該移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)通過(guò)智能終端將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)，用戶可以通過(guò)登錄自己的賬號(hào)隨時(shí)查看生理參數(shù)的變化，既節(jié)省了患者大量往返醫(yī)院的時(shí)間和財(cái)力，也節(jié)省了大量的醫(yī)療資源，是解決我國(guó)醫(yī)療資源分配不均的一種有效方式。該移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)利用云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和海量數(shù)據(jù)管理，并為用戶提供人性化的服務(wù)。

云平臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包含數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，該平臺(tái)采用Web Service進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，采用SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，利用.NET框架提供支持，架構(gòu)之間高聚合、低耦合、層次性高，出現(xiàn)問(wèn)題便于修改。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)進(jìn)出庫(kù)數(shù)據(jù)的優(yōu)化。管理和整合，并通過(guò)SOAP協(xié)議和HTTPS協(xié)議與服務(wù)接口層進(jìn)行對(duì)接，確保生理數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

6 移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)測(cè)試

6.1 人機(jī)交互界面測(cè)試

以血壓為例，展示系統(tǒng)功能界面顯示，用戶可以查看血壓值和歷史變化趨勢(shì)如圖4所示。

6.2 云服務(wù)平臺(tái)測(cè)試

已注冊(cè)過(guò)的用戶可以登錄云服務(wù)平臺(tái)網(wǎng)站的方式，查詢測(cè)量過(guò)的生理參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，觀察生理參數(shù)變化趨勢(shì)，起到提前預(yù)防疾病的作用；通過(guò)瀏覽歷史數(shù)據(jù)患者可以了解治療狀況，方便及時(shí)調(diào)整治療方案，達(dá)到最好治療效果。用戶本人或家人可以下載手機(jī)客戶端APP，隨時(shí)隨地了解家人身體健康狀態(tài)，用戶使用移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳云平臺(tái)效果如圖5所示。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合Zigbee技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，在Android平臺(tái)上設(shè)計(jì)了該移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)患者血壓、血氧和心電等生理參數(shù)，通過(guò)云服務(wù)平臺(tái)存儲(chǔ)生理健康數(shù)據(jù)并驚醒數(shù)據(jù)分析，對(duì)新型醫(yī)療模式的發(fā)展提供了新的思路。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]