母嬰監(jiān)護(hù)智能管理云平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

【作 者】孟慶建，宋莉，王曉艷，范世忠，車琳琳，張光玉，王世剛

泰山醫(yī)學(xué)院放射學(xué)院，泰安市，271016

母嬰監(jiān)護(hù)智能管理云平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

【作 者】孟慶建，宋莉，王曉艷，范世忠，車琳琳，張光玉，王世剛

泰山醫(yī)學(xué)院放射學(xué)院，泰安市，271016

目的 利用無線移動(dòng)通信技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立母嬰智能健康管理云平臺(tái)。方法 運(yùn)用J2EE技術(shù)構(gòu)建基于B/S三層結(jié)構(gòu)的健康智能管理云平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)各種生命體征參數(shù)（如心電、血壓、血氧飽和度、脈搏心率、呼吸、體溫、孕婦的瞬時(shí)胎心率、宮縮壓力、胎動(dòng)等參數(shù)）的實(shí)時(shí)檢測與無線遠(yuǎn)程傳輸。結(jié)果 實(shí)現(xiàn)了孕婦健康信息、健康檔案、健康分析報(bào)告數(shù)字化管理；通過該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了病人與醫(yī)生在線咨詢。結(jié)論 孕婦可以通過手機(jī)客戶端，隨時(shí)進(jìn)行各種生命體征參數(shù)的上傳和下載，隨時(shí)查看個(gè)人健康分析報(bào)告。

智能管理；云平臺(tái)；無線遠(yuǎn)程；在線分析

0 引言

胎兒監(jiān)護(hù)是產(chǎn)科圍產(chǎn)期行之有效的常規(guī)監(jiān)護(hù)手段，可及早發(fā)現(xiàn)胎兒在子宮內(nèi)是否缺氧、胎動(dòng)、宮縮等情況。減少因長期缺氧引起的胎兒持久性腦損傷，對(duì)降低圍產(chǎn)兒死亡率、提高人口素質(zhì)具有重要的意義。

目前，國內(nèi)外胎兒監(jiān)護(hù)以單機(jī)監(jiān)護(hù)為主，部分大醫(yī)院雖已購置了中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，也僅限于院內(nèi)監(jiān)護(hù)，孕婦必須到醫(yī)院方能進(jìn)行監(jiān)護(hù)。目前母嬰遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[1]存在的主要問題有：基于電話網(wǎng)傳輸?shù)男盘?hào)只有胎心率，無法傳輸孕婦的心電、血壓、血氧、宮縮及胎動(dòng)等更多的信號(hào)，其臨床意義不大；信號(hào)傳輸速度慢，噪聲大，信號(hào)質(zhì)量差；電話通訊費(fèi)用高，病人家屬難以接受。本文將無線通訊技術(shù)、現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、胎兒監(jiān)護(hù)圖形分析和診斷技術(shù)結(jié)合在一起，研發(fā)了基于無線遠(yuǎn)程的母嬰智能健康云管理平臺(tái)，可同時(shí)對(duì)數(shù)百個(gè)孕婦的心電、血壓、血氧飽和度、脈搏心率及瞬時(shí)胎心率、宮縮壓力、胎動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，并將這些參數(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)结t(yī)院，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)護(hù)信息的共享，而且平臺(tái)還具有胎兒監(jiān)護(hù)自動(dòng)分析功能。

1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括各種監(jiān)護(hù)儀終端、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)應(yīng)用服務(wù)器、FTP服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、實(shí)時(shí)通信服務(wù)器、醫(yī)院數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)終端、移動(dòng)通信運(yùn)營商、3G網(wǎng)關(guān)服務(wù)器等。其中遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)應(yīng)用服務(wù)器、FTP服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、實(shí)時(shí)通信服務(wù)器組成了遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)服務(wù)平臺(tái)的核心，實(shí)時(shí)接收控制處理各種監(jiān)護(hù)儀終端采集到的數(shù)據(jù)并檢測分析處理，根據(jù)醫(yī)院的需求向醫(yī)院數(shù)據(jù)庫[2]分發(fā)同步數(shù)據(jù)、向各類監(jiān)護(hù)終端用戶提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)又控制所有遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)活動(dòng)的調(diào)度和執(zhí)行。

用各種監(jiān)護(hù)儀終端監(jiān)測得到母親胎兒的各類生理信號(hào)，通過移動(dòng)通信運(yùn)營商的3G網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境和互聯(lián)網(wǎng)（Inernet），傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)護(hù)應(yīng)用服務(wù)器上進(jìn)行信息檢測分析處理，保存到相應(yīng)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)庫和醫(yī)院數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，各種遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)終端通過互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程查看、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程會(huì)診等活動(dòng)。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱DFig. 1 System topology

2 系統(tǒng)智能健康管理功能

系統(tǒng)智能健康管理[3]業(yè)務(wù)流程圖如圖2所示, 通過遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)平臺(tái)整合監(jiān)護(hù)設(shè)備終端、系統(tǒng)管理中心、醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心、個(gè)人中心、醫(yī)生專家中心，進(jìn)行各種監(jiān)護(hù)應(yīng)用連接、數(shù)據(jù)傳輸、各種監(jiān)護(hù)功能實(shí)現(xiàn)等流程控制。具備的主要功能有：① 監(jiān)護(hù)設(shè)備開機(jī)自動(dòng)加載程序、配置文件、設(shè)備信息，顯示監(jiān)護(hù)界面。監(jiān)護(hù)設(shè)備自動(dòng)讀取母親及胎兒的各種監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算分析處理后，上傳至監(jiān)護(hù)管理中心；② 平臺(tái)管理系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)、HTTP服務(wù)、FTP服務(wù)、3G服務(wù)管理、新聞文件等管理設(shè)置；③ 醫(yī)院管理中心進(jìn)行醫(yī)院監(jiān)護(hù)信息管理、醫(yī)院設(shè)備管理、設(shè)備租用管理、醫(yī)生專家管理、病人信息管理等；④醫(yī)生專家中心提供病人信息管理、病人監(jiān)護(hù)信息分析處理、留言咨詢管理；⑤ 個(gè)人中心查看自己的監(jiān)護(hù)信息，在線咨詢專家醫(yī)生；⑥ 醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心，實(shí)時(shí)監(jiān)控分析處理各種監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)，打印提交病人基本資料及監(jiān)護(hù)分析報(bào)告。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)終端設(shè)備設(shè)計(jì)

監(jiān)護(hù)終端設(shè)備可以采集、顯示、打印胎心率、宮縮壓力、胎動(dòng)等生命體征參數(shù)，既可單機(jī)使用，也可以通過以太網(wǎng)口連網(wǎng)，還可以通過CDMA DTU 搭建遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)，并通過GPS模塊進(jìn)行定位。監(jiān)護(hù)終端設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。設(shè)備的中央控制板采用了兩片STC89C58RD+單片機(jī)處理器，其中單片機(jī)1負(fù)責(zé)處理監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)的封裝、發(fā)送，以及鍵盤掃描等工作，單片機(jī)2負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)的圖形顯示、打印，及鍵盤操作的顯示等工作。

圖3 監(jiān)護(hù)終端設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)Fig.3 Hardware structure of terminal monitoring

3.1 采集處理模塊

采集處理模塊主要由TMS320LF2407A DSP 處理器，XC9536XL CPLD電路、超聲發(fā)射電路、超聲接收放大電路、乘法解調(diào)器、低通濾波器、音頻放大電路等組成。采集電路中，采用了12晶片1.0 MHz數(shù)字脈沖超聲多普勒探頭，比傳統(tǒng)的超聲發(fā)射頻率低，衰減小，靈敏度高，更適于胖孕婦及枕后位孕婦監(jiān)護(hù)，其超聲探頭結(jié)構(gòu)如圖4所示。共有12個(gè)晶片組成，其直徑相同，皆為12 mm，均勻分布在探頭的輻射面。發(fā)射時(shí)所有晶片都參與發(fā)射，其合成的聲束寬度為(6～8) cm，是傳統(tǒng)技術(shù)聲束寬度的2～3倍，胎心捕捉范圍寬，監(jiān)護(hù)過程中對(duì)胎心信號(hào)的檢測不易受胎動(dòng)及宮縮影響。發(fā)射時(shí)間為100 μs，發(fā)射結(jié)束后所有晶片都轉(zhuǎn)為接收，接收時(shí)間為400 μs，其發(fā)射波形如圖5所示。

圖4 12晶片超聲多普勒探頭結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Structure schematic diagram of 12 chips ultrasonic doppler probe

圖5 超聲探頭發(fā)射信號(hào)波形圖Fig.5 The emission signal waveform of ultrasonic probe

3.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊

CDMA DTU全稱CDMA數(shù)據(jù)傳輸單元。 采用的是廈門桑榮公司生產(chǎn)的具有3G通訊[4]功能的Saro 3150P CDMA DTU。其功能是利用CDMA網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。

4 遠(yuǎn)程智能健康管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程智能健康管理平臺(tái)主要包括系統(tǒng)管理中心、用戶操作管理中心、監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)回放分析、文件管理、GPS定位系統(tǒng)等功能模塊。

4.1 系統(tǒng)管理中心

系統(tǒng)管理是整個(gè)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的基礎(chǔ)支撐，包括整個(gè)平臺(tái)運(yùn)行設(shè)置的基礎(chǔ)參數(shù)，各種類別的管理，醫(yī)院、監(jiān)護(hù)設(shè)備、專家、個(gè)人、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)、新聞信息等功能。操作界面如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)管理中心操作界面Fig.6 The system management center

4.2 醫(yī)生專家中心

醫(yī)生專家操作中心[5]主要負(fù)責(zé)醫(yī)院監(jiān)護(hù)設(shè)備添加維護(hù)管理，設(shè)備租用管理，各類監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)管理維護(hù)，病人資料對(duì)應(yīng)，監(jiān)護(hù)分析，報(bào)告打印，衛(wèi)星定位跟蹤等。操作服務(wù)流程如圖7所示。

4.3 個(gè)人用戶中心

圖7 醫(yī)生專家中心操作服務(wù)流程圖Fig.7 The doctor experts’s service operation flow chart

個(gè)人用戶中心主要負(fù)責(zé)個(gè)人基本資料管理維護(hù)，密碼相關(guān)設(shè)置修改；查看自己個(gè)人、家庭監(jiān)護(hù)，包括個(gè)人醫(yī)院監(jiān)護(hù)及家庭監(jiān)護(hù)，查看監(jiān)護(hù)分析，報(bào)告打印。操作界面如圖8所示。

圖8 個(gè)人用戶中心操作界面Fig.8 The individual user’s operating interface

5 結(jié)論

該遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)利用3G等無線高速寬帶移動(dòng)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了孕婦的心電、血壓、血氧飽和度、脈搏心率、呼吸、體溫、胎兒的胎心率、宮縮壓力、胎動(dòng)等信息的無線遠(yuǎn)程傳輸、存儲(chǔ)、顯示、打印等。孕婦攜帶的終端監(jiān)護(hù)儀微型化[6]，便于攜帶，并具有GPS定位功能。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了醫(yī)院中央監(jiān)護(hù)與家庭遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的合二為一，具有異地遠(yuǎn)程通訊會(huì)診功能。

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Development of Health lntelligent Management Cloud Platform on Maternal and lnfant Monitor

【W(wǎng)riters】MENG Qingjian, SONG Li, WANG Xiaoyan, FAN Shizhong, CHE Linlin, ZHANG Guangyu, WANG Shigang Taishan Medical College, Institute of Radiation, Tai’an, 271016

ObjectiveUsing the wireless mobile communication technology and Internet technology, cloud platform to build maternal and infant health intelligent management.MethodsUsing the J2EE technology based on B/S three-tier to build health intelligent management cloud platform. Vital signs parameters (such as blood pressure, blood oxygen saturation, heart rate, breathing, pulse, temperature, instantaneous heart rate of pregnant women,etc) achieved the real-time detection and wireless remote transmission.ResultsRealized the digitization management of maternal health information, health records, health analysis; Through this platform to realize the consulting between the patient and doctor online.ConclusionThe Pregnant women can upload and download various vital signs parameters at any time to check the personal health analysis report through mobile phone client.

intelligent management, cloud platform, wireless remote, online analysis

TP274；R319

A

1671-7104(2017)01-0020-03

10.3969/j.issn.1671-7104.2017.01.006

2016-05-26

山東省自然科學(xué)基金(ZR2014HL093)；泰安市科技發(fā)展計(jì)劃課題(2015NS2158)；山東省衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)面上項(xiàng)目(2015WS0101)

孟慶建，E-mail: qjmeng@tsmc.edu.cn

宋莉，E-mail: songlikjd@163.com