一種遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺設(shè)計與實現(xiàn)

周新淳

(寶雞文理學(xué)院 物理與光電技術(shù)學(xué)院，陜西 寶雞 721016)

一種遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺設(shè)計與實現(xiàn)

周新淳

(寶雞文理學(xué)院 物理與光電技術(shù)學(xué)院，陜西 寶雞 721016)

隨著社會節(jié)奏的加快與我國老齡化程度的加深，空巢老人數(shù)量迅速增加;空巢老人的身體健康成為各社區(qū)醫(yī)療服務(wù)站與其子女尤為關(guān)心的首要問題;提出一種遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺設(shè)計方案，依托互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，將空巢老人身體健康指標(biāo)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳送到社區(qū)醫(yī)療服務(wù)站與其子女手機的終端APP;遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺由監(jiān)護端與采集端兩大模塊組成，能保證24小時不間斷守護老人;仿真實驗證明，提出的遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺設(shè)計方案有效可行 。

遠(yuǎn)程；智慧醫(yī)療；監(jiān)護平臺；無線網(wǎng)絡(luò)

0 引言

近年來，隨著社會發(fā)展速度進程加快，城市的生活節(jié)奏逐步增快，趨于老齡化的我國出現(xiàn)大批留守空巢老人。老人突發(fā)疾病死亡上升率中，留守老人所占比重高達55%。留守老人健康監(jiān)護成為社區(qū)醫(yī)療服務(wù)站與其子女迫切需要解決的問題。因此，留守老人的健康監(jiān)護和健康管理顯得尤為重要，決定了醫(yī)療模式從醫(yī)院治療到社區(qū)預(yù)防的轉(zhuǎn)變，將傳統(tǒng)有病就醫(yī)治療模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐陨鐓^(qū)家庭為中心、預(yù)防監(jiān)護為主的醫(yī)療模式[1-2]。然而，我國的社區(qū)醫(yī)療服務(wù)建設(shè)還不完善，缺乏對普通留守老人身體健康數(shù)據(jù)采集與科學(xué)管理平臺的支持。

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達時代，借助無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，采用數(shù)據(jù)傳送點對點的形式，提出一種遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護的平臺設(shè)計方法。平臺由監(jiān)護端與采集端兩大模塊組成 。監(jiān)護端由社區(qū)醫(yī)療服務(wù)站計算機應(yīng)用平臺程序與手機APP組成，能動態(tài)實時直觀了解被監(jiān)護人的身體健康數(shù)據(jù)，保證突發(fā)疾病發(fā)生時及時搶救。采集端采用便攜高集成化設(shè)計，集成心率采集芯片、血氧采集芯片、雙頻wifi模塊、gps模塊和主控芯片組成，能夠?qū)ΡO(jiān)護人健康狀況進行實時監(jiān)測，通過wifi 2.4G與5G高速網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到計算機監(jiān)控端的應(yīng)用平臺，便于醫(yī)療救護人員分析救助。

1 遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 采集端構(gòu)造與功能

遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺采集端采用腕帶設(shè)計方案，便于高齡老人佩戴。檢測腕帶內(nèi)側(cè)設(shè)計有血氧采集探針，采用最新微血檢測技術(shù)，對毛孔進行微電壓刺激，出血量極少、無痛感，同時，采用血氧聯(lián)動檢測方式，通過心率芯片二次采集生物反射信號，血氧輔助檢測模塊綜合分析對比兩組數(shù)據(jù)，得出被檢測人血氧含量的均度值，保證結(jié)果準(zhǔn)確度。探針更換采用一次性微力按壓方式，操作簡單，方便老人使用。探針下方設(shè)計有高精度心率采集傳感器，實時采集被檢測人的生物反射信號 。采集端背面設(shè)計樣式如圖1所示。

圖1 采集端背面設(shè)計樣式

1.1.1 心率采集芯片的工作原理

心率采集芯片采用最新RXV-985C芯片，解決了傳統(tǒng)芯片心率采集單一的問題，運用生物反射原理進行健康數(shù)據(jù)采集。采集端心率采集芯片工作原理為：

1)通過反射原理，檢測人體紅細(xì)胞的含氧量。

2)通過檢測脈搏傳導(dǎo)速率的方法，計算心電檢測和脈搏檢測的時間差，得到血壓信息。

3)通過內(nèi)外兩側(cè)的溫度感應(yīng)，獲得更加準(zhǔn)確的人體溫度值。

4)通過代謝熱整合法，檢測代謝的熱量，血氧飽和度、血流速之后，計算出血糖濃度值。

RXV-985C芯片最大突破是實現(xiàn)了體征數(shù)據(jù)，得到的無創(chuàng)，對人的干擾小。血壓、血糖、體溫變化值分別對高血壓患者、糖尿病患者、這幾類人群的身體數(shù)據(jù)檢測有很大幫助。工作原理如2所示。

圖2 心率采集芯片工作原理

傳統(tǒng)心率采集方式是通過單一心率采集傳感器，將被監(jiān)測人心跳產(chǎn)生的震動信號進行收集，收集信號以低頻電子信號傳送給主控芯片，主控芯片根據(jù)振動信號進行心電信號轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過程極為復(fù)雜，轉(zhuǎn)換算式如下：

(1)

(2)

(3)

式(3)中，F(xiàn)為心電信號強度，φ為心電信號時間間隔。當(dāng)F系數(shù)值減小，φ系數(shù)值不變，可以得出被監(jiān)護人出現(xiàn)心衰現(xiàn)象；F系數(shù)值增大，φ系數(shù)值減小，說明被監(jiān)護人出現(xiàn)心率過速現(xiàn)象；F系數(shù)值減小，φ系數(shù)值增大，表明被監(jiān)護人出現(xiàn)心悸、心臟偷停現(xiàn)象。但由于采用振動信號采集方式，容易受外界因素影響，如跑步、跳繩、下樓或劇烈碰撞，導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確。

設(shè)計遠(yuǎn)程社區(qū)監(jiān)護平臺采集端的心率采集芯片，很好的解決了外界因素干擾帶來的監(jiān)測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題。同時，22納米高度集成化工藝，將血糖檢測、血氧輔助檢測模塊集成一體，真正做到一芯三用。RXV-985C芯片采用全新數(shù)字傳輸分頻算法，簡化算法，提升數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，減少采用傳統(tǒng)算法轉(zhuǎn)換造成的能源消耗。數(shù)字傳輸分頻算法如下：

(4)

數(shù)字傳輸分頻算法將單一信號中帶有的多元信息進行分頻處理，利用分頻使各數(shù)據(jù)擁有獨立信道頻率，互不干擾，避免信號沖突造成數(shù)據(jù)丟失問題，大大提升了運行速度，減輕主控芯片工作負(fù)擔(dān)。減小自身體積，為全新獨立陶瓷溫度芯片節(jié)省設(shè)計空間。

1.1.2 獨立陶瓷溫度芯片

設(shè)計的遠(yuǎn)程社區(qū)智慧監(jiān)護平臺采集端體溫采集芯片采用獨立陶瓷溫度芯片設(shè)計方法，利用陶瓷成型技術(shù)，將溫度獨立芯片封裝在陶瓷腔內(nèi)。利用陶瓷本身具有的抗電磁干擾與隔熱性，避免外界溫度對芯片的干擾，提升了監(jiān)測精確度。溫度芯片與陶瓷外腔之間加入了防電磁干擾物質(zhì)，有效防止低頻信號對溫度芯片的干擾。獨立陶瓷溫度芯片設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 獨立陶瓷芯片構(gòu)造圖

遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺設(shè)計對溫度芯片參數(shù)做了優(yōu)化提升，能準(zhǔn)確檢測體溫細(xì)微變化。濾除外界因素對溫度的的干擾，如周圍溫度、太陽光照輻射等。

1.2 采集數(shù)據(jù)傳送與定位設(shè)計

1.2.1 雙頻增益wifi模塊

為了保證采集數(shù)據(jù)安全快速的傳送，遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺中設(shè)計了雙頻增益wifi模塊。數(shù)據(jù)傳輸速度較傳統(tǒng)wifi模塊提升50%以上。支持最新802.11ac Wi-Fi協(xié)議，采用2.4 GHz與5 GHz雙頻設(shè)計，雙頻并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率最高可達1167 Mbps，滿足數(shù)據(jù)高速傳輸需求。在wifi天線設(shè)計上采用2x2內(nèi)置陶瓷天線設(shè)計，分別負(fù)責(zé)2.4 GHz與5 GHz的信號傳輸。采用波束成形Beamforming技術(shù)[3]，根據(jù)終端設(shè)備的位置進行智能信號跟隨。獨立設(shè)計功率增益放大器，能有效加強信號的強度與穿透力。

1.2.2 GPS定位模塊設(shè)計

遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)控平臺采集端加入了GPS定位模塊設(shè)計，保證被監(jiān)護人出現(xiàn)突發(fā)狀況時能夠快速準(zhǔn)確定位被監(jiān)護人的所在位置，采取救助措施。與傳統(tǒng)的GPS芯片不同，設(shè)計采用增強型STAR2-591J芯片。具有輸出功率大、覆蓋范圍廣、工作能耗小的特點。同時結(jié)合A-GPS基站輔助定位，通過周圍2G、3G、4G基站信號覆蓋范圍，輔助鎖定被監(jiān)護人所在位置。針對GPS繞地軌道衛(wèi)星距離我國上空最近的11顆衛(wèi)星坐標(biāo)范圍數(shù)據(jù)進行快速檢索，進行信號增強處理，速度比傳統(tǒng)GPS芯片提升42%以上。

增強型STAR2-591J芯片采用動態(tài)射頻算法，對定位信號波段頻率實時調(diào)整，在波段受外界入侵波動信號干擾狀態(tài)下，STAR2-591J芯片自動調(diào)整波段頻率(2 100～33 000 Hz)，保證信號暢通，監(jiān)護端應(yīng)用平臺接收到的被監(jiān)護人位置坐標(biāo)準(zhǔn)確。

1.3 監(jiān)護端應(yīng)用平臺與APP設(shè)計

1.3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)護服務(wù)器搭建

個人健康數(shù)據(jù)檢測產(chǎn)品全球范圍內(nèi)有很多,這些傳統(tǒng)個人健康數(shù)據(jù)檢測設(shè)備只針對健康數(shù)據(jù)單一指標(biāo)采集與分析,缺乏數(shù)據(jù)連帶性整體分析[4]。遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺以數(shù)據(jù)指標(biāo)規(guī)范化、指標(biāo)分析綜合化、檢測結(jié)果準(zhǔn)確化為設(shè)計原則,對上述的監(jiān)護終端采集的生理參數(shù)和指標(biāo)進行數(shù)據(jù)綜合分析和數(shù)據(jù)整合儲存管理等操作,對被監(jiān)護人進行整體化動態(tài)分析。該服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示,采用 B+/S 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在 Visual Studio 2013 環(huán)境下使用 C++和ASPN.NET 進行Web服務(wù)器的構(gòu)建,遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺數(shù)據(jù)庫管理與維護方案則采用Microsoft SQL Server 2012。

圖4 遠(yuǎn)程監(jiān)護服務(wù)器結(jié)構(gòu)

1.3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)護平臺軟硬件搭建

本文提出了依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺設(shè)計，并利用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和生物電子科學(xué)技術(shù)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺初步搭建，如圖5所示。

圖5 遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺初步搭建

該平臺初步設(shè)計了針對戶外移動監(jiān)護的1款腕帶式遠(yuǎn)程健康數(shù)據(jù)監(jiān)護采集終端,具有LED冷光顯示功能的腕帶式健康數(shù)據(jù)監(jiān)護采集終端,可適用于離線模式,實現(xiàn)心電、心率、血氧等生物感知功能和姿態(tài)角度判定,基于Android6.0設(shè)計開發(fā)的遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺APP，實現(xiàn)健康指標(biāo)數(shù)據(jù)的采集上傳等信息數(shù)據(jù)交互操作;通過APP個人賬戶注冊[5]，創(chuàng)建私人健康遠(yuǎn)程監(jiān)護空間，iOS9.3的遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)APP界面,可利用iPhone與腕帶檢測采集終端通過無線wifi進行連接，實現(xiàn)單導(dǎo)聯(lián)/多導(dǎo)聯(lián)心電、心率、血氧等健康數(shù)據(jù)采集。

設(shè)計的遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺移動監(jiān)護終端界面,其利用安裝有windows10系統(tǒng)的移動終端實時檢測被監(jiān)護人心電數(shù)據(jù)、呼吸頻率、血壓數(shù)據(jù)、體溫數(shù)據(jù)、血氧數(shù)據(jù)、脈搏數(shù)據(jù)等健康數(shù)據(jù)指標(biāo),還可根據(jù)被監(jiān)護人身體健康狀況對監(jiān)護控制參數(shù)進行動態(tài)調(diào)整。監(jiān)護管理系統(tǒng)還集成了被監(jiān)護人個人信息、用藥詳情、健康百科等功能,實現(xiàn)遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺的健康指導(dǎo)功能。

該平臺還設(shè)計實現(xiàn)了包括接收發(fā)送健康數(shù)據(jù)量統(tǒng)計、健康數(shù)據(jù)指標(biāo)綜合分析、患者留言等功能在內(nèi)的遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺管理服務(wù)器。該服務(wù)器數(shù)據(jù)庫采用最新Microsoft SQL Server 2012，針對健康數(shù)據(jù)采集整理進行架構(gòu)優(yōu)化，Web頁面采用html5最新編碼方式分別對社區(qū)醫(yī)療服務(wù)站服務(wù)人員和用戶提供相關(guān)的主頁檢索導(dǎo)航服務(wù)，設(shè)置百醫(yī)連線功能，通過遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺，可對社區(qū)周邊醫(yī)院和中心醫(yī)院遠(yuǎn)程視頻連線，進行視頻專家會診操作，及時有效對患者進行救治。

2 實驗與結(jié)論

對設(shè)計的遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺進行仿真實驗測試，仿真實驗設(shè)置1家社區(qū)醫(yī)療服務(wù)站進行遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺安裝，5名測試人員將傳統(tǒng)健康采集穿戴設(shè)備與遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺腕帶式采集終端同佩戴，測試時間為一周。測試采集5名患者1周的心率、血壓生理健康指標(biāo)，與傳統(tǒng)健康采集設(shè)備采集數(shù)據(jù)進行對比，證實設(shè)計的有效性與可行性，具體測試參數(shù)如表1和表2所示。

表1 心率測試參數(shù)

表1 心率測試參數(shù)

上述表2、表3數(shù)據(jù)，經(jīng)過醫(yī)院專業(yè)醫(yī)療檢測設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺采集終端采集健康數(shù)據(jù)值與專業(yè)醫(yī)療檢測設(shè)備檢測數(shù)值相符率達99.5%，并且設(shè)計采集終端還具備傳統(tǒng)健康采集終端不具備的血氧、體溫等數(shù)據(jù)采集功能。對采集終端數(shù)據(jù)傳送信號做了對比，對比曲線如圖6所示。

圖6 采集終端數(shù)據(jù)傳送信號強度曲線

圖6中可以看出，遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺采集端設(shè)計采用雙頻增益wifi模塊，信號強度高于傳統(tǒng)健康采集終端信號強度。傳統(tǒng)健康采集終端信號出現(xiàn)斷層現(xiàn)象，設(shè)計終端信號穩(wěn)定，滿足遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺數(shù)據(jù)交互要求。

3 結(jié)束語

針對我國老齡化程度加深與留守老人增加等現(xiàn)狀，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與生物電子終端開發(fā)，提出遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺設(shè)計方案，建立了完整的遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺初步搭建，同時設(shè)計開發(fā)遠(yuǎn)程腕帶式健康數(shù)據(jù)采集終端和相關(guān)配套APP，構(gòu)建了具有豐富數(shù)據(jù)資源的數(shù)據(jù)服務(wù)器。遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺設(shè)計初步實現(xiàn)為社區(qū)醫(yī)療服務(wù)、科技完善提供技術(shù)支撐，遠(yuǎn)程社區(qū)智慧醫(yī)療監(jiān)護平臺設(shè)計與實現(xiàn)未來發(fā)展前景廣闊。

[1] 衛(wèi) 兵,張 磊,李 斌,等.基于物聯(lián)網(wǎng)的新型遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)計與研究[J].宿州學(xué)院學(xué)報,2014,29(6):74-77.

[2] 李勝旭.基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程慢病監(jiān)護數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[J].軟件工程師,2015，12(2):14-16.

[3] 王中生,黃動力,陳國紹,等.基于ZigBee的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2014,10(2):98-99.

[4] 任慧朋,郭建斌,潘大釗.利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)LIS數(shù)據(jù)共享的開發(fā)實踐[J].電子設(shè)計工程,2014，2(18):14-16.

[5] 王 峰,宣伯凱,楊 鵬.基于Android的家庭移動醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)計[J].計算機測量與控制,2015,23(5):1586-1588.

A Remote Medical Monitoring Platform Design and Implementation of Community Wisdom

Zhou Xinchun

(Institute of Physics & Optoelectronics Technology, Baoji University of Arts and Sciences，Baoji 721016, China)

With the speeding up of the social rhythm and the degree of aging in our country, empty-nesters has increased rapidly.Empty nest elderly health become the primary problem the community health service stations and their children are particularly concerned about.In this paper, a remote community wisdom medical ward design platform, relying on Internet big data, the empty nest elderly health indicators data remote transmission through wireless network to the terminals of the community health service station with their children mobile phone APP.Remote medical care community wisdom platform by monitoring terminal with the acquisition of two modules, can guarantee 24-hour guard the old man.The simulation experiments show that the proposed remote community medical monitoring platform designis practical wisdom.

remote; medical wisdom; monitoring platform; wireless network

2016-08-30；

2016-09-22。

寶雞市科技局項目(16RKX1-16)。

周新淳(1983-)，男，陜西寶雞人，碩士研究生，講師，主要從事通信技術(shù)、單片機及嵌入式系統(tǒng)方向的研究。

1671-4598(2017)02-0146-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.02.040

TP393.1

A