基于醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的青少年視力健康監(jiān)護(hù)平臺研究與構(gòu)建

劉菁 申峰

（1、徐州愛睿視光學(xué)科技有限公司，江蘇 徐州221008 2、徐州醫(yī)科大學(xué)，江蘇 徐州221008）

我國學(xué)生近視患病率已居世界第二位，近視的發(fā)生機(jī)制和發(fā)展因素依然有待于多年深入的研究。近視作為中小學(xué)生最常見的眼病，不僅在學(xué)習(xí)和生活中給其帶來諸多不便，而且隨著近視度數(shù)的加深還可導(dǎo)致較多眼部并發(fā)癥（例如高度近視性視網(wǎng)膜脫離黃斑裂孔鞏膜葡萄腫等）的發(fā)生，青少年近視的發(fā)病率逐年上升已倍受醫(yī)生、青少年、家長等人的擔(dān)憂，早期發(fā)現(xiàn)并制定近視防控措施對于降低青少年近視患病率非常關(guān)鍵。現(xiàn)有視力相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，是預(yù)防青少年近視的第一步，也是近視防控研究的基礎(chǔ)，以往關(guān)于視力健康相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析多以調(diào)查問卷和人工統(tǒng)計的方式完成[1]，這種數(shù)據(jù)收集分析方式具有很大的局限性，存在統(tǒng)計方法復(fù)雜、統(tǒng)計過程不可控、統(tǒng)計人數(shù)有限、數(shù)據(jù)的地域局限性、數(shù)據(jù)的有效性有待提高等問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使醫(yī)療衛(wèi)生信息化從過去的醫(yī)院衛(wèi)生機(jī)構(gòu)信息化和區(qū)域醫(yī)療衛(wèi)生信息化，延伸到了面向家庭和社區(qū)的醫(yī)護(hù)信息化。研究基于醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的青少年視力健康監(jiān)護(hù)平臺，以互聯(lián)網(wǎng)為切入點，以健康云為依托[2]，結(jié)合健康物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，面向青少年視力健康信息大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)家庭、社區(qū)、學(xué)校、視力矯正服務(wù)機(jī)構(gòu)、地區(qū)醫(yī)院的視力健康相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一融合，解決傳統(tǒng)視力健康信息統(tǒng)計方法的局限性，為青少年視力健康監(jiān)護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的青少年視力監(jiān)護(hù)平臺構(gòu)建運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、隱私保護(hù)技術(shù)、傳感監(jiān)測技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及相關(guān)眼視光檢測診斷技術(shù)，打造一個集患者、專家、醫(yī)生、視光師、用戶的綜合用戶體系，囊括眼科醫(yī)院、眼鏡服務(wù)終端機(jī)構(gòu)、眼視光科研機(jī)構(gòu)、眼視光教學(xué)機(jī)構(gòu)等多個子平臺為一體的青少年視力監(jiān)護(hù)平臺[3]，平臺包含：青少年視力健康信息大數(shù)據(jù)平臺、“愛睿視”視光健康服務(wù)APP、青少年視力健康狀況及相關(guān)因素模型、青少年用眼環(huán)境與用眼衛(wèi)生實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)四部分。如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 青少年視力健康信息大數(shù)據(jù)平臺設(shè)計

大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)服務(wù)對象范圍廣，為了對青少年視力健康狀態(tài)信息進(jìn)行存、跟蹤和分析需要存儲大量相關(guān)信息，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺的服務(wù)能力提出了較高要求。數(shù)據(jù)平臺需要滿足大量用戶數(shù)據(jù)傳輸需求并能夠并行的為大量用戶提供業(yè)務(wù)服務(wù)，因此云服務(wù)中心數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器需具有高吞吐率和高傳輸效率的特點[4]。利用虛化技術(shù)將重新對云服務(wù)中心的軟、硬件格局進(jìn)行部署，實現(xiàn)軟件服務(wù)器和硬件設(shè)備等計算資源的動態(tài)分配和備份機(jī)制，提高系統(tǒng)架構(gòu)的靈活性和健壯性?？紤]到客戶關(guān)于個人隱私，信息安全和服務(wù)質(zhì)量的需求，云服務(wù)中心的安全性和可靠性是影響服務(wù)能力重要因素，對大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)加密和安全性保證進(jìn)行研究，提高云平臺的安全性[5]。大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)的一個重要目的是實現(xiàn)各醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合，將分散的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集中形成可共享可復(fù)用的綜合性物聯(lián)網(wǎng)信息庫，并為各物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)直接有效通信建立橋梁，充分發(fā)揮出醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的先進(jìn)性與完整性優(yōu)勢。青少年視力健康信息數(shù)據(jù)來源種類多，視力矯正機(jī)構(gòu)，醫(yī)院，家庭，學(xué)校分別位于不同的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)下，分別承載不同類型的視力健康相關(guān)數(shù)據(jù)，各數(shù)據(jù)源有效信息內(nèi)容側(cè)重不同，數(shù)據(jù)的格式各異，存在結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的信息。因此需要在中間件中對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和管理，從而兼容HL7、XML 和DICOM等各種格式，項目需要將現(xiàn)有各類不同類別的信息能夠統(tǒng)一接入，從而達(dá)到數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化。平臺整體功能架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 青少年視力健康信息大數(shù)據(jù)云平臺大數(shù)據(jù)平臺技術(shù)架構(gòu)

2.2“愛睿視”視光健康服務(wù)APP 設(shè)計

本文基于Android&iOS 智能移動客戶端設(shè)計實現(xiàn)“愛睿視”視光健康服務(wù)APP，軟件完成的功能包括：即時通信、護(hù)眼資訊、問卷調(diào)查、意見反饋、視光檔案、預(yù)約掛號、資訊收藏、周邊店鋪、視光文章、視光課程列表，學(xué)員管理、客戶管理、課程管理等。

APP 程序與服務(wù)端通過TDP 連接，通過訪問服務(wù)端API 接口，以JSON 數(shù)據(jù)格式實現(xiàn)交互式信息數(shù)據(jù)的通信?？蛻舳说挠脩舻顷憽①~戶配置、視光檔案查詢、視光資訊等工作是通過向服務(wù)器發(fā)送請求來實現(xiàn)的，服務(wù)器端處理請求后，返回處理成功或失敗的消息，客戶端再根據(jù)服務(wù)器返回的消息來更新用戶界面通知用戶所請求服務(wù)的執(zhí)行情況?？蛻舳酥g的即時通信采用環(huán)信服務(wù)器實現(xiàn)。

2.3 青少年視力健康狀況及相關(guān)因素模型設(shè)計

青少年近視問題的發(fā)生和分布式多個因素綜合作用的結(jié)果，因此平臺在整體上把握各種因素和近視之間的關(guān)系，基于海量視力健康相關(guān)數(shù)據(jù)，利用Apriori 算法研究多因素與視力健康狀態(tài)之間關(guān)聯(lián)規(guī)則[6]，構(gòu)建健康狀況及相關(guān)因素的關(guān)聯(lián)模型。整體上分為兩個模塊：2.3.1 求解視力健康大數(shù)據(jù)平臺庫D 中的所有頻繁項目集(簡稱頻繁集)，即所有支持度不低于用戶有給定的最小支持度min_sup 的項目集fitemset。2.3.2 基于已求解得到的頻繁集束生成所有關(guān)聯(lián)規(guī)則，對每一個頻繁項目集A，找到A 的所有非空子集a，如果比率support(A)/support(a)＞=min conf，就生成關(guān)聯(lián)規(guī)則a-＞A-a。并且，為提高原算法的效率，我們提出了幾種Apriori 算法的改進(jìn)策略：基于散列的技術(shù)；事務(wù)壓縮；劃分；選樣；動態(tài)項集計數(shù)。

2.4 青少年用眼環(huán)境與用眼衛(wèi)生實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

青少年正處于養(yǎng)成正確用眼習(xí)慣的重要階段，科學(xué)合理的用眼環(huán)境和用眼習(xí)慣對于他們視力的保護(hù)具有重要意義，通過在特定環(huán)境部署監(jiān)測傳感器，搭建光照環(huán)境傳感網(wǎng)絡(luò)，對當(dāng)前環(huán)境的照明質(zhì)量及相應(yīng)信息進(jìn)行監(jiān)測，同時通過圖像處理技術(shù)和高準(zhǔn)確度坐姿監(jiān)測算法，實現(xiàn)對監(jiān)測者軀干彎曲、頸部彎曲、頭部位置以及靜止坐姿時長等坐姿參數(shù)的檢測[7]。通過愛睿視APP 軟件將以上數(shù)據(jù)傳輸至視光健康云進(jìn)行決策分析，得出當(dāng)前環(huán)境下用戶的用眼衛(wèi)生判斷，并且將分析結(jié)果推送至用戶APP，實時提醒用戶改正坐姿；系統(tǒng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，各子系統(tǒng)采集到的用眼衛(wèi)生和用眼習(xí)慣信息將被實時傳輸?shù)綈垲Ｒ暯】翟芠8]，云端將信息進(jìn)行融合、整理、分析，并將結(jié)果推送至用戶端，為用戶提供護(hù)眼專業(yè)建議。

3 平臺特點

3.1 綜合運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、隱私保護(hù)技術(shù)、傳感監(jiān)測技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及相關(guān)眼視光檢測診斷技術(shù)，構(gòu)建了患者、專家、醫(yī)生、視光師、用戶的綜合用戶體系，囊括眼科醫(yī)院、眼鏡服務(wù)終端機(jī)構(gòu)、眼視光科研機(jī)構(gòu)、眼視光教學(xué)機(jī)構(gòu)等多個子平臺為一體的青少年視力監(jiān)護(hù)平臺。

3.2 運用云服務(wù)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建了青少年視力健康信息大數(shù)據(jù)平臺，解決了大量數(shù)據(jù)存儲困難及視力健康數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一的問題，實現(xiàn)了健康數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

3.3 運用傳感器技術(shù)，構(gòu)建了青少年用眼環(huán)境與用眼衛(wèi)生實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計，通過對用戶室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測，包括光照、坐姿等，實時提醒用戶改正坐姿及調(diào)整光照。

結(jié)束語

本文分析了目前青少年近視率居高不下的現(xiàn)狀，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、隱私保護(hù)技術(shù)、傳感監(jiān)測技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及相關(guān)眼視光檢測診斷技術(shù)，構(gòu)建了基于醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的青少年視力健康監(jiān)護(hù)平臺。首先介紹了平臺的總體架構(gòu)，包括青少年視力健康信息大數(shù)據(jù)平臺、“愛睿視”視光健康服務(wù)APP、青少年視力健康狀況及相關(guān)因素模型、青少年用眼環(huán)境與用眼衛(wèi)生實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)四部分。接著，對平臺的各個部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計與實現(xiàn)。實踐表明，該青少年視力健康監(jiān)護(hù)平臺功能全面，有利于提高青少年視力健康相關(guān)的預(yù)防、保護(hù)和改善。