智慧養(yǎng)老平臺(tái)構(gòu)建研究*

馬順帥 代振魯 張亞茹 李 敏 張 冉 胡珊珊

(濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院 日照 276826)

1 引言

隨著社會(huì)發(fā)展我國(guó)人口老齡化程度不斷加深，養(yǎng)老和醫(yī)療問(wèn)題日益突出[1-2]。根據(jù)國(guó)家衛(wèi)健委統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)超過(guò)70%的老年人患有至少一種慢性疾病，且一半的老年人同時(shí)患有兩種以上慢性病[3-4]。慢性病的高發(fā)病率不僅影響老年人生活質(zhì)量，更加重家庭和社會(huì)的負(fù)擔(dān)[5]。養(yǎng)老和醫(yī)療是老年人最重要的兩大需求，推動(dòng)養(yǎng)老與醫(yī)療結(jié)合成為我國(guó)老齡化社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)[6-7]。國(guó)家先后出臺(tái)多項(xiàng)政策，加強(qiáng)老年健康服務(wù)，推進(jìn)醫(yī)養(yǎng)結(jié)合[8]。在該背景下加快建設(shè)醫(yī)養(yǎng)結(jié)合的養(yǎng)老服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)老與醫(yī)療服務(wù)資源有機(jī)整合，探索滿足老年人多元化需求的新型養(yǎng)老模式成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)[7,9]。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+養(yǎng)老”的智慧養(yǎng)老服務(wù)模式成為解決傳統(tǒng)養(yǎng)老難題的重要途徑[10]。智慧養(yǎng)老是指以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，綜合運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，構(gòu)建面向老人、社區(qū)和養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)，整合政府、社會(huì)、社區(qū)和家庭資源，對(duì)老年人日常生活、醫(yī)療健康、休閑娛樂(lè)等方面進(jìn)行智能化管理，為其提供便捷、舒適、高效養(yǎng)老服務(wù)[1,11]。本文從老年人養(yǎng)老和醫(yī)療服務(wù)需求出發(fā)，提出構(gòu)建醫(yī)養(yǎng)結(jié)合模式下的智慧養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)，為老年人提供生活照料、醫(yī)療保健、休閑娛樂(lè)等多元化的養(yǎng)老和醫(yī)療服務(wù)。同時(shí)將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于該平臺(tái)，對(duì)老年人日常生活、醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，探索其中規(guī)律，為老年人提供智能化健康管理。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

2.1.1 概述 平臺(tái)架構(gòu)分為3部分：數(shù)據(jù)采集組、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)服務(wù)器。為確保音頻、視頻通訊順暢，采用支持公共交換電話網(wǎng)(Public Switched Telephone Network，PSTN)協(xié)議的IPPBX軟交換機(jī)。為保障Internet接入安全及網(wǎng)絡(luò)通暢，部署相應(yīng)防火墻和交換機(jī)[12]。平臺(tái)總體架構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)

2.1.2 數(shù)據(jù)采集組 終端設(shè)備以智能手機(jī)為核心，通過(guò)穿戴式心率監(jiān)測(cè)等設(shè)備采集老年人實(shí)時(shí)體征數(shù)據(jù)，通過(guò)藍(lán)牙等方式將數(shù)據(jù)傳送到智能手機(jī)，以智能手機(jī)作為中轉(zhuǎn)，將數(shù)據(jù)匯總、封裝上傳至服務(wù)器。用戶通過(guò)手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)醫(yī)院、家政公司等有關(guān)官網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院在線掛號(hào)、家政服務(wù)、藥物查詢等功能。

2.1.3 數(shù)據(jù)傳輸 設(shè)備將原始測(cè)量信息封裝成幀，通過(guò)傳輸介質(zhì)發(fā)送至路由器，路由器收到數(shù)據(jù)后先進(jìn)行循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(Cyclic Redundancy Check，CRC)，分析IP數(shù)據(jù)報(bào)后，重新封裝數(shù)據(jù)，根據(jù)路由器內(nèi)存中的路由表將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器，數(shù)據(jù)封裝詳細(xì)過(guò)程，見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)據(jù)封裝過(guò)程

2.1.4 數(shù)據(jù)服務(wù)器 服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后首先對(duì)報(bào)文消息進(jìn)行校驗(yàn)，若消息不合法則將其拋棄，若消息合法則繼續(xù)下一步。獲取到正確封裝數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)[13]

2.2.1 基本信息 對(duì)老年人基本情況信息進(jìn)行登記，如年齡、性別、教育程度、職業(yè)、住址、聯(lián)系方式、經(jīng)濟(jì)狀況、生活自理能力、緊急聯(lián)系人等。

2.2.2 服務(wù)需求 記錄老年人服務(wù)需求，包括家政、醫(yī)療保健、生活照料、精神慰藉等，針對(duì)不同服務(wù)需求提供個(gè)性化養(yǎng)老服務(wù)。

2.2.3 健康檔案 為老年人建立電子健康檔案，包括家族病史、既往病史、慢性病史、現(xiàn)病史、臨床診療及用藥情況、健康體檢結(jié)果以及生活方式、飲食習(xí)慣等健康相關(guān)信息。

2.2.4 社會(huì)養(yǎng)老資源 登記家政服務(wù)公司、醫(yī)院、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)、老年活動(dòng)中心、超市等社會(huì)養(yǎng)老資源及服務(wù)人員信息，包括規(guī)模、地址、使用及閑置情況、服務(wù)人員數(shù)目、技能等級(jí)、聯(lián)系方式等，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)老服務(wù)供給和需求有效對(duì)接。

3 基于移動(dòng)端的智慧養(yǎng)老平臺(tái)功能(圖3)

圖3 智慧養(yǎng)老平臺(tái)功能布局

3.1 緊急呼救

主要用于緊急事件處理，可立即將求救電話撥打至120或親屬。實(shí)現(xiàn)該功能首先需要添加android.permission.CALL_PHONE撥打電話權(quán)限，編輯activity_main.xml增加Button按鈕，然后使用Uri.parse方法直接撥打120。通過(guò)獲取輸入框?qū)傩钥蓪⒕o急呼救電話設(shè)置為親屬電話。

3.2 通訊

主要用于老年人與家人的交流溝通，增加老年人幸福感。該功能主要借用FFmpeg開(kāi)源跨平臺(tái)視頻和音頻流方案。使用會(huì)話初始化協(xié)議(Session Initiation Protocol，SIP)建立會(huì)話；實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(Real Time Protocol，RTP)/實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議(Real Time Transport Control Protocol，RTCP)管理音視頻數(shù)據(jù)發(fā)送與接收；會(huì)話描述協(xié)議(Session Description Protocol，SDP)描述會(huì)話建立時(shí)的一些基本信息，如編解碼格式、會(huì)話創(chuàng)建者名字等信息。

3.3 生活服務(wù)

主要為老年人提供綜合性生活服務(wù)，如定期保潔、日間照料等。點(diǎn)擊生活服務(wù)功能，顯示與本平臺(tái)合作且通過(guò)審核的家政服務(wù)公司。選擇某家政服務(wù)公司名稱，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至其官網(wǎng)，根據(jù)需要選擇并提交相應(yīng)服務(wù)。此外可進(jìn)入社區(qū)服務(wù)專欄，使用在線物業(yè)繳費(fèi)功能，在家中完成各項(xiàng)物業(yè)費(fèi)用繳納。在線支付功能主要使用第3方支付平臺(tái)，對(duì)接其他網(wǎng)銀接口。通過(guò)初始化支付通道編碼列表、支付請(qǐng)求及結(jié)果參數(shù)實(shí)現(xiàn)信息傳遞。為保證數(shù)據(jù)安全，繳費(fèi)信息使用MD5加密算法和密鑰封裝為hmac碼，易寶支付平臺(tái)將傳遞數(shù)據(jù)再次加密，對(duì)比兩次數(shù)據(jù)是否相同，相同即為有效并對(duì)接網(wǎng)銀接口進(jìn)行付款。

3.4 醫(yī)療服務(wù)

3.4.1 預(yù)約掛號(hào) 老年人在家中便可完成預(yù)約掛號(hào)。該功能主要通過(guò)發(fā)送顯式Intent來(lái)啟動(dòng)指定瀏覽器打開(kāi)對(duì)應(yīng)醫(yī)院官網(wǎng)，選擇相應(yīng)科室進(jìn)行掛號(hào)。

3.4.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療 通過(guò)手機(jī)APP與醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程交互式醫(yī)療咨詢和問(wèn)診，使老年人足不出戶即可獲得所需醫(yī)療咨詢服務(wù)。該功能主要以視頻形式進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)方法與通訊功能類似。顯示合作醫(yī)院專家醫(yī)生，選擇并視頻對(duì)話，進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療咨詢。

3.4.3 用藥指導(dǎo) 提供個(gè)性化用藥指導(dǎo)與服務(wù)。每天按時(shí)推送用藥提醒，包括用藥時(shí)間、用量與藥品不良反應(yīng)等消息，在提高老年人服藥依從性的同時(shí)減少藥品不良反應(yīng)發(fā)生。用藥提醒利用長(zhǎng)輪詢實(shí)現(xiàn)，前端設(shè)置PNS接口(pnsUrl)，負(fù)責(zé)推送消息至前端；pnsErrorInterval設(shè)置重新調(diào)整接口的時(shí)間間隔；msgTypes設(shè)置推送消息類型等。醫(yī)生設(shè)置用藥提醒后，長(zhǎng)輪詢會(huì)在設(shè)置的時(shí)間點(diǎn)查詢老年人是否有用藥提醒業(yè)務(wù)，然后以消息推送形式將用藥提醒每隔5分鐘發(fā)送1次。此外可通過(guò)國(guó)藥準(zhǔn)字號(hào)查詢等服務(wù)查詢藥品相關(guān)信息，通過(guò)發(fā)送顯式Intent啟動(dòng)指定瀏覽器打開(kāi)國(guó)藥準(zhǔn)字查詢網(wǎng)站，輸入需要查詢的信息點(diǎn)擊查詢即可。

3.4.4 健康管理 通過(guò)采集老年人身體狀況、用藥情況和生活習(xí)慣等健康數(shù)據(jù)，利用智慧養(yǎng)老平臺(tái)數(shù)據(jù)挖掘功能分析老年人健康情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人健康監(jiān)測(cè)、疾病預(yù)警、藥品推薦和生活指導(dǎo)等健康管理，使其建立健康生活方式，促進(jìn)慢性病預(yù)防、治療和康復(fù)。

3.4.5 醫(yī)療知識(shí)推廣 主要是普及醫(yī)療保健和慢性病防控知識(shí)，提高老年人健康素養(yǎng)和自我保健能力。醫(yī)療知識(shí)通過(guò)第3方平臺(tái)推送，以語(yǔ)音形式播報(bào)，推送者為管理員指定的專業(yè)醫(yī)生。

3.5 休閑娛樂(lè)

為社區(qū)組織休閑娛樂(lè)活動(dòng)提供輔助通知功能，通知消息通過(guò)第3方平臺(tái)推送?？紤]到老年人視力問(wèn)題，引入科大訊飛平臺(tái)語(yǔ)音框架，增加語(yǔ)音播報(bào)功能。

3.6 定位和監(jiān)測(cè)

3.6.1 定位 通過(guò)平臺(tái)移動(dòng)定位技術(shù)獲取老年人位置信息，當(dāng)發(fā)生突發(fā)緊急狀況時(shí)及時(shí)掌握具體位置，提高救援效率。百度定位提供GPS、基站、WIFI等多種定位方式，性能優(yōu)越，該模塊使用百度地圖的集成定位軟件開(kāi)發(fā)工具包(Software Development Kit，SDK)，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)定位功能。

3.6.2 監(jiān)測(cè) 實(shí)時(shí)測(cè)量心率信息，隨時(shí)了解個(gè)人健康情況。使用目前較為普遍的BMD101心電采集模塊，對(duì)收集到的信號(hào)依次進(jìn)行擴(kuò)大峰值、濾波降噪、轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)等處理后暫存于緩存器中。由于安卓版本不同和設(shè)備兼容性的問(wèn)題,本平臺(tái)使用較普遍的BK3231芯片。通過(guò)View的繼承類SurfaceView來(lái)繪制波形，提供最直觀的體驗(yàn)。

4 基于數(shù)據(jù)挖掘的健康管理

4.1 健康管理服務(wù)

4.1.1 概述 針對(duì)老年人慢性病高發(fā)現(xiàn)狀，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)收集到的老年人身體狀況、用藥情況和生活習(xí)慣等健康數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，提供藥品推薦、疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、危險(xiǎn)因素分析等健康管理服務(wù)，幫助其預(yù)防和治療慢性病。

4.1.2 藥品推薦 在醫(yī)療大數(shù)據(jù)時(shí)代，慢性病患者處方用藥數(shù)據(jù)大量積累，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)現(xiàn)其中的頻繁項(xiàng)集和關(guān)聯(lián)規(guī)則，從而找出治療某種慢性病最常用的藥品、藥品組合以及多種藥品之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，為指導(dǎo)老年人慢性病用藥提供偱證醫(yī)學(xué)支持，最終完成藥品推薦。

4.1.3 疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè) 利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析慢性病患者體征數(shù)據(jù)，如血壓、血糖、血脂和可穿戴設(shè)備監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)等，分析這些體征數(shù)據(jù)與某種慢性病的關(guān)聯(lián)。基于老年人體征數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)其患慢性病的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)潛在患者提供早期預(yù)警。此外還可挖掘不同慢性病之間關(guān)聯(lián)，如高血壓與冠心病、糖尿病之間的關(guān)聯(lián)性，根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)結(jié)果，對(duì)強(qiáng)關(guān)聯(lián)慢性病做好預(yù)防和干預(yù)工作。

4.1.4 危險(xiǎn)因素分析 通過(guò)監(jiān)測(cè)慢性病患者生活習(xí)慣和行為方式，挖掘慢性病影響因素，對(duì)老年人生活行為方式進(jìn)行科學(xué)干預(yù)。監(jiān)測(cè)因素包括年齡、性別、體檢頻率、吸煙情況、飲酒情況、飲食口味、運(yùn)動(dòng)情況、體型、情緒等。通過(guò)對(duì)這些因素進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，找出影響慢性病發(fā)生的主要危險(xiǎn)因素，如吸煙、飲酒、不經(jīng)常參加鍛煉、高鹽高油飲食、肥胖等不良生活方式和行為，指導(dǎo)老年人養(yǎng)成正確合理的生活習(xí)慣，預(yù)防慢性病發(fā)生。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1 數(shù)據(jù)離散化 老年人健康數(shù)據(jù)中有許多連續(xù)的數(shù)值型數(shù)據(jù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘之前需要將這些連續(xù)型數(shù)據(jù)離散化。在參考醫(yī)學(xué)書(shū)籍并咨詢醫(yī)學(xué)專家的基礎(chǔ)上，確定健康數(shù)據(jù)離散化的臨界值。如收縮壓≥140mmHg或舒張壓≥90mmHg判定為血壓異常，記為1，否則記為0；空腹血糖≥6.1mmoL/L判定為血糖異常；每日平均酒精攝入量≥25g(男性)或≥15g(女性)判定為飲酒過(guò)量；每周運(yùn)動(dòng)≥3次、每次運(yùn)動(dòng)時(shí)間≥30分鐘判定為經(jīng)常運(yùn)動(dòng)；飲食方面，每日攝入食鹽超過(guò)6g判定為高鹽飲食，每日攝入食用油超過(guò)25g判定為高油飲食。

4.2.2 數(shù)據(jù)挖掘 指從大量有噪聲、不完全、模糊且隨機(jī)的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱含其中、事先未知但潛在有價(jià)值的信息或知識(shí)[14-15]，常用方法主要有關(guān)聯(lián)規(guī)則、決策樹(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類、回歸分析等[16]，本平臺(tái)使用關(guān)聯(lián)規(guī)則算法對(duì)老年人健康數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘。健康數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，利用關(guān)聯(lián)規(guī)則Apriori算法挖掘其中的頻繁項(xiàng)集和關(guān)聯(lián)規(guī)則，通過(guò)設(shè)置不同支持度、置信度和提升度參數(shù)，發(fā)現(xiàn)老年人用藥規(guī)律，體征數(shù)據(jù)、行為因素等與慢性病的關(guān)聯(lián)規(guī)則以及不同慢性病之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著老齡化社會(huì)到來(lái)，養(yǎng)老問(wèn)題成為我國(guó)社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題之一。面對(duì)老年人養(yǎng)老需求和醫(yī)療需求的雙重壓力，基于醫(yī)養(yǎng)結(jié)合的智慧養(yǎng)老模式成為新思路。本文基于智慧養(yǎng)老理念，以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為支撐，構(gòu)建醫(yī)養(yǎng)結(jié)合的智慧養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)，對(duì)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊布局和實(shí)現(xiàn)技術(shù)等進(jìn)行詳細(xì)闡述。該平臺(tái)從老年人實(shí)際需求出發(fā)，確定智慧養(yǎng)老服務(wù)內(nèi)容，為老年人提供多元化養(yǎng)老服務(wù)。同時(shí)針對(duì)老年人慢性病管理需要，將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于智慧養(yǎng)老平臺(tái)，通過(guò)挖掘老年人健康數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，為老年人提供智慧化、個(gè)性化健康管理服務(wù)。