面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)設(shè)計

南陽醫(yī)學高等?？茖W校 李新獻 楊春茂

隨著科技水平的發(fā)展，越來越多的學者開始研究面向移動醫(yī)療。以及現(xiàn)代社會當中智能手機、安卓操作系統(tǒng)、5G等的使用越來越普遍，而且面向智能手機的各種應(yīng)用也越來越多，它的可靠性以及數(shù)據(jù)處理速度也越來越快，那么我們可以進行一個移植，將之前在電腦端的醫(yī)療檢測設(shè)備的軟件進行整理換平臺，把它們換到智能手機這樣的平臺上，之前在電腦端的醫(yī)療檢測設(shè)備體積大，不易維護和擴展。依據(jù)這一特點，本文以心電數(shù)據(jù)為例設(shè)計了面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

通過分析國內(nèi)外心電數(shù)據(jù)分析技術(shù)，了解智能手機、安卓操作系統(tǒng)、5G等一系列新技術(shù)的發(fā)展，提出了面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)。這樣的共享系統(tǒng)移動性比較好、也同時具有好的擴展性。這樣的共享系統(tǒng)總體架構(gòu)可分為移動終端部分、遠程協(xié)助部分、云服務(wù)部分、通信部分四個部分。

（1）移動終端模塊：這一模塊主要指的是智能手機，隨著智能手機、安卓操作系統(tǒng)、5G等一系列新技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在智能手機的數(shù)據(jù)處理速度、性能指標早已超過我們的個人計算機，因為這樣的特點，移動終端模塊承載著心電實時共享的橋接功能。本共享系統(tǒng)的設(shè)計將系統(tǒng)中心電數(shù)據(jù)的存儲、共享、傳輸?shù)纫幌盗械臄?shù)據(jù)處理步驟的過程放置在移動終端上，這樣的方法更方便心電分析等算法的后期更新。

（2）遠程協(xié)助模塊：在這一模塊的設(shè)計過程中主要用到了Web技術(shù)，遠程協(xié)助模塊適用范圍比較廣，適用于運行在多種平臺的瀏覽器上，這樣就很方便的給醫(yī)護人員提供數(shù)據(jù)訪問界面。醫(yī)護人員通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問界面，可以通過Web技術(shù)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問界面隨時查看患者的實時心電數(shù)據(jù)信息，以便于對患者的各項數(shù)據(jù)進行掌握，方便在患者需要的時候進行遠程指導。

（3）云服務(wù)模塊：由于患者及醫(yī)護人員等進行心電數(shù)據(jù)共享前需要進行注冊、登陸、認證等相關(guān)操作，所以這一模塊主要用來提供身份認證服務(wù)，沒有注冊過的用戶是無法登陸的；還提供心電數(shù)據(jù)的共享以及心電數(shù)據(jù)存儲。

2 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)計

心電信號是醫(yī)療檢測過程中常用的一種信號，它是我們心臟電生理活動的反映。體表傳感器在工作的狀態(tài)下會進行記錄，記錄下來的是心電信號，就會形成心電數(shù)據(jù)。這些心電數(shù)據(jù)本系統(tǒng)中采用低功耗藍牙模塊實現(xiàn)智能終端與傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信。因此，有必要進行差錯校驗來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，通過研究常用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：滑動窗口協(xié)議和ARQ協(xié)議，研究常用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，在這樣的情況下，一方面通過滑動窗口協(xié)議進行流量控制，另一方面，通過ARQ協(xié)議在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中對數(shù)據(jù)進行差錯控制。

2.1 數(shù)據(jù)傳輸格式

本系統(tǒng)中為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在?shù)據(jù)在通信雙方進行傳輸之前需要確認傳輸數(shù)據(jù)的類型及格式。那么怎么確認是一個比較難的問題，在這里，發(fā)送方和接收方會交換配置文件，雙方的配置文件都是以．profile作為后綴，舉個例子來說，比如“rewMNBP-tayXQchlE．profile”，其中rewMNBPt由發(fā)送方生成，ayXQchlE由接收方生成。在面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)中，系統(tǒng)接收到．profile作為后綴的配置文件后，會依照配置文件的內(nèi)容創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件。在這樣的情況下，系統(tǒng)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)會對系統(tǒng)中傳輸?shù)男碾娦盘枖?shù)據(jù)進行組包，這樣，系統(tǒng)中的每個包所包含的字節(jié)數(shù)是363個字節(jié)。在這整個包的363個字節(jié)當中，本系統(tǒng)中為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，不是所有的字?jié)都為數(shù)據(jù)，但大部分是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)占比最多，占用了360個字節(jié)，再就是數(shù)據(jù)包的頭部位置會占用一個字節(jié)，數(shù)據(jù)包的編號位置占用一個字節(jié)，校驗位占用最后的一個字節(jié)。

2.2 擁塞控制

在數(shù)據(jù)傳輸過程中，為了避免數(shù)據(jù)擁堵，在這樣的情況下需要進行擁塞控制，在面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)中，為了進行擁塞控制這個過程，在這樣的情況下需要進行動態(tài)調(diào)整窗口大小，系統(tǒng)中加入動態(tài)調(diào)整窗口大小這樣的一個過程的最終目的是防止過多數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡(luò)中。

2.3 差錯控制

在數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)計過程中，為了保證傳輸數(shù)據(jù)的準確無誤，系統(tǒng)設(shè)計了一種算法，在這樣的情況下，就可以對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行差錯控制。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)包并不是按序到達接收方的，在這樣數(shù)據(jù)包亂序到達的情況下，數(shù)據(jù)發(fā)送方會一直向數(shù)據(jù)接收方發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣的情況下，在接收方收到數(shù)據(jù)后，不會對數(shù)據(jù)進行排序，而它最先做的事情就是對數(shù)據(jù)進行校驗，校驗后若出現(xiàn)錯誤，這樣的情況下就會要求發(fā)送方重新發(fā)送這個數(shù)據(jù)包。

3 移動終端與傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換模塊設(shè)計

3.1 物理連接的建立

目前，幾乎每一部智能手機都帶有藍牙的應(yīng)用程序。在這種情況下，低功耗藍牙越來越多的被用戶使用，因為低功耗藍牙不緊緊保證無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，它也在很大程度上降低了功耗。所以，面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)中用低功耗的藍牙技術(shù)。

（1）第一步就是建立連接，當移動終端和心電設(shè)備之間建立物理連接時，系統(tǒng)需要獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)的藍牙設(shè)備信息。

（2）第二步就是在移動終端開啟藍牙開關(guān)，如果是通過掃描的方式得到了設(shè)備信息，那么在掃描前需要檢查智能手機上的藍牙功能是否是可用狀態(tài)。如果是可用狀態(tài)，那么就可以進行下一步，如果不是可用狀態(tài)的話需要用戶同意開啟藍牙，否則就停止此應(yīng)用。

（3）成功在移動終端開啟藍牙開關(guān)后，在智能手機上會獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)的藍牙設(shè)備信息。

3.2 邏輯連接的建立

在本系統(tǒng)中需要建立邏輯鏈路，建立它的作用是便于支持系統(tǒng)中其他形式的無線連接，而不僅僅是支持藍牙連接。邏輯鏈路的建立過程比物理鏈路的建立過程要復雜，因為其中還包括對用戶身份是否合法的校對，如果是合法用戶，系統(tǒng)將為它建立邏輯鏈路，如果是非法用戶，系統(tǒng)將不會為其建立邏輯鏈路。

3.3 數(shù)據(jù)封裝

在數(shù)據(jù)被封裝之前，需要先建立邏輯連接，以便于在數(shù)據(jù)被封裝之后有一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?。在這樣的情況下，像智能手機這些設(shè)備在工作過程中會收到一個配置的文檔，像智能手機這些設(shè)備有權(quán)限自動分析該文檔，接收到的配置文檔在到達智能手機等這些終端后包含了不少關(guān)于數(shù)據(jù)的信息，在數(shù)據(jù)被封裝之前包括數(shù)據(jù)最初出現(xiàn)的時間、包含在數(shù)據(jù)被封裝之前產(chǎn)生數(shù)據(jù)最初出現(xiàn)的的設(shè)備號等。像智能手機這些設(shè)備分析配置文件中的數(shù)據(jù)最初出現(xiàn)的時間、產(chǎn)生數(shù)據(jù)最初出現(xiàn)的設(shè)備號、數(shù)據(jù)的類型、數(shù)據(jù)的格式，分析完成之后就會為數(shù)據(jù)分配一定的緩存池存儲空間。在信息數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的過程中，還有一個工作需要完成，即對數(shù)據(jù)進行組包及拆包。組包這個工作是由傳感器網(wǎng)絡(luò)完成的，組包的過程中需要把數(shù)據(jù)加上一些頭部信息，加完頭部信息之后才能發(fā)送給各種各樣的移動終端。組包這個工作是由傳感器網(wǎng)絡(luò)完成的，組包的過程中需要把數(shù)據(jù)加上一些頭部信息，各種各樣的移動終端收到加完頭部信息的數(shù)據(jù)包后，不會直接進行下一步的操作，而是先檢查加完頭部信息的數(shù)據(jù)包是不是出現(xiàn)了差錯。

4 數(shù)據(jù)共享模塊設(shè)計

數(shù)據(jù)共享模塊是本系統(tǒng)的一個主要的組成，數(shù)據(jù)共享模塊在整個系統(tǒng)中來處于核心地位。在移動終端開啟藍牙開關(guān)后，在智能手機上會獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)的藍牙設(shè)備信息。在系統(tǒng)運行過程中，通過像智能手機這些設(shè)備數(shù)據(jù)共享模塊，偏遠地區(qū)的患者可以就近檢查身體，這樣的情況下就解決了偏遠地區(qū)的患者看病難問題，從而實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的遠程實時共享。在面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)共享模塊部分主要由服務(wù)端數(shù)據(jù)共享模塊以及客戶端數(shù)據(jù)共享模塊兩部分組成，這兩部分相互通信，缺一不可。在系統(tǒng)運行過程中，患者和醫(yī)護人員請求共享服務(wù)時需要完成注冊、登錄等基本操作。

4.1 服務(wù)端數(shù)據(jù)共享服務(wù)設(shè)計

在移動終端開啟藍牙開關(guān)后，在智能手機上會獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)的藍牙設(shè)備信息。在系統(tǒng)運行過程中，系統(tǒng)的服務(wù)端這邊主要是提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，它提供的數(shù)據(jù)共享服務(wù)包括兩個內(nèi)容，設(shè)計過程中主要用到了Web技術(shù)，遠程協(xié)助模塊適用范圍比較廣，適用于運行在多種平臺的瀏覽器上，這樣就很方便的給醫(yī)護人員提供數(shù)據(jù)訪問界面。在面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)中，系統(tǒng)給患者在智能手機這些設(shè)備中提供的服務(wù)在這樣的情況下包括注冊、登錄以及身份認證等。也就是說在系統(tǒng)運行過程中，患者及醫(yī)護人員首先需要在面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)中注冊個人的基本信息，注冊之后系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中才有這樣的用戶記錄，然后用戶登錄才能使用心電數(shù)據(jù)實時共享服務(wù)。

4.2 客戶端數(shù)據(jù)共享模塊設(shè)計

這里的客戶端是指智能手機客戶端和遠程協(xié)助系統(tǒng)客戶端，智能手機主要是被患者所用，現(xiàn)在的患者用智能手機是很方便的，而遠程協(xié)助系統(tǒng)客戶端這邊主要是被醫(yī)生和護士所用。系統(tǒng)可以將復雜的操作步驟進行合理的組合，這樣以來就可以減少患者繁瑣的操作。在這樣的系統(tǒng)當中，醫(yī)護人員可以通過遠程協(xié)助系統(tǒng)來進行一些相關(guān)的系統(tǒng)操作，比如說在這樣的情況下查看病人資料等，在查看病人資料的過程中，如果有病人的狀態(tài)發(fā)生了改變，那么遠程協(xié)助系統(tǒng)需要及時的接收這些改變了的信息。

5 心電數(shù)據(jù)展示模塊設(shè)計

心電數(shù)據(jù)展示模塊是心電數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的重要組成部分。在各級醫(yī)療機構(gòu)當中，年代久遠的心電監(jiān)護設(shè)備中通常自帶顯示屏，這種傳統(tǒng)設(shè)備的顯示屏體積比較大，用電量也比較高。在本系統(tǒng)中，傳感器網(wǎng)絡(luò)只負責采集患者的心電數(shù)據(jù)，而不會對這些數(shù)據(jù)進行分析，也就是說不會對數(shù)據(jù)進行分類匯總，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不會用算法計算數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸之后，也就是等數(shù)據(jù)最終傳到像智能手機這樣的設(shè)備終端后，這些數(shù)據(jù)才能被計算、顯示等操作。

結(jié)語：本文首先分析目前在醫(yī)療健康領(lǐng)域，各醫(yī)療機構(gòu)心電數(shù)據(jù)共享方案不足的方面，比如說數(shù)據(jù)控制能力不太好、軟硬件的可擴展性不高、系統(tǒng)軟硬件成本不低、沒有辦法實時共享等。然后，通過智能手機、安卓操作系統(tǒng)、5G等一系列新的軟硬件平臺，設(shè)計并實現(xiàn)了面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)，隨著人工智能技術(shù)的不斷進步，醫(yī)療信息化的深入，面向移動醫(yī)療的心電數(shù)據(jù)實時共享系統(tǒng)所適用的應(yīng)用場景將會越來越多。