基于健康物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳 昭 劉雷紅

華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，廣東廣州 510006

基于健康物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳 昭 劉雷紅

華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，廣東廣州 510006

本文設(shè)計(jì)了一款社區(qū)醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)，旨在提高社區(qū)醫(yī)院的醫(yī)療服務(wù)水平以及服務(wù)質(zhì)量。該系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，一為遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，二為遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診系統(tǒng)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)在醫(yī)學(xué)信息技術(shù)，用戶可在家中進(jìn)行多項(xiàng)生理參數(shù)的檢測(cè)，并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至社區(qū)醫(yī)院進(jìn)行后續(xù)診斷。同時(shí)，醫(yī)生可實(shí)時(shí)地進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷以及在線專家會(huì)診。本系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)家庭醫(yī)療監(jiān)護(hù)提供了有效的方法，并使醫(yī)患的在線交流成為可能。

社區(qū)衛(wèi)生；遠(yuǎn)程醫(yī)療；物聯(lián)網(wǎng)

隨著人們生活水平的提高，生活方式和飲食文化的改變，危害人民身體健康的高血壓、糖尿病等慢性疾病患病率逐年增加[1]。另一方面，中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)，影響老年人生活質(zhì)量的最大因素之一就是慢性病。老年人具有行動(dòng)不便、沒有電腦技能或電腦技能較低且收入水平較低等特點(diǎn)，并且慢性病具有病程長(zhǎng)且遷延不愈的特點(diǎn)，所以針對(duì)老年人和慢性病患者的需求，本設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)，①智能化：傳感器檢測(cè)到的用戶生理參數(shù)能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)保存到上位機(jī)，并且可以上傳到中心數(shù)據(jù)庫(kù)；②個(gè)性化：社區(qū)醫(yī)生根據(jù)用戶具體的特點(diǎn)、目標(biāo)和要求，可以給出具體的診斷建議，并且用戶也可以根據(jù)自己的要求，查詢醫(yī)生資料，選擇合適的醫(yī)生進(jìn)行咨詢；③人性化：本設(shè)計(jì)采用穿戴式無線傳感器和Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以在不影響用戶正常生活的條件下，使用戶得到獨(dú)立、健康、安全、方便的健康監(jiān)護(hù)；通過遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診模塊，用戶可以在家中就得到醫(yī)生的咨詢建議，使用戶可以足不出戶就得到很好的醫(yī)療服務(wù)，并且此設(shè)計(jì)還降低了醫(yī)療費(fèi)用，減輕了醫(yī)院的醫(yī)療負(fù)擔(dān)；④綜合化：本設(shè)計(jì)既可以使用戶得到持續(xù)的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)，也可以得到遠(yuǎn)程診療，減少了用戶到醫(yī)院掛號(hào)排隊(duì)就診的麻煩，使用戶能夠得到很好的健康醫(yī)療服務(wù)。

1 社區(qū)家庭遠(yuǎn)程健康服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 基于社區(qū)中心的家庭健康服務(wù)架構(gòu)

基于社區(qū)中心的家庭健康服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，其中包含兩部分：家庭用戶和社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心。

家庭用戶端主要由醫(yī)療傳感器、Zigbee無線傳感模塊和家用電腦組成。通過布置在智能家居內(nèi)的各種不同用途的傳感器（生理參數(shù)傳感器、行為傳感器和環(huán)境傳感器），對(duì)居家老人、殘疾人或慢性病患者的各項(xiàng)生理參數(shù)、日常行為參數(shù)和居家環(huán)境參數(shù)信息進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集；利用ZigBee無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)護(hù)基站，并由該基站將數(shù)據(jù)傳輸至所連接的家用PC機(jī)，通過Internet網(wǎng)絡(luò)可以將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心，由專業(yè)醫(yī)療人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)觀察，提供必要的咨詢服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能家居的醫(yī)療監(jiān)護(hù)服務(wù)。

社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心端主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、監(jiān)護(hù)中心PC機(jī)和醫(yī)護(hù)人員組成。家庭用戶的個(gè)人信息、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及醫(yī)生的信息都保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，醫(yī)護(hù)人員可通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶的信息對(duì)用戶進(jìn)行監(jiān)護(hù)與診療，并將建議反饋給用戶。

圖1 基于社區(qū)中心的家庭健康服務(wù)架構(gòu)

1.2普通用戶的健康服務(wù)設(shè)計(jì)

為了提供綜合性的醫(yī)療服務(wù)，本系統(tǒng)設(shè)定了三類用戶群：普通用戶、醫(yī)生用戶和管理員用戶，其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。1.2.1普通用戶 普通用戶主要包括以下功能：①注冊(cè)個(gè)人的信息：用戶注冊(cè)的信息保存在中心數(shù)據(jù)庫(kù)，便于醫(yī)生查詢；②醫(yī)生信息查詢：用戶可查詢醫(yī)生信息，便于選擇合適的醫(yī)生進(jìn)行咨詢；③日常生活信息錄入：用戶錄入自己的日常生活信息（日常生活記錄、疾病記錄、糖尿病跟蹤記錄和高血壓跟蹤記錄等），便于醫(yī)生對(duì)用戶病情有深入的了解；④信息傳輸：用戶把家庭監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中檢測(cè)到的生理參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等傳輸?shù)缴鐓^(qū)醫(yī)生，便于醫(yī)生進(jìn)行診療；⑤網(wǎng)上實(shí)時(shí)會(huì)診：網(wǎng)上實(shí)時(shí)會(huì)診是此設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，用戶可以向在線醫(yī)生進(jìn)行文字、語(yǔ)音、視頻等形式咨詢，并且用戶也可與在線用戶進(jìn)行交流。

1.2.2 醫(yī)生用戶 醫(yī)生用戶的主要功能包括個(gè)人信息管理、用戶信息查詢和網(wǎng)上實(shí)時(shí)會(huì)診。社區(qū)醫(yī)生根據(jù)患者的生理參數(shù)監(jiān)測(cè)記錄、病程記錄、日常生活記錄、當(dāng)前癥狀等提供醫(yī)療服務(wù)。本系統(tǒng)醫(yī)生提供的醫(yī)療服務(wù)主要包括及時(shí)醫(yī)療服務(wù)即醫(yī)生為在線用戶提供文字、語(yǔ)音、視頻等醫(yī)療咨詢服務(wù)和非及時(shí)醫(yī)療服務(wù)即醫(yī)生根據(jù)患者近期的檢測(cè)結(jié)果和身體狀況等提供郵件或診斷書式的醫(yī)療建議。

1.2.3 管理員用戶 管理員用戶的主要功能是對(duì)管理員個(gè)人信息、醫(yī)生信息、用戶信息和會(huì)診申請(qǐng)信息的管理，主要包括對(duì)信息的刪除、新增、更新和查詢等。

圖2 社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)的功能結(jié)構(gòu)圖

2 基于健康物聯(lián)網(wǎng)的三層設(shè)計(jì)方案

考慮到社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)獲取的重要性，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的框架將基于物聯(lián)網(wǎng)來搭建[2]。

1995 年比爾·蓋茨在《未來之路》一書中首次提及物聯(lián)網(wǎng)的概念。2009年國(guó)家制訂了“感知中國(guó)”戰(zhàn)略，在此指引下，作為基礎(chǔ)設(shè)施之一的物聯(lián)網(wǎng)迅速引起廣泛關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)列入國(guó)家“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)規(guī)劃。由于產(chǎn)業(yè)鏈上下游關(guān)注點(diǎn)不同，業(yè)界對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)存在著分歧。目前物聯(lián)網(wǎng)尚未擁有一個(gè)技術(shù)上公認(rèn)的定義。一種強(qiáng)調(diào)終端和處理的定義是“通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)叫做物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”[3]。

健康物聯(lián)網(wǎng)是通過健康傳感裝置智能采集人體的生理和運(yùn)動(dòng)信息，再經(jīng)過信息處理（前段智能），經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)，將健康信息送達(dá)信息決策中心存貯，并借助云計(jì)算技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行決策分析（后端智能），最終實(shí)現(xiàn)“一條龍”健康服務(wù)（包括健康提示、報(bào)警和緊急救援等）的智能網(wǎng)絡(luò)[4]。健康物聯(lián)網(wǎng)中社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)采用如圖3所示的技術(shù)架構(gòu)，共分為3層，自上而下分別是：信息感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用服務(wù)層。

圖3 健康物聯(lián)網(wǎng)中社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)的技術(shù)框架圖

2.1 信息感知層

在信息感知層中，主要有穿戴式生理參數(shù)檢測(cè)傳感器、居家環(huán)境檢測(cè)傳感器和行為檢測(cè)傳感器。這些傳感器具有非入侵性、方便安裝與使用、不影響日?；顒?dòng)、無噪聲和光線滋擾、防水、性能穩(wěn)定可靠、無線或最小程度上的有線傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，滿足醫(yī)療傳感器的要求。這些傳感器以透明的方式獲取用戶的各種信息，傳感器設(shè)備部署在用戶身上或家中的各個(gè)角落，它們可在用戶察覺不到的情況下收集數(shù)據(jù)，盡量不影響用戶的正常生活。

穿戴式生理參數(shù)傳感器主要包括穿戴式心電監(jiān)測(cè)傳感器、血氧飽和度檢測(cè)傳感器、血壓檢測(cè)傳感器和非接觸式體溫測(cè)量傳感器，這些傳感器通過持續(xù)日常記錄用戶的心率、血氧飽和度、血壓、體溫等生理參數(shù)監(jiān)護(hù)用戶的重要體征變化。通過安裝在居家環(huán)境中的溫度傳感器、濕度傳感器和噪聲傳感器等可對(duì)用戶居家環(huán)境中的溫度、濕度、噪聲等居家環(huán)境條件進(jìn)行檢測(cè)，以此來了解用戶的檢測(cè)環(huán)境，也了解用戶的生活方式。行為檢測(cè)傳感器主要包括紅外體積傳感器，可以檢測(cè)用戶的位置；磁接觸傳感器，可以檢測(cè)用戶的轉(zhuǎn)移；方位傳感器，可以檢測(cè)用戶站著和躺著。通過這些行為參數(shù)的檢測(cè)可對(duì)用戶在室內(nèi)的活動(dòng)分布進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，以檢測(cè)用戶的生理異常，并為用戶提供健康的作息指導(dǎo)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

本設(shè)計(jì)用到Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)兩種網(wǎng)絡(luò)類型。如圖4所示，在信息感知層中檢測(cè)到的數(shù)據(jù)首先通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至無線接收器，無線接收器通過RS232串口將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)護(hù)基站，并由該基站將數(shù)據(jù)傳輸至所連接的家用PC，再通過Internet網(wǎng)絡(luò)可以將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心或家屬及醫(yī)務(wù)人員。

圖4 系統(tǒng)信息傳輸結(jié)構(gòu)圖

2.3 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與醫(yī)療信息技術(shù)相結(jié)合，通過設(shè)計(jì)用戶端和監(jiān)護(hù)中心端的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診，不僅使用戶能夠足不出戶就得到健康醫(yī)療服務(wù)，還提高了社區(qū)醫(yī)生的醫(yī)療服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量，降低了醫(yī)療費(fèi)用，緩解了醫(yī)院病床緊張的現(xiàn)狀。

3 關(guān)鍵問題和解決方案

本設(shè)計(jì)有3個(gè)關(guān)鍵的問題：①個(gè)性化的服務(wù)；②技術(shù)問題；③用戶隱私保護(hù)問題。

3.1 個(gè)性化的服務(wù)是系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題之一

面對(duì)老年人、慢性病患者等用戶的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)要求為用戶提供：①界面操作簡(jiǎn)便，此問題可通過軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；②用戶方便、快速得到所需信息，根據(jù)用戶的病程記錄信息選擇合適的數(shù)據(jù)庫(kù)，為用戶提供所需的健康信息；③為用戶進(jìn)行持續(xù)、實(shí)時(shí)的健康監(jiān)護(hù)，可通過健康物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)；④對(duì)用戶的生活狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，如發(fā)現(xiàn)緊急情況，及時(shí)搶救，可采用行為檢測(cè)傳感器對(duì)用戶的日常生活狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)護(hù)。

3.2 系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)過程中需要解決的技術(shù)性問題

①無約束的醫(yī)學(xué)測(cè)量，可采用穿戴式、非接觸式的醫(yī)學(xué)傳感器，對(duì)用戶進(jìn)行健康監(jiān)護(hù)；②網(wǎng)上實(shí)時(shí)會(huì)診，采用C/S架構(gòu)、套接字編程，實(shí)現(xiàn)視頻、語(yǔ)音、文字等形式的實(shí)時(shí)交互；③網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，采用 HTTP、TCP/IP、SMTP、POP3 等標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議進(jìn)行編程。

3.3 用戶信息安全問題存在于系統(tǒng)的各個(gè)層次

在信息感知層，用戶信息以無線Zigbee的形式傳輸，無線信號(hào)易被竊聽；在網(wǎng)絡(luò)傳輸層，網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)易被駭客竊聽；在應(yīng)用服務(wù)層，用戶向社區(qū)醫(yī)生咨詢的過程中，信息易被竊取，另外，數(shù)據(jù)可中包含用戶的隱私信息，也可能因數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問控制措施不完善等被竊取數(shù)據(jù)，從而泄漏用戶的隱私。解決辦法：首先，在Zigbee的無線傳輸過程中采用CRC（cyclic redundancy check）即循環(huán)冗余校驗(yàn)碼校驗(yàn)和采用偵聽回復(fù)機(jī)制程序設(shè)計(jì)保證數(shù)據(jù)的完整性、實(shí)時(shí)性及有效性；在用戶與社區(qū)醫(yī)生的會(huì)話過程中，可采用數(shù)據(jù)加密方法，如TripleDES即對(duì)稱加密算法加密會(huì)話內(nèi)容，防止在傳輸過程被竊聽的數(shù)據(jù)泄漏用戶隱私；其次，采用安全協(xié)議，來保護(hù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)；最后，采取有效的認(rèn)證、訪問控制方法，如密鑰認(rèn)證、生物認(rèn)證相結(jié)合的方法，以保證數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性，保護(hù)用戶數(shù)據(jù)的隱私。

4 結(jié)論

健康物聯(lián)網(wǎng)中社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)，采用穿戴式便攜傳感器在信息感知層獲取用戶的身體狀況及環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)，經(jīng)Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸和Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸傳至應(yīng)用服務(wù)層，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診，為老年人或慢性病患者提供更好的健康監(jiān)護(hù)和醫(yī)療服務(wù)。遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診是系統(tǒng)提供的核心服務(wù)，系統(tǒng)中出現(xiàn)的個(gè)性化服務(wù)、技術(shù)性問題和用戶個(gè)人資料隱私保護(hù)是系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，文中提出了相應(yīng)的解決辦法。通過上述技術(shù)，基于健康物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為獨(dú)居老人或慢性病患者提供了智能化、個(gè)性化、人性化和綜合化的醫(yī)療服務(wù)，使用戶能夠足不出戶就得到很好的醫(yī)療服務(wù)，減少了到醫(yī)院的花費(fèi)。本系統(tǒng)能為物聯(lián)網(wǎng)的其他智能應(yīng)用提供一定的借鑒作用。

[1]張旭峰，姚志洪.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的慢病管理系統(tǒng)[J].醫(yī)谷，2011，28（17）：34.

[2]楊文茵.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居醫(yī)療系統(tǒng)[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，7（29-4）：33-37.

[3]張福生.物聯(lián)網(wǎng)：開啟全新生活的智能時(shí)代[M].山西：山西人民出版社，2010.

[4] 姚志洪.健康物聯(lián)網(wǎng)[J].醫(yī)谷，2011，14（17）：26.

Design of the community health service system based on internet of things

WU Zhao LIU Leihong
Department of Biomedical Engineering,Biological Science and Engineering College,South China University of Technology,Guangdong Province,Guangzhou 510006,China

In order to improve the level and quality of medical serves in the community hospital,a community health service architecture is designed in this paper,which consists of the remote medical care and the telemedicine consultation.Based on the combination of the technology of Internet of things and the modern medical informatic technology,client is able to collect different physiological parameters at home,and transmit these parameters to the community hospital for the following diagnosis.And doctors are also able to diagnose and have on-line consultation in real time.This system provides an approach to complete the health care at home,and makes the on-line communication between clients become possible.

Community health;Remote medical;Internet of things

R-058

C

1673-7210（2012）08（a）-0166-03

吳昭（1985.12-），女，山西人，碩士研究生；研究方向：醫(yī)學(xué)影像技術(shù)與醫(yī)學(xué)圖像處理。

2012-03-07 本文編輯：程 銘）