基于Java 的3G 遠程醫療監護系統應用

◆史森中 曾 凡 黃 昊 劉 洋

史森中 曾 凡 黃 昊 劉 洋

第三軍醫大學大坪醫院 重慶 400042

目前患者生理監護設備多見于監護病房中的床邊監護儀［1］。病人的各種生理信號通過傳感器測量后傳導到監護儀上，監護儀進行實時分析，并能在異常的時候報警。但這些儀器都是由專業人士或在專業人士指導下使用，且這些監護儀器往往體積龐大，不便于攜帶，醫護人員必須守候在科室內進行監護，不便對患者進行遠程監測。

3G 移動通信網絡結合標準化流程和一系列獨特的服務可為客戶提供高品質的互聯網體驗［3］。在其高帶寬的傳輸率下，可實現大量的數據，如照片、影像和應用程序文件等的傳輸。

把3G 智能移動電話引入到移動監護系統中，可實現遠程病人監護，即基于3G 網絡、體積小巧、攜帶方便的遠程監護系統。該軟件系統在手機上可實現3 個主要的監護功能:(1)實時波形數據監測;(2)列表趨勢數據監測;(3)病人信息檢查。因此，醫護人員可以通過這種3G 智能移動電話顯示的患者生命體征生物信號，監測ICU /CCU 患者的實時情況。

1 系統總體架構

遠程患者監控系統的結構設計如圖1 所示。該系統主要由3 部分組成:患者監控系統、遠程數據分析服務器和3G 移動電話，通過互聯網和3G 移動網絡鏈接。患者監控系統由床邊監護儀與醫院監護中心工作站組成。

患者信息可以通過床邊監測儀收集并存儲到監護中心工作站。中心工作站監測的患者信息，包括數字信號數據、文本數據和波形實時數據，通過遠程服務器信息提取和轉換成手機可識別的基于Java的應用模式。醫護人員在使用3G智能移動電話進行互聯網訪問和3G 移動網絡語音通話期間，仍然可以通過Java 應用程序接收患者數據信息。整個過程是基于PHP(Personal Home Page)的Web 服務器端執行。

2 信息采集端

2.1 患者監護系統

包括患者床邊監測系統和中心站監控系統。我們采用了目前使用 比 較 廣 泛 的ds－ 7100 和di－8700。床邊監測儀可以監測患者的ECG(心電圖)、RESP(呼吸頻率)、SpO2(動脈血氧飽和度)、ETCO2(呼氣末二氧化碳)、IBP(有創血壓)以及TEMP(體溫)。中心工作站從床邊監護儀監測、提取、存儲取波形數據，連續存儲容量的上限約為96 小時。同時，醫護人員還可以通過局域網的PC 機，遠程訪問患者數據分析服務器，監測患者的狀況。

圖1 系統總體架構

圖2 系統通訊流程

2.2 遠程數據分析服務器

遠程數據分析服務器是該系統數據傳輸過程中的重點。我們選用的是以SUSE Linux Enterprise 為開放式臺的Web 服務器，無論對桌面應用還是對數據中心而言，它都是功能最先進、成本最低、可互操作性最強的企業計算平臺。SUSE Linux 9/10 自 帶Apache Tomcat 軟件、YaST 2 圖形管理工具，比較適合對Linux 命令不是很熟悉的工作人員，配置方法也很簡單方便，同時運行Web 服務穩定、可靠、安全［4］。SUSE Linux Enterprise 還 包含了用于幫助臺式機、服務器里的應用程序抵御內外部攻擊、惡意應用程序和病毒的 Novell AppArmorTM，這是最有效且易用的安全解決方案。總的來講，整個過程是通過調用和運行服務器上SUSE Linux操作系統的Apache 軟件來創建HTML 動態頁面和進行超文本預處理［5］。

2.3 生理信息通訊流程

如圖2 所示，醫護人員可以使用3 G 移動電話和PC 遠程訪問數據分析服務器。移動電話通過PHP 應用程序從監護中心工作站中提取特定數據，如病人的資料數據、事件數據和報警數據。這些數據由Java 應用程序轉換成移動電話能識別的信息。使用PC 機時，醫務人員可以通過網頁瀏覽器訪問服務器來獲得所需的數據。

3 移動監護終端系統設計

搭建系統平臺時我們采用了Android 平臺，它是基于Linux 內核平臺的開源手機操作系統。該平臺由操作系統、中間件、用戶界面和應用軟件等組成，是對第三方軟件完全開放的平臺，開發者在為其開發程序時擁有更大的自由度，突破了iPhone 等只能添加為數不多固定軟件的枷鎖［6］。同時與Blackberry、Symbian 和Windows Mobile 等廠商不同的是，Android 操作系統針對開發人員是免費的，這樣可節省很大的成本。Android 作為一個使用Linux 內核的智能手機操作系統，要求手機CPU 至少為ARM9 200MHz 的主頻才能帶動Dalvik(Java 級虛擬機)［7］。

3.1 應用程序框架

Android 應用程序由一個或多個組件組成，Android 應用程序為應用程序層的開發者提供APIs(應用程序接口)。由于上層的應用程序是以Java 構建的，因此本層次提供包含了UI(用戶界面)程序所需要的各種控件。Android 附帶的一些核心應用程序包括E－mail 客戶端、短信程序、日歷、地圖、瀏覽器和通訊錄等。所有的應用程序都是由Java 語言開發完成。應用程序框架開發人員擁有訪問核心應用程序框架API 的全部權限。應用體系結構設計避免了各組件之間的重用，任何第三方的應用程序都可以分發自己的組件，而任何其它應用也可以使用這些分發的組件(應用的使用方法需遵循框架的安全性約束)。這個機制對用戶來說同樣適用，他們也可以替換組件。應用程序是無界限的，可以再平等條件下創建，還可以嵌入Web，也可以并行運行。

3.2 手機監護軟件系統

該系統以Android 智能手機作為手機終端開發平臺，主要包括以下部分:與生理信號采集終端的通信部分、生理信號預處理部分、生理信號數據存儲部分、手機界面和3G 移動網絡數據傳輸部分。服務端采用Client/Server 的網絡架構，整個軟件系統操作簡單，運行流暢。手機端需要完成的是生理信號數據的處理、分析和波形展現。由于是波形的實時分析和展現，就需要使用多線程的模型，以保證數據的接收和展現能同時進行。Android 系統對此有很好的接口支持，Service 后臺服務組件能夠解決這個問題。

3.3 與遠程數據分析平臺的通訊

在手機端完成生理信號數據的分析和展現之后，需要將數據通過移動網絡上傳到遠程數據分析平臺，考慮到數據文件的大小和3G 制式的區別，我們設計了基于HTTP 協議的網絡傳輸模式，以實現各種制式的兼容性。Android 系統提供了幾種用于網絡開發的接口，如標準的java、Apache 和Android.net。

4 系統應用

移動電話上的Java 的應用系統可以實現3 種功能，分別是實時波形數據監測、列表趨勢數據監測和病人信息檢查。

4.1 實時波形數據監測

實時波形數據監測與延遲20秒后的床邊監測儀同時監測病人生理訊號。醫生可以通過系統菜單查詢入院信息。以心電波形為例，通過菜單選擇項里的人力資源，約6秒左右波形就可以在手機屏幕顯示，屏幕的底部顯示波形的基本信息，包括病人身份、波形名字、床邊監測時間和病人的心臟率等。

4.2 列表數據趨勢監測及病人信息檢查

列表數據趨勢監測能讓醫生復查過去4 天患者的數據。顯示的數據包括心電、血壓血氧飽和度等參數。醫生可以選擇任意時間點，采集每10 分鐘的參數變化趨勢數據。此功能幫助醫生分析數據并做出正確診斷。病人信息查詢功能顯示病人的基本信息，可實現對一些參數初始值的監測。

4.3 系統性能測試

我們對系統進行了一些測試，其中一個最重要的測試就是時間延遲問題。不同的移動電話產生的時間延遲不同，以三星GALAXY Note II 為例:(1)實時監視波形的延遲時間約20 秒;(2)用于從開始申請的平均總時間為17.3 秒;(3)在接收實時波形的平均時間是4.7 秒;(4)平均接收列表的趨勢數據的時間是8.1 秒;(5)接收病人信息的平均時間是4.6 秒;(6)平均傳輸速率大約是512kbps。這意味著，它能足夠快速的提供實時監測［8］。

5 結論

本系統對遠程監護已達到了要求，取得了一定的效果。使用本系統，醫生能夠監控患者的實時數據、列表趨勢數據和病人檢查信息。可以迅速和準確地幫助醫生診斷病情。但是還有一些問題需要解決，如當移動電話不在服務區或其它未知原因無法連接到基站，實時監測波形數據將會非常混亂。另外，應用服務啟動時間較長。因此，遠程病人監控系統采用更加先進智能手機，基于更先進的操作系統，以上問題便可以得到解決。

移動遠程醫療是醫療領域的一個重要發展方向，它將使患者與醫生更加緊密的交流［9］。無線通訊更大的帶寬和更高的速度將為移動遠程醫療提供更加寬廣的平臺［10］。

［1］曹 彥，龍 夏，劉 原.基于zig-Bee 的集散多參數醫療監護系統的設計［J］.自動化與儀器儀表，2010(1):61－66.

［2］顧亮亮，黃林鵬.基于代理的OSGi服務平臺的容錯擴展［J］.計算機技術與發展

2012，22(12 ):29－32.

［3］韓麗娟，馬清龍.日本3G 業務發展的營銷啟示［J］.中國新通信，2013(2):27－29.

［4］陳 航，白 鐵，呂 冰，等.基于Web 服務的門診醫生協同工作系統研究［J］.中國衛生質量管理，2012，19(04):6－9.

［5］陳 波.準周期生理信號的數據預處理方法研究［D］.安徽:中國科學技術大學，2011.

［6］JIA NING.Detecting human falls with a 3－axis digital aceelerome－ter［J］.Analog Dialogue，2009，43(7):1－7.

［7］史森中，黃 昊，姬曉波.平板電腦結合3G 技術在醫院診療及管理中的應用探析［J］.現代醫學，2011，39(1):15－18.

［8］李 昕，王秀清，宋佳霖，等.心電信號預處理方法研究與評價［J］.測試技術學報，2008，22(1):31－37.

［9］曹茂誠，陳 旭，何及夫，等.服務器虛擬化技術在構建數字化醫院中的應用［J］.中國衛生質量管理，2012，19(5):79－81.

［10］蘇 毅.移動多媒體推送業務終端功能研究［D］.北京:北京郵電大學，2009.