基于移動P2P的醫療信息平臺

王曄，劉紅，雷長海，王琳

1.第二軍醫大學 信息中心，上海200433；

2.解放軍第八五醫院 眼科，上海200052

基于移動P2P的醫療信息平臺

王曄1，劉紅1，雷長海1，王琳2

1.第二軍醫大學 信息中心，上海200433；

2.解放軍第八五醫院 眼科，上海200052

基于智能手機終端的醫療信息采集、分發和管理平臺具有成本低、操作簡單、覆蓋面廣的優勢，利于大型公共醫療信息系統在全國范圍的推廣。針對目前手機通信網絡覆蓋在偏遠地區的不足、手機網絡通信費用對于低收入群體過于昂貴等問題，本文提出不使用商業網絡連接，建立一個基于分布式智能移動終端P2P通信框架的低成本醫療信息采集、分發和管理平臺，支持多種移動終端系統，并能夠在系統中形成一個自組織的醫療信息社交網絡。目前該系統的通信平臺已用于偏遠地區懷孕婦女體檢和新生兒疫苗注射等醫療信息的傳輸及管理，取得良好的社會效益。

醫療信息平臺；移動P2P；醫療信息；社交網絡

1 背景

近年來隨著移動互聯網應用和智能手機客戶端的快速發展，越來越多的醫療系統開始采用移動平臺進行醫療信息的傳輸、共享和管理[1]。由于移動智能客戶端的成本快速下降，以及移動數據網絡快速提升了覆蓋范圍，一些公共醫療平臺開始采用移動終端進行偏遠地區低收入群體的醫療信息采集[2]，如我國衛計委提出在2013年70%以上的非城鎮人口每人都要有醫療卡、醫療保險和電子醫療紀錄。這就要求達到所有鄉村衛生所應覆蓋手機信號、電視信號和互聯網，10%以上的鄉村衛生所配備移動PDA設備。針對偏遠地區懷孕婦女體檢和新生兒疫苗注射等醫療信息的傳輸及管理的困難，已有中國移動和衛計委共同開發了基于手機SMS短信的懷孕婦女體檢提醒和疫苗注射提醒的服務平臺。

然而目前已有的移動醫療信息系統大都使用了已覆蓋的手機通信底層網絡[3]，如各運營商的2.5G網絡或者3G/4G網絡，但在無手機信號覆蓋的偏遠地區目前還無法使用，即使有信號覆蓋，這類系統使用時會產生較大的手機網絡流量費用，對于偏遠地區的低收入群體來說，這是一個沉重的經濟負擔，也影響了公共醫療平臺推廣到每人每戶的普及程度。

2 建設目標

本研究的目標是建設一個基于開源系統的低成本分布式移動平臺，使用隨時隨地臨時組網的移動P2P平臺傳輸信息，在用戶端不使用商業網絡，用于偏遠地區懷孕婦女體檢和新生兒疫苗注射信息的傳輸和管理。系統的主要特點：① 采用移動終端P2P平臺，支持3G/4G、局域網Wi-Fi、Wi-Fi Direct、藍牙等多種網絡和通信環境，并可隨時切換；② 支持多種智能移動終端平臺，包括蘋果iOS系統、谷歌安卓系統、微軟Windows Phone，Windows RT系統等；③ 采用分布式存儲架構和數據冗余機制，支持移動終端醫療數據的離線狀態采集和使用，支持離線醫療數據的在線導入及同步；④ 系統自底向上形成一個自組織的醫療信息社交網絡，使用系統移動客戶端可進行醫療信息在社交網絡內的共享傳輸。

3 系統的工作流程

在農村偏遠地區，以下的工作流程是非常普遍的：鎮或者縣醫院的醫生定期到鄉村衛生站為孕婦和待接種疫苗的新生兒做檢查，然后醫生會在鄉村衛生站寫下記錄，并帶回到醫院進行數字化錄入并存儲。我們開發的系統不會改變目前基本的工作流程，不給醫生增加額外的負擔。但我們使用新技術，以幫助醫生使用移動客戶端簡化其工作過程。系統主要工作過程，見圖1。

圖1 醫生和社區衛生工作者的主要工作過程

由圖1可見，系統結合了人與人之間的實地交流和移動終端之間的P2P數據通信，在醫院和偏遠地區用戶之間架起一座低成本的溝通橋梁。醫生從縣鎮醫院的服務器下載新的醫療保健數據到自己的移動設備，然后去鄉村衛生站；在鄉村衛生站通過P2P網絡，衛生工作者采集醫療數據并分發最新的數據（包括檢查結果、通知、政策法規等），社區衛生工作者和居民使用移動終端在P2P網絡進行數據接收、注冊等；社區衛生工作者通過移動P2P網絡在更偏遠的鄉村地區傳播最新的公共醫療信息，他們返回醫院后可上傳采集到的數據。

4 支持跨平臺的移動P2P系統

本系統的關鍵技術就是使用支持多系統的移動P2P框架作為通信底層平臺。P2P是一種分布式的對等網絡框架，開始應用于計算機網絡[4]，隨著移動互聯網絡的發展，基于多個智能終端隨時隨地的局部無線P2P組網也越來越受到重視，具體的通信模式可采用多種，包括使用智能終端做為Wireless Tether無線熱點建立局域網Wi-Fi環境，或者使用Wi-Fi Direct建立點對點的無線連接，甚至使用藍牙作為無線連接的底層通信平臺。我們采用跨平臺移動P2P框架作為系統的通信底層，主要基于4個方面的考慮：

（1）偏遠地區的手機信號覆蓋不足，因此不能通過目前商業網絡有效的傳遞醫療信息到每個用戶，這種情況下，P2P通信就是一個很好的替代平臺。

（2）醫療信息中可能包含大量圖片甚至視頻，采用商業網絡傳輸此類數據會產生高昂費用，因此分布式P2P的傳輸模式更為經濟。

（3）移動智能終端的價格越來越低，但是種類卻在增多，而能夠支持多個主流移動系統的跨平臺P2P框架提供了更加靈活的通信接口和系統兼容性。

采用開源的P2P通信協議實現系統的通信層要考慮多個因素，包括設備發現、服務發現、連接配對、連接安全性等。2001年SUN公司提出了第一個開源的P2P協議實現框架JXTA（Juxtapose）[5]，該框架基于XML消息傳遞，可以實現在多種設備上，但是對于手機終端來說JXTA協議還是過于復雜[6]。為此IBM提出了一個基于Java的JXTA的子集JXME（JXTA for Java Micro Edition）[7]，JXME的J2ME/ MIDP 1.0可以應用在所有支持JAVA的手機上[8]。

我們采用了高通公司ALLJoyn框架開發系統的P2P底層，Alljoyn是高通公司創新中心（QIC，Qualcomm Innovative Center）在2011年推出的一個移動應用通信層開發框架，也是基于JXME的P2P設計，性能優于J2ME/MIDP 1.0。目前ALLJoyn支持的系統平臺包括了蘋果iOS、蘋果Mac系統、谷歌安卓系統、微軟Windows Phone/RT、微軟Windows系列、Linux系統等，可以嵌入到各種移動APP或者桌面應用程序中。

在ALLJoyn框架中，每一個移動終端（臺式機、筆記本終端等）同時是服務器Server和客戶端Client，每個應用程序都可以在ALLJoyn框架上建立不同的服務器和客戶端。應用程序彼此之間通信是通過一個虛擬數據總線（ALLJoyn Bus）進行的，見圖2。

圖2 高通Alljoyn通信總線

5 醫療信息的社交網絡和分布式數據存儲

在P2P網絡交互中自然形成了醫生、社區醫療工作者和用戶之間的網狀結構，這些結構信息存儲在系統中，自底向上形成了一個醫療信息的社交網絡，見圖3。在這個社交網絡中各種客戶端可以相互通信、傳輸醫療數據、分享公共信息。構建這個實名的社交網絡對于公共衛生政策在偏遠地區的傳播和執行有著重大意義，通過社交網絡可以讓醫療信息更有效地到達每一個用戶。此外還可以通過社交網絡的聚集特性更有效地分析出公共衛生資源分布的合理程度。

圖3 醫療信息的社交網絡

我們采用開源的社交網絡平臺Elgg和Elgg Mobile開發系統中的醫療信息社交網絡，Elgg是一款免費開源的社交網絡SNS源碼程序[9-11]，基于PHP+Mysql開發，原本用于教育領域，以Blog為中心，可根據Tag來尋找和組織朋友。Elgg Mobile是Elgg在智能移動終端上的實現，我們在各類用戶的移動終端應用程序中同時嵌入了Alljoyn和Elgg Mobile，用戶就可以在P2P網絡連接和使用過程中自動添加Elgg社交網絡中的好友。

由于系統的數據很多是由不同的離線客戶端上傳而來，需要大量的協調和同步，所以數據存儲我們也同樣采用了分布式的存儲架構。由于存儲的大量醫療信息數據是XML文檔（包括電子醫療記錄EHR和臨床文檔CDA等），比較適合NonSQL的存儲方式。因此，我們使用了開源的ZooKeeper＋HBase＋Hadoop。HBase是一個開源的面向列數據（適合存儲多屬性XML文檔）的分布式存儲系統[10]，類似于谷歌的BigTable，基于HDFS和Hadoop實現。在HBase系統中，具體數據存儲在分布式的HRegion服務器中，同一個文檔可以分列存儲在不同的HRegion服務器上，具體查詢時再從不同服務器上組合數據，而HMaster服務器在HBase中用來分配HRegion服務器完成負載均衡。ZooKeeper則安裝在一組分布式的服務器上，用來協調和同步整個HBase系統。

6 結語

基于開源框架Alljoyn和Elgg，為醫院醫生、社區衛生工作者和用戶設計了低成本的醫療信息的P2P通信平臺，醫生在醫院可以通過互聯網（或者醫院專網）平臺登錄自己的移動設備，獲取最新的醫療信息，獲得偏遠地區用戶注冊信息、檢驗結果或者預備注射疫苗的信息，用于下鄉前的準備工作。在鄉村衛生站醫生和社區衛生工作者可以在P2P網絡環境下共享這些醫療數據，或使用移動客戶端進行信息采集。用戶則可以在鄉村衛生站使用移動客戶端通過P2P網絡獲取醫療信息，或者在更偏遠的地區給其他用戶通過P2P網絡共享公共的醫療信息。同時系統通過Elgg平臺形成了一個自組織的醫療信息社交網絡，在這個社交網絡中各類用戶可以有效地相互通信、傳輸醫療數據、分享公共信息。

致謝

該系統是作者團隊與加利福尼亞大學圣巴巴拉分校計算機系合作的美國國家自然科學基金（NSF）課題VillageNet（編號：NSF-CNS-1064821）中的一部分，系統中的P2P通信平臺已部署于非洲贊比亞的南部城鎮Macha的醫療衛生平臺，用于懷孕婦女體檢和新生兒疫苗注射信息的收集和管理。感謝所有參與該課題研究和項目開發的人員。

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Medical Information System Based on Mobile P2P

WANG Ye1, LIU Hong1,LEI Chang-hai1, WANG Lin2
1.Information Center, The Second Military Medical University, Shanghai 200433, China;
2.Department of Ophthalmology, The 85thHospital of PLA, Shanghai 200052, China

Gathering, distributing and managing medical information based on mobile phones terminals enjoy more advantages on cost, convenience and coverage, which is helpful to the national wide spread of public medical information. However, in rural remote regions, the coverage of mobile networks is not adequate enough, and the cost remains too expensive for low-income groups. Therefore, this paper aims to build a low-cost, mobile P2P based platform to gather, distribute and manage health care information. Various kinds of mobile terminals can be used in this platform and can form a self-organized social network service. Now, this platform has been applied in some remote regions to manage and distribute physical examination information for the pregnant and infant vaccination information, and has achieved good social benef i ts.

medical information system; mobile P2P; medical information; social network service

TP277

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.10.014

1674-1633(2014)10-0046-03

2014-03-03

2014-04-09

美國國家自然科學基金課題（NSF-CNS-1064821）。

本文作者：王曄，第二軍醫大學網絡中心副主任，復旦大學計算機系博士。

王琳，主治醫師，醫學博士。

作者郵箱：wanglininn@163.com