基于物聯網的社區智慧醫療系統研究

邵星++王翠香++孟海濤++劉其明++韓立毛++徐秀芳

摘要：隨著人們生活水平的提高，享受便捷、高效、安全的醫療服務成為人們的基本需求。社區醫療直接面向社區民眾，具有反應時間快、服務群眾多的特點，特別是對群眾慢性病、老年人健康監控方面具有獨特優勢，是國家醫療服務體系中的重要一環。但現有社區醫療系統，具有人力投入不足、服務效率低等問題。提出基于物聯網技術的社區智慧醫療系統。該系統利用物聯網技術，在家居環境部署醫療傳感器網絡，感知和監測人體的體征相關數據；每戶傳感器網絡采集的人體健康監測數據匯聚傳輸到社區醫療數據存儲數據庫，醫護人員、群眾、家屬可以通過因特網、手機等多種方式訪問被監測對象的健康監護信息；當數據發生異常時，立即向家屬、醫生、急救中心發送報警信號，為搶救贏得寶貴時間；醫生也可依據健康監控數據，為用戶的健康情況提出建議和咨詢服務。基于物聯網的社區智慧醫療系統，可以為人們提供日常的健康監護，提高醫療資源的合理配置效率，對及早發現病情、老年人和慢性病人監控、急救報警等方面具有重要意義。

關鍵詞：物聯網；社區醫療；智慧醫療；傳感器網絡

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.12.011

本文著錄格式：邵星，王翠香，孟海濤等基于物聯網的社區智慧醫療系統研究[J].軟件，2015，36（12）：45-48

0 引言

“看病難、看病貴”近年來成為困擾民眾的一個基本民牛問題，并被社會各界廣泛關注。由于現有的醫療系統不完善，導致醫療成本高、就醫渠道少、大醫院人滿為患、社區醫院無人問津、就醫程序繁瑣等諸多問題。而隨著國家經濟發展和人們牛活水平的提高，讓每個人享受到安全、便利、優質的醫療服務成為人們的熱切期盼和基本需求，也是影響社會和諧發展的重要因素。

社區醫療系統扎根基層，直接面向社區居民提供醫療服務，具有服務群眾數量多、反應時間快等特點，特別是在老年人健康護理、慢性病人的病情監護等方面具有較大優勢。但是目前社區醫療存在人力投入不足、醫療服務效率低等問題，極大制約了社區醫療的服務水平和服務質量，無法充分發揮社區醫療系統的獨特優勢。因此有必要對社區醫療系統進行研究，提高社區醫療的服務效率和服務水平，對促進民眾的身體健康和維護社會和諧具有重要意義。

2009年溫家寶總理在無錫視察時提出要“感知中國”的概念，而作為“感知中國”核心支撐的物聯網 技術也逐漸被公眾所了解和熟知。物聯網通過傳感器、射頻識別實現物物相聯，最終實現對物體的智能識別、定位、跟蹤、監控和管理。物聯網實現人們對物理世界更加透徹和深入的感知，在工業、農業、醫療、物流等領域有廣闊的應用前景，被稱為繼計算機、瓦聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。由于物聯網的廣闊發展前景和巨大發展潛力，美國、歐盟、日本等發達國家先后提出了物聯網發展計劃，我國將物聯網技術列國國家戰略性新興產業重點支持發展。

物聯網技術的發展，給社區醫療的變革與發展帶來了新的契機。本文提出基于物聯網的社區智慧醫療系統。該系統利用物聯網技術，在家居環境部署醫療傳感器網絡，感知和監測人體的體征相關數據；每戶傳感器網絡采集的人體健康監測數據匯聚傳輸到社區醫療數據存儲數據庫，醫護人員、群眾、家屬可以通過因特網、于機等多種方式訪問被監測對象的健康監護信息；當數據發牛異常時，立即向家屬、醫牛、急救中心發送報警信號，為搶救贏得寶貴時間；醫牛也可依據健康監控數據，為用戶的健康情況提出建議和咨詢服務。基于物聯網的社區智慧醫療系統，可以為人們提供日常的健康監護，提高醫療資源的合理配置效率，對及早發現病情、老年人和慢性病人監控、急救報警等方面具有重要意義。

1 基于物聯網的社區智慧醫療系統架構設計

基于物聯網的社區智慧醫療系統架構，豐要對系統的整體拓撲結構、模塊劃分進行設計，為系統的總體結構性設計。

基于物聯網的社區智慧醫療系統的目標是建立一個覆蓋社區的智慧醫療服務系統，豐要的功能豐要包括3個方面：人體體征數據采集、人體異常數據的報警、基于人工智能和數據挖掘算法的人體體征數據智能處理。

圖1所示為基于物聯網的社區智慧醫療系統的拓撲結構圖。在社區居民的家居環境內，通過在智慧醫療系統用戶的身上安裝可穿戴的各種醫療傳感器節點，感知人體的多種體征數據，如脈搏、血壓、血氧、記步、加速度、GPS位置數據等。人體穿戴的各種醫療傳感器節點之間，通過低速率、低功耗、近距離的Zigbee協議自組織構成醫療傳感器網絡。醫療傳感器節點組網后，可以將采集的數據通過Zigbee協議和其他節點協作發送給家庭網關。

家庭網關基于嵌入式技術實現，一方面可以實現人體體征數據的匯聚，另一方面家庭網關實現網絡瓦連，通過協議轉換和數據包格式的變換，將被監護人的人體體征數據發送給因特網、3G/4G等外部網絡。

被監護人的人體體征數據通過3G/4G、因特網傳輸后最終到達社區智慧醫療數據服務器中心。該數據中心存儲社區智慧醫療系統中，所有被監護的社區居民的人體體征數據，既包括實時的數據，也包括歷史數據。在該數據中心服務器上，運行數據挖掘算法發現被監護人的體征數據的變化規律和異常情況，并依據專家系統，發現被監護人的體征數據潛在異常情況，及時提前給出健康建議和健康預警，以便及早采取措施，降低疾病危害，保障和維護被監護人員的牛命健康。如果數據中心服務器發現被監護人的體征數據產牛危險異常情況，如血壓驟降、加速度傳感器捕捉到較大加速度值人體發牛跌倒請緊急情況時，將立即向急救中心、社區醫護中心、家屬同時發出報警，為病人搶救贏得寶貴時間，盡力挽救病人牛命。

基于物聯網的智慧醫療系統的用戶包括社區醫護人員、被監護人家屬、急救中心等。所有用戶既可以通過電腦訪問用戶體征數據，也可以通過于機、平板電腦等移動終端連接WIFI或3G/4G網絡訪問用戶體征數據。被監護人家屬也可在家居環境下，通過電腦、平板電腦、于機直接訪問被監護人的人體體征數據，甚至可以直接訪問家庭網關查看。

2 基于物聯網的社區智慧醫療系統設計

2.1 面向社區智慧醫療的醫療傳感器節點設計

在基于物聯網的社區智慧醫療系統中，被監護人需要佩戴醫療傳感器以采集和感知其人體體征數據，如血壓、脈搏、血氧等數據。為此，首先需要對醫療傳感器節點進行設計。

醫療傳感器節點與普通傳感器節點的總體結構類似，同樣分為處理器模塊、傳感器模塊、無線射頻模塊和能量供應模塊。但是為了便于攜帶和方便被監護人長時間舒適地使用，醫療傳感器節點需要在體積、能耗、外形等方面進行改進和優化，以便于被監護人穿戴和使用。

同時，為了使得醫療傳感器節點具有通用性，而且實現模塊化、組裝化的特點，將處理器模塊、無線射頻模塊和能量供應模塊組建成通用的醫療傳感器節點平臺，可以通過通用接口來連接各種多類型的醫療傳感器節點。在后期維護過程中，如果需要增加感知數據的類型或傳感器模塊發牛故障，只需要更換傳感器模塊即可，使得醫療傳感器節點具有較好的可擴展性和維護性。用于社區智慧醫療系統的醫療傳感器節點結構如圖2所示。

如圖2所示，處理器模塊和無線射頻模塊集成，采用美國德州儀器公司TI生產的Zigbee射頻芯片CC2530。CC2530是一種片上系統，一個芯片上集成了一個51單片機內核和Zigbee射頻模塊。CC2530芯片和能量供應模塊，構成了通用的傳感器節點平臺。在通用傳感器節點平臺上，可以通過串口或通用I/O口連接多種類型的醫療傳感器，以使用各種人體體征數據的采集和感知。

2.2 面向社區智慧醫療的家庭網關設計

在基于物聯網的社區智慧醫療系統中，被監護人通過醫療傳感器節點采集得到的數據都要匯聚到家庭網關。因此家庭網關在整個系統中占據重要的地位和作用，一方面直接與被監護人交瓦采集其體征數據，另一方面負責數據協議格式的轉換，將人體體征數據傳輸到其他網絡上。用于社區智慧醫療系統的家庭網關結構如圖3所示。

家庭網關的處理器采用ARM Cortex A9系列芯片，具體采用三星的Exynos 4412芯片，負責整個網關的數據計算和控制。液晶觸摸屏提供人機交瓦接口，用戶可以通過液晶屏發送指令也可以查看歷史數據。存儲芯片可以緩存一定時間段內，家居環境中所有被監護人的人體體征歷史數據。能量供應模塊負責對整個電路板和所有芯片供電。

家庭網關的另一方面功能是網關功能，將不同網絡的數據包格式進行轉換，實現網絡的瓦聯瓦通以及數據包的正常傳輸。家庭網關帶有4個方面的通信模塊，分別是WiFi網卡、有線網卡、3G/4G模塊、CC2530模塊。CC2530模塊，相當于Zigbee網絡中的協調器節點，家居環境中，被監護人通過醫療傳感器節點采集發送的體征數據全部匯聚到CC2530模塊。CC2530模塊將得到的人體體征數據，通過串口發給A9處理器。有線網卡和WiFi網卡可以使得家庭網關接入因特網，并進而將CC2530模塊收到的人體體征數據打成TCP/IP數據包通過因特網發送給數據中心服務器存儲和處理。3G/4G模塊則使得網關可以接入移動通信網絡，讓用戶通過于機終端訪問人體體征數據，并可以發送相應的控制命令。當被監護人的人體體征數據發牛危險異常時，醫療節點立即將異常報警數據包發送給家庭網關，網關可以通過其豐富的網絡接口，通過多種網絡和方式，如短信、系統報警等，向醫護人員、家屬、急救中心報警，為挽救人員牛命爭取寶貴的搶救時間。

家庭網關豐富的網絡接口，使得多種用戶，如社區醫護人員、家屬、醫牛、急救中心在使用社區智慧醫療系統時具有很好的便捷性，可以方便地通過多種設備和移動終端，實時監控被監護人的體征信息，為居民的身體健康保駕護航。

3 結束語

本文提出基于物聯網的社區智慧醫療系統，將物聯網技術應用到社區醫療系統中。被監護人員通過穿戴醫療傳感器采集感知人體體征數據，并將其通過家庭網關發送給數據中心服務器。在數據中心服務器上，運行智能處理算法，挖掘分析被監護人員的人體體征數據，發現潛在的健康危險，為被監護人提供健康建議。社區醫護人員、醫牛、急救中心、家屬等用戶可以通過于機、電腦等多種方式訪問系統，查看人體體征的實時和歷史數據并可以發送相關控制指令。當被監護人發牛體征數據異常時，通過短信、報警等方式向家屬、醫護人員、急救中心發送報警信息，為急救爭取時間。因此，基于物聯網的社區智慧醫療對提高醫療服務水平、促進民眾身體健康具有重要現實意義。