慢性病防治“u化”與基于云計算的移動社區健康管理服務平臺研究

劉芷含

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·中國全科醫療/社區衛生服務工作研究·

慢性病防治“u化”與基于云計算的移動社區健康管理服務平臺研究

劉芷含

隨著云計算、高速移動互聯網及物聯網等技術的不斷成熟，醫療衛生領域實現“泛在衛生保健”(Ubiquitous Healthcare)既是大勢所趨，也具備現實可能。本研究依據社區健康管理理論和面向服務的體系架構，提出了一個基于云計算的慢性病移動社區健康信息采集和大數據分析管理服務平臺的設計方案和實現方法。通過該平臺，社區居民可享有方便快捷的自我健康管理服務，社區衛生服務者可以精準地向慢性病患者或潛在高危個體提供及時高效的服務，以期為泛在衛生保健和慢性病防治的“u化”研究提供理論依據。

泛在衛生保健；慢性病；健康管理；云計算

劉芷含.慢性病防治“u化”與基于云計算的移動社區健康管理服務平臺研究[J].中國全科醫學，2016，19(31)：3790-3794.[www.chinagp.net]

LIU Z H. The“Ubiquitousness” of chronic disease prevention and control and a mobile service platform for community health management based on cloud computing[J].Chinese General Practice，2016，19(31)：3790-3794.

社區衛生服務是以人的健康為中心，合理使用衛生資源和適宜技術，融預防、醫療、保健、康復、健康教育等為一體的，有效的、經濟的、方便的、綜合的、連續的基層衛生服務。因其符合慢性病管理的需要，被世界衛生組織認定為慢性病防控的有效舉措[1]。自1997年做出改革城市衛生服務體系和發展社區衛生服務的決策以來，我國社區衛生服務體系得到了較快發展，但居民健康和罹患慢性病的狀況并沒有得到很好的改善，醫療費用也在不斷上漲[2]。1998—2013年，我國城市、農村居民慢性病患病率分別增長了9.34%、17.63%；而城市、農村居民的人均衛生費用分別從1998年的625.9、194.6元激增至2013年的3 234.1、1 274.4元[3-4]。2013年第五次國家衛生服務調查的結果顯示，全國15歲及以上人口的慢性病患病率為33.1%，由此推算全國有慢性病病例數達3.7億[5]，導致的疾病負擔約占總疾病負擔的70%[6]。有研究認為，我國社區衛生服務對居民健康貢獻不理想的原因，除與居民的健康觀念、生活方式、就醫選擇定勢等服務對象因素和政府投入、衛生資源配置等宏觀政策因素有直接關系外，社區衛生服務方式傳統、與大醫院服務內容同質化、不能適應慢性病患者需求等自身因素也是值得考量的重要方面[2，7]。為進一步發揮社區衛生服務在慢性病防治中的作用，健康管理已普遍納入社區衛生服務范圍，但目前大量研究尚停留在對慢性病社區健康管理模式的理論探索或經驗總結層面，針對社區健康管理在國家醫療衛生信息化建設新形勢下的發展及其技術實現路徑的探討仍比較缺乏。事實上，要建立起針對日益龐大的慢性病人群的一體化綜合防治體系，僅依靠傳統的醫療信息管理方式是很難實現的。社區衛生服務的未來發展將不僅體現在基本功能的提升方面，其更多的功能將被發揮出來，如“互聯網+”社區衛生服務、信息化網絡建設等多項工作方向均已提上日程[8]。隨著3G/4G技術、云計算技術的發展，手機功能日趨多元化，可穿戴設備的種類和功能也隨著傳感器技術的日益進步和高性能低功耗處理芯片的推出而逐步豐富，這些都為慢性病健康管理領域實現信息的高速互聯互通奠定了基礎。因此，在社區衛生服務和慢性病防治領域實現無處不在的“智慧醫療”，既符合現實迫切需要，也已具備技術可行性。本研究探討了泛在衛生保健理念的緣起、內涵及其在慢性病管理領域的應用意義和現狀，并提出一個基于云計算的慢性病移動社區健康管理服務平臺的具體實現方案，為推動我國慢性病防治的“u化”提供理論參考和決策依據。

1 泛在衛生保健的緣起及其在慢性病管理中的應用意義與現狀

德國學者Stefan Kirn于2002年正式提出“泛在衛生保健”(Ubiquitous Healthcare/U-Healthcare/u-health，直譯為“無處不在的衛生保健”，亦有學者譯為“U化衛生保健”“普適醫療”“普適健康看護”)理念[9-15]，是指一種使得個體消費者可通過移動運算設備(隨時隨地)獲取任何類型健康服務的信息系統配置。該理念實際上起源于信息科學技術領域的“泛在計算”(Ubiquitous Computing/Pervasive Computing，亦稱“普適計算”“U計算”)概念。后者由美國施樂實驗室的首席技術官Mark Weiser于1991年在載于《科學美國人》(Scientific American)的《面向21世紀的計算機》(The Computer for the 21st Century)一文中首次提出[16]。“泛在”(Ubiquitous)源自拉丁語，意為“普遍存在、無所不在”(existing everywhere)。泛在計算是一種超越傳統桌面計算的全新計算模式，旨在實現信息空間與物理空間的融合，使人們在這個融合的空間中可以隨時隨地、透明地獲得數字化的服務。智能是泛在計算的關鍵，同時其區別于傳統計算環境的一個重要特點是對移動的支持。在泛在計算時代，用戶可以通過手持設備、可穿戴設備或其他常規、非常規計算設備無障礙地使用計算能力和信息資源。日本野村綜研所將泛在計算模式應用到網絡服務中，提出“泛在網絡”(Ubiquitous Network)，是指一種由智能網絡、最先進的計算技術及其他領先的數字技術基礎設施武裝而成的技術社會形態[17-19]。

泛在網絡的構建是通向未來智能化信息社會的必經之路。2010年，時任中科院計算機所所長的李國杰院士指出，今后幾十年我國發展信息科學技術的總體戰略目標和任務是構建“普惠泛在的信息網絡體系”，簡稱U-INS體系(Universal，User-oriented，Ubiquitous Information Network Systems)。U有3種含義：一是Universal，全民普及、惠及全民；二是User-oriented和User-centric，面向用戶和以用戶為中心；三是Ubiquitous，網絡通信和服務無處不在[20]。日本與韓國率先于2004年分別制訂了各自國家信息化戰略“u-Japan”“u-Korea”，美國也于2008年宣布實施“智慧地球”(Smarter Planet)戰略[21]。建設“u社會”，對我國而言既是全新命題，更是迫切的現實任務。

泛在網絡自誕生之日起，便因其強烈的人本主義色彩而注定將在與人類健康和福祉密切相關的醫療衛生領域特別是健康管理領域大有作為。正如2013年在日本東京召開的第10屆國際泛在衛生保健大會所提出的：“人類未來的福利提高需要當前的衛生保健系統做出改變。目前對衛生保健的關注點正在從‘疾病康復’轉向‘保持健康和提高生命質量’。為了維持日常健康水平，需要特別的方法和技術將其應用到日常生活中去”[10]。西方國家已建立了比較完備的泛在衛生保健系統(見圖1)。隨著物聯網和云計算的發展，我國臺灣地區的醫療產業在短短十年間也已實現從“e化”(electronized)到“m化”(mobilized)最終到“u化”的轉變[11-12]。相較之下，由于泛在計算和泛在網絡研究在我國大陸地區興起較晚，目前與泛在衛生保健有關的前期工作不多，特別是慢性病健康管理視野中的相關研究和應用還十分缺乏[13]，不利于國家慢性病綜合防控策略的真正落實。

2 基于云計算的慢性病移動社區健康管理服務平臺系統功能需求

慢性病健康管理包含健康信息采集、健康數據存儲、健康風險評估、慢性病監測、健康干預等內涵，這些任務為慢性病移動社區健康管理服務平臺的系統功能單元劃分提供了天然基礎。值得注意的是，本研究采用楊金俠等[23]的理論，認為社區慢性病防控的受體不能僅限于患病人群，從社區健康管理的角度看，也應該包括社區內的健康人群和高危人群。因此該平臺的應用系統可分為社區衛生服務中心、社區居民(而不僅僅是慢性病患者)兩個子系統。系統主要目標為：通過健康數據的實時獲取引導慢性病防治的“關口”前移以幫助“控費”，通過健康數據的深度挖掘利用落實系統、協同、一體化的慢性病綜合防控策略。具體思路和步驟包括：采集和管理用于健康及疾病危險因素評價、跟蹤和健康行為指導的個人健康信息并進行評價，動態監測社區居民的健康狀況；依據評價結果進行社區居民健康干預，同時動態追蹤、評價干預的效果(見圖2)。

圖1 泛在衛生保健系統的典型架構[22]Figure 1 Typical framework of u-health system

圖2 基于云計算的慢性病移動社區健康管理服務平臺系統功能需求Figure 2 Systemic function requirements of the mobile service platform for community health management of chronic disease based on cloud computing

2.1 健康信息采集 本模塊的功能是通過醫療物聯網與移動互聯網等技術，將社區居民用戶的血壓、血糖、血氧飽和度、心率、體溫、睡眠情況、人體成分分析等生理指標通過安裝了遠程終端的智能可穿戴設備或其他測試設備(例如計步器、骨密度測量儀、營養儀等)采集出來，并通過個人智能手機的App將信息實時傳輸至云端的數據中心。

2.2 健康數據存儲 本模塊為健康管理功能模塊的核心，其主要目標為搭建一個基于云存儲“數據倉庫”的健康數據中心，對采集上來的元數據進行加工和存儲。針對海量數據中的結構化數據(如Oracle、MySQL等數據庫數據)，開發智能化檢索系統，以準確便捷地調用所需的各類健康數據；對于非結構化數據(如XML、Word和PDF文檔、影像、音視頻等)進行去偽、剔重、過濾，并以友好的圖表形式呈現給用戶。在程序開發過程中需注重兩類數據庫的建設：一是慢性病病種數據庫，按慢性病病種抽取病例數據，將同質指標的結果按時間順序排列或連接起來，形成慢性病相關的臨床指標和危險因素的曲線(這些曲線既可以反映慢性病及相關因素的變化狀態，也可以反映臨床和行為因素干預的效果、效益和效用)，以便于后期對現行慢性病疾病流行狀況、診療及干預效果進行分析[24]，此外還可與SAS、SPSS等主流統計軟件進行連接，發揮數據的科研價值。二是慢性病治療方案數據庫，對慢性病相關治療方案進行收錄和索引，供用戶查閱參考。

2.3 健康風險評估 該模塊主要任務是：利用采集的居民健康大數據，結合全基因組測序(Whole-genome Sequencing)技術，明確個體的患病風險[25]；設計疾病風險評估算法，建立風險評估模型，計算個體患病的相對風險并即時為用戶生成風險評估報告。該模塊既有助于個人自我健康管理的實現，也有助于緩解目前社區醫護人員數量不足的狀況。

2.4 慢性病監測與預警 該模塊需要實現兩方面功能：一是通過對不同人群生理參數的長期監測，評估和遴選慢性病相關危險因素，運用數據挖掘技術進行比對關聯分析，制作健康監測評估圖譜和知識庫[26]，掌握慢性病流行規律及特點[27]，可為制定特定人群的綜合防治措施提供循證醫學依據，還可預測未來某段時間某社區的慢性病發作情況等。二是通過對居民客戶端設置相應的預警閥值，實現系統同時自動向居民和對應的社區醫務人員(例如簽約家庭醫生等)發出預警信息，以便采取緊急措施，提高社區慢性病防控效能。

2.5 健康干預及效果評價 該模塊可協助社區醫務人員開展健康干預，包括對患病人群進行針對性疾病或疾病危險因素的管理以及對健康和高危人群進行生活方式指導、心理指導[23]，并進行干預效果評價。社區醫生可以通過對服務對象風險評估報告進行分析后將醫囑或指導性意見發送至居民客戶端，居民可以通過互聯網與社區醫生進行實時的視頻交流。

3 基于云計算的慢性病移動社區健康管理服務平臺的實現方法

3.1 技術路線 系統采用MySQL數據庫實現數據存儲，采用Java語言實現后臺管理功能，以及基于Android平臺和IOS平臺的App的開發。考慮社區健康管理服務平臺應用的復雜性，設計平臺時采用基于面向服務的架構(Service-oriented Architecture，SOA)，提供服務的定義、開發、部署及運行等功能，各層之間通過松散耦合實現邏輯復用，通過服務方式實現同層之間模塊的松耦合，使得平臺具備良好的擴展能力。

3.2 總體架構 慢性病移動社區健康管理服務平臺功能的技術實現，涉及各種采集數據的傳感器、傳遞數據的網絡、存儲數據的數據庫、處理數據的云計算服務、加工與利用數據的各種應用以及與用戶的交互等諸多復雜因素。為了提高程序的健壯性，并使平臺設計更合理，本研究采用五層架構實現，每一層有明確的分工(見圖3)。(1)感知層：實現對居民健康數據的感知識別、數據采集處理和自動控制，并通過通信模塊將采集設備連接到網絡層和應用層。(2)網絡層：主要實現信息的傳遞(采集數據的上傳以及應用層信息的下達)、路由和控制，包括核心網和接入網，網絡層依托公眾電信網和互聯網。(3)支撐服務層：主要實現信息和業務的處理，建立一個基本的社區健康管理支撐服務平臺。具體包括：面向服務的架構平臺、海量數據集成服務平臺、云計算能力服務平臺、通信能力服務平臺、物聯能力服務平臺(數據采集與傳輸)。(4)應用層：實現社區健康管理的各種應用、統計分析、慢性病監測、慢性病預防與控制等。(5)交互層：系統向用戶提供多種交互終端(如PC端、手機端App等)，實現人與系統之間信息和指令的交互，還將應用層的功能提供給社區居民和社區衛生服務者，讓他們通過交互終端方便地使用這些功能。

在系統的實現過程中，還要考慮系統的安全性以及標準化問題，因而在總體架構中增加兩個體系。一是安全保障體系，遵循國家現有的相關法規、信息安全建設的行業標準以及目前先進的技術體系，對系統的整體安全性進行規劃與實施。二是標準規范體系，包括架構標準、應用需求標準、通信協議、標識標準、安全標準、應用標準、數據標準、信息處理標準，每類標準還可能會涉及技術標準、協議標準、接口標準、設備標準、測試標準、互通標準等方面。

3.3 公共服務模塊 在系統實現過程中需要大量應用到云計算、海量數據、物聯、通信等公共服務，因此特統一設計4個公共服務模塊。(1)云計算能力服務：考慮泛在衛生保健的數據存儲、數據運算都比目前的互聯網高幾個數量級，因此設計該平臺需要考慮在傳統的IT系統的基礎之上，融合進云計算的方案，以增強平臺的計算能力、擴展能力。利用云計算解決各社區信息中心大量閑置的計算和存儲能力的問題，為適應業務量的彈

圖3 基于云計算的慢性病移動社區健康管理服務平臺總體架構Figure 3 Overall architecture of the mobile service platform for community health management of chronic disease based on cloud computing

性增長、降低應用部署成本提供重要的技術手段。(2)海量數據集成服務：針對社區健康管理服務平臺分布式網絡環境中的海量結構化數據和非結構化數據的特點，平臺提供基于SOA的海量數據集成服務，包括統一數據模型與管理、異構數據采集與整合、海量數據組織與存貯、海量數據共享和發布、海量數據分析和挖掘等，為物聯網的海量數據處理奠定基礎。(3)物聯能力服務：通過標準化協議和多種適配器接入多種多樣的物聯網終端和應用，同時還提供物聯網終端的數據采集與傳輸等服務能力。在此基礎上，實現機器到機器、機器到人、人到機器的互動與協作，實現物聯網應用的融合。(4)通信能力服務：平臺會用到大量的通信能力，比如短信、微信、定位、呼叫中心等，也可能用到第三方的服務和資源。

4 小結

正如時任美國國立衛生研究院行為醫學與社會科學研究主管副院長Robert M.Kaplan博士所言，在實驗室里收集的健康相關信息不一定能夠代表人們每天的健康狀況。70多年以來，學術界一直呼喚一種可以對人們日常情境中的體驗采樣的方法[28]。泛在衛生保健不僅提供了這種方法，更指明了醫療信息化建設的發展方向。本研究針對社區健康管理的關鍵需求與典型應用，在綜合研究云計算、物聯網智能傳感與感知技術、大數據采集、存儲與處理技術、計算機決策支持技術的基礎上，給出了一個基于云計算的慢性病移動社區健康管理服務平臺的設計方案和實現方法。該平臺可用于城市社區居民健康數據的采集、監管、預測，有助于提高社區醫療服務和居民健康的水平。通過本文提出的社區健康管理服務平臺，可幫助社區居民實現人本主義的自我健康管理，為社區衛生服務中心提供“u化”的慢性病綜合防治服務，加速推進慢性病管理領域的衛生供給側結構性改革。鑒于國際信息技術發展的日新月異，如何盡快付諸實踐、并在運行中依據我國醫療衛生體制改革進程對系統及時進行調適和改進，應是下一步研究和工作的方向。

作者貢獻：劉芷含負責本文的撰寫、修改。

本文無利益沖突。

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(本文編輯：閆行敏)

The "Ubiquitousness" of Chronic Disease Prevention and Control and A Mobile Service Platform for Community Health Management Based on Cloud Computing

LIUZhi-han.

SchoolofPublicAdministration,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China

With the gradual maturing of technologies such as cloud computing,high-speed mobile Internet and Internet of Things,to realize the "Ubiquitous Healthcare" in the health field is not only an irresistible trend,but also a realistic possibility.According to the community health management theory and service-oriented system structure,the study proposed the designing scheme and implementation method of a management service platform for health information collection and big data analysis of mobile community of chronic disease based on cloud computing.With this platform,community residents can enjoy the convenient and quick self-management service of health,and community healthcare staff can provide timely and efficient service to the chronic disease patient or those potentially high-risk individuals precisely.The paper hopes to provide theoretical references for researches of ubiquitous healthcare and “be ubiquitous” of chronic disease prevention and control.

Ubiquitous healthcare;Chronic diseases;Health management;Cloud computing

國家自然科學基金青年項目(71603289)；中國博士后科學基金一等資助項目(2016M590759)；湖南省哲學社會科學基金項目(15JD61)；湖南省教育廳高校創新平臺開放基金項目(15K135)

410083湖南省長沙市，中南大學公共管理學院

R 197

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2016.31.006

2016-06-04；

2016-09-26)