一種遠程社區智慧醫療監護平臺設計與實現

周新淳

(寶雞文理學院 物理與光電技術學院，陜西 寶雞 721016)

一種遠程社區智慧醫療監護平臺設計與實現

周新淳

(寶雞文理學院 物理與光電技術學院，陜西 寶雞 721016)

隨著社會節奏的加快與我國老齡化程度的加深，空巢老人數量迅速增加;空巢老人的身體健康成為各社區醫療服務站與其子女尤為關心的首要問題;提出一種遠程社區智慧醫療監護平臺設計方案，依托互聯網大數據，將空巢老人身體健康指標數據通過無線網絡遠程傳送到社區醫療服務站與其子女手機的終端APP;遠程社區智慧醫療監護平臺由監護端與采集端兩大模塊組成，能保證24小時不間斷守護老人;仿真實驗證明，提出的遠程社區智慧醫療監護平臺設計方案有效可行 。

遠程；智慧醫療；監護平臺；無線網絡

0 引言

近年來，隨著社會發展速度進程加快，城市的生活節奏逐步增快，趨于老齡化的我國出現大批留守空巢老人。老人突發疾病死亡上升率中，留守老人所占比重高達55%。留守老人健康監護成為社區醫療服務站與其子女迫切需要解決的問題。因此，留守老人的健康監護和健康管理顯得尤為重要，決定了醫療模式從醫院治療到社區預防的轉變，將傳統有病就醫治療模式轉變為以社區家庭為中心、預防監護為主的醫療模式[1-2]。然而，我國的社區醫療服務建設還不完善，缺乏對普通留守老人身體健康數據采集與科學管理平臺的支持。

互聯網發達時代，借助無線網絡覆蓋，采用數據傳送點對點的形式，提出一種遠程社區智慧醫療監護的平臺設計方法。平臺由監護端與采集端兩大模塊組成 。監護端由社區醫療服務站計算機應用平臺程序與手機APP組成，能動態實時直觀了解被監護人的身體健康數據，保證突發疾病發生時及時搶救。采集端采用便攜高集成化設計，集成心率采集芯片、血氧采集芯片、雙頻wifi模塊、gps模塊和主控芯片組成，能夠對監護人健康狀況進行實時監測，通過wifi 2.4G與5G高速網絡發送到計算機監控端的應用平臺，便于醫療救護人員分析救助。

1 遠程社區智慧醫療監護平臺設計與實現

1.1 采集端構造與功能

遠程社區智慧醫療監護平臺采集端采用腕帶設計方案，便于高齡老人佩戴。檢測腕帶內側設計有血氧采集探針，采用最新微血檢測技術，對毛孔進行微電壓刺激，出血量極少、無痛感，同時，采用血氧聯動檢測方式，通過心率芯片二次采集生物反射信號，血氧輔助檢測模塊綜合分析對比兩組數據，得出被檢測人血氧含量的均度值，保證結果準確度。探針更換采用一次性微力按壓方式，操作簡單，方便老人使用。探針下方設計有高精度心率采集傳感器，實時采集被檢測人的生物反射信號 。采集端背面設計樣式如圖1所示。

圖1 采集端背面設計樣式

1.1.1 心率采集芯片的工作原理

心率采集芯片采用最新RXV-985C芯片，解決了傳統芯片心率采集單一的問題，運用生物反射原理進行健康數據采集。采集端心率采集芯片工作原理為：

1)通過反射原理，檢測人體紅細胞的含氧量。

2)通過檢測脈搏傳導速率的方法，計算心電檢測和脈搏檢測的時間差，得到血壓信息。

3)通過內外兩側的溫度感應，獲得更加準確的人體溫度值。

4)通過代謝熱整合法，檢測代謝的熱量，血氧飽和度、血流速之后，計算出血糖濃度值。

RXV-985C芯片最大突破是實現了體征數據，得到的無創，對人的干擾小。血壓、血糖、體溫變化值分別對高血壓患者、糖尿病患者、這幾類人群的身體數據檢測有很大幫助。工作原理如2所示。

圖2 心率采集芯片工作原理

傳統心率采集方式是通過單一心率采集傳感器，將被監測人心跳產生的震動信號進行收集，收集信號以低頻電子信號傳送給主控芯片，主控芯片根據振動信號進行心電信號轉換。轉換過程極為復雜，轉換算式如下：

(1)

(2)

(3)

式(3)中，F為心電信號強度，φ為心電信號時間間隔。當F系數值減小，φ系數值不變，可以得出被監護人出現心衰現象；F系數值增大，φ系數值減小，說明被監護人出現心率過速現象；F系數值減小，φ系數值增大，表明被監護人出現心悸、心臟偷停現象。但由于采用振動信號采集方式，容易受外界因素影響，如跑步、跳繩、下樓或劇烈碰撞，導致檢測結果不準確。

設計遠程社區監護平臺采集端的心率采集芯片，很好的解決了外界因素干擾帶來的監測數據不準確的問題。同時，22納米高度集成化工藝，將血糖檢測、血氧輔助檢測模塊集成一體，真正做到一芯三用。RXV-985C芯片采用全新數字傳輸分頻算法，簡化算法，提升數據精準度，減少采用傳統算法轉換造成的能源消耗。數字傳輸分頻算法如下：

(4)

數字傳輸分頻算法將單一信號中帶有的多元信息進行分頻處理，利用分頻使各數據擁有獨立信道頻率，互不干擾，避免信號沖突造成數據丟失問題，大大提升了運行速度，減輕主控芯片工作負擔。減小自身體積，為全新獨立陶瓷溫度芯片節省設計空間。

1.1.2 獨立陶瓷溫度芯片

設計的遠程社區智慧監護平臺采集端體溫采集芯片采用獨立陶瓷溫度芯片設計方法，利用陶瓷成型技術，將溫度獨立芯片封裝在陶瓷腔內。利用陶瓷本身具有的抗電磁干擾與隔熱性，避免外界溫度對芯片的干擾，提升了監測精確度。溫度芯片與陶瓷外腔之間加入了防電磁干擾物質，有效防止低頻信號對溫度芯片的干擾。獨立陶瓷溫度芯片設計結構如圖3所示。

圖3 獨立陶瓷芯片構造圖

遠程社區智慧醫療監護平臺設計對溫度芯片參數做了優化提升，能準確檢測體溫細微變化。濾除外界因素對溫度的的干擾，如周圍溫度、太陽光照輻射等。

1.2 采集數據傳送與定位設計

1.2.1 雙頻增益wifi模塊

為了保證采集數據安全快速的傳送，遠程社區智慧醫療監護平臺中設計了雙頻增益wifi模塊。數據傳輸速度較傳統wifi模塊提升50%以上。支持最新802.11ac Wi-Fi協議，采用2.4 GHz與5 GHz雙頻設計，雙頻并發數據傳輸率最高可達1167 Mbps，滿足數據高速傳輸需求。在wifi天線設計上采用2x2內置陶瓷天線設計，分別負責2.4 GHz與5 GHz的信號傳輸。采用波束成形Beamforming技術[3]，根據終端設備的位置進行智能信號跟隨。獨立設計功率增益放大器，能有效加強信號的強度與穿透力。

1.2.2 GPS定位模塊設計

遠程社區智慧醫療監控平臺采集端加入了GPS定位模塊設計，保證被監護人出現突發狀況時能夠快速準確定位被監護人的所在位置，采取救助措施。與傳統的GPS芯片不同，設計采用增強型STAR2-591J芯片。具有輸出功率大、覆蓋范圍廣、工作能耗小的特點。同時結合A-GPS基站輔助定位，通過周圍2G、3G、4G基站信號覆蓋范圍，輔助鎖定被監護人所在位置。針對GPS繞地軌道衛星距離我國上空最近的11顆衛星坐標范圍數據進行快速檢索，進行信號增強處理，速度比傳統GPS芯片提升42%以上。

增強型STAR2-591J芯片采用動態射頻算法，對定位信號波段頻率實時調整，在波段受外界入侵波動信號干擾狀態下，STAR2-591J芯片自動調整波段頻率(2 100～33 000 Hz)，保證信號暢通，監護端應用平臺接收到的被監護人位置坐標準確。

1.3 監護端應用平臺與APP設計

1.3.1 遠程監護服務器搭建

個人健康數據檢測產品全球范圍內有很多,這些傳統個人健康數據檢測設備只針對健康數據單一指標采集與分析,缺乏數據連帶性整體分析[4]。遠程社區智慧醫療監護平臺以數據指標規范化、指標分析綜合化、檢測結果準確化為設計原則,對上述的監護終端采集的生理參數和指標進行數據綜合分析和數據整合儲存管理等操作,對被監護人進行整體化動態分析。該服務器系統結構如圖4所示,采用 B+/S 網絡結構,在 Visual Studio 2013 環境下使用 C++和ASPN.NET 進行Web服務器的構建,遠程社區智慧醫療監護平臺數據庫管理與維護方案則采用Microsoft SQL Server 2012。

圖4 遠程監護服務器結構

1.3.2 遠程監護平臺軟硬件搭建

本文提出了依托互聯網技術遠程社區智慧醫療監護平臺設計，并利用互聯網數據傳輸技術和生物電子科學技術實現了遠程社區智慧醫療監護平臺初步搭建，如圖5所示。

圖5 遠程社區智慧醫療監護平臺初步搭建

該平臺初步設計了針對戶外移動監護的1款腕帶式遠程健康數據監護采集終端,具有LED冷光顯示功能的腕帶式健康數據監護采集終端,可適用于離線模式,實現心電、心率、血氧等生物感知功能和姿態角度判定,基于Android6.0設計開發的遠程社區智慧醫療監護平臺APP，實現健康指標數據的采集上傳等信息數據交互操作;通過APP個人賬戶注冊[5]，創建私人健康遠程監護空間，iOS9.3的遠程社區智慧醫療監護系統APP界面,可利用iPhone與腕帶檢測采集終端通過無線wifi進行連接，實現單導聯/多導聯心電、心率、血氧等健康數據采集。

設計的遠程社區智慧醫療監護平臺移動監護終端界面,其利用安裝有windows10系統的移動終端實時檢測被監護人心電數據、呼吸頻率、血壓數據、體溫數據、血氧數據、脈搏數據等健康數據指標,還可根據被監護人身體健康狀況對監護控制參數進行動態調整。監護管理系統還集成了被監護人個人信息、用藥詳情、健康百科等功能,實現遠程社區智慧醫療監護平臺的健康指導功能。

該平臺還設計實現了包括接收發送健康數據量統計、健康數據指標綜合分析、患者留言等功能在內的遠程社區智慧醫療監護平臺管理服務器。該服務器數據庫采用最新Microsoft SQL Server 2012，針對健康數據采集整理進行架構優化，Web頁面采用html5最新編碼方式分別對社區醫療服務站服務人員和用戶提供相關的主頁檢索導航服務，設置百醫連線功能，通過遠程社區智慧醫療監護平臺，可對社區周邊醫院和中心醫院遠程視頻連線，進行視頻專家會診操作，及時有效對患者進行救治。

2 實驗與結論

對設計的遠程社區智慧醫療監護平臺進行仿真實驗測試，仿真實驗設置1家社區醫療服務站進行遠程社區智慧醫療監護平臺安裝，5名測試人員將傳統健康采集穿戴設備與遠程社區智慧醫療監護平臺腕帶式采集終端同佩戴，測試時間為一周。測試采集5名患者1周的心率、血壓生理健康指標，與傳統健康采集設備采集數據進行對比，證實設計的有效性與可行性，具體測試參數如表1和表2所示。

表1 心率測試參數

表1 心率測試參數

上述表2、表3數據，經過醫院專業醫療檢測設備監測數據對比，遠程社區智慧醫療監護平臺采集終端采集健康數據值與專業醫療檢測設備檢測數值相符率達99.5%，并且設計采集終端還具備傳統健康采集終端不具備的血氧、體溫等數據采集功能。對采集終端數據傳送信號做了對比，對比曲線如圖6所示。

圖6 采集終端數據傳送信號強度曲線

圖6中可以看出，遠程社區智慧醫療監護平臺采集端設計采用雙頻增益wifi模塊，信號強度高于傳統健康采集終端信號強度。傳統健康采集終端信號出現斷層現象，設計終端信號穩定，滿足遠程社區智慧醫療監護平臺數據交互要求。

3 結束語

針對我國老齡化程度加深與留守老人增加等現狀，結合互聯網數據傳輸技術與生物電子終端開發，提出遠程社區智慧醫療監護平臺設計方案，建立了完整的遠程社區智慧醫療監護平臺初步搭建，同時設計開發遠程腕帶式健康數據采集終端和相關配套APP，構建了具有豐富數據資源的數據服務器。遠程社區智慧醫療監護平臺設計初步實現為社區醫療服務、科技完善提供技術支撐，遠程社區智慧醫療監護平臺設計與實現未來發展前景廣闊。

[1] 衛 兵,張 磊,李 斌,等.基于物聯網的新型遠程醫療監護系統的設計與研究[J].宿州學院學報,2014,29(6):74-77.

[2] 李勝旭.基于物聯網的遠程慢病監護數據網絡設計[J].軟件工程師,2015，12(2):14-16.

[3] 王中生,黃動力,陳國紹,等.基于ZigBee的遠程醫療監護系統研究與實現[J].現代電子技術,2014,10(2):98-99.

[4] 任慧朋,郭建斌,潘大釗.利用數據挖掘技術實現LIS數據共享的開發實踐[J].電子設計工程,2014，2(18):14-16.

[5] 王 峰,宣伯凱,楊 鵬.基于Android的家庭移動醫療監護系統的設計[J].計算機測量與控制,2015,23(5):1586-1588.

A Remote Medical Monitoring Platform Design and Implementation of Community Wisdom

Zhou Xinchun

(Institute of Physics & Optoelectronics Technology, Baoji University of Arts and Sciences，Baoji 721016, China)

With the speeding up of the social rhythm and the degree of aging in our country, empty-nesters has increased rapidly.Empty nest elderly health become the primary problem the community health service stations and their children are particularly concerned about.In this paper, a remote community wisdom medical ward design platform, relying on Internet big data, the empty nest elderly health indicators data remote transmission through wireless network to the terminals of the community health service station with their children mobile phone APP.Remote medical care community wisdom platform by monitoring terminal with the acquisition of two modules, can guarantee 24-hour guard the old man.The simulation experiments show that the proposed remote community medical monitoring platform designis practical wisdom.

remote; medical wisdom; monitoring platform; wireless network

2016-08-30；

2016-09-22。

寶雞市科技局項目(16RKX1-16)。

周新淳(1983-)，男，陜西寶雞人，碩士研究生，講師，主要從事通信技術、單片機及嵌入式系統方向的研究。

1671-4598(2017)02-0146-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.02.040

TP393.1

A