基于“互聯網+”的生理參數遠程采集管理系統

馬迪 陳萬忠 吳佳寶 蔣貴虎

摘 要：為了解決因醫護人員短缺而不能對患者進行實時監護的問題，文中介紹了一種基于“互聯網+”的生理參數遠程采集管理系統。系統由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分采用STC12、血壓計模塊、藍牙模塊采集生理參數，選用網絡攝像頭對患者進行實時監控;軟件部分分為安卓手機端和服務器端，安卓手機端在Android Studio平臺采用Java語言編寫，服務器端在Visual Studio平臺采用C#語言編寫。經袖帶式血壓計采集到的數據通過藍牙傳輸到安卓手機APP，在局域網下通過Socket與服務器端通信。實際運行效果表明，該系統能夠對患者進行實時監護并完成生理信息的遠程采集和管理。

關鍵詞：互聯網+;生理參數;遠程采集管理系統;Socket通信;數據采集;Java

中圖分類號：TP39;TN919文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）08-000-03

0 引 言

近年來，人們越來越重視健康問題，隨著互聯網與傳統行業的深度結合，“互聯網+”備受關注，將傳統醫療和互聯網進行有機結合是未來醫療的重要發展方向[1]。醫院的工作人員每天對患者進行查房時都會對其血壓、心率等生理參數進行測量并記錄，過程繁瑣，且單次記錄無法形成一個長期的走勢折線圖，不僅不便于醫生對患者的身體狀況進行分析，而且對歷史數據的查找也存在較大困難。

目前現有的健康管理系統雖然已經取得了一定的進展，但仍存在一些弊端：

（1）系統操作復雜，需要對管理系統的使用人員進行專業培訓，學習相關設備的使用方法;

（2）管理系統的硬件設備體積龐大，不便于移動;

（3）不能夠及時將患者的信息傳達給醫生，實時性較差。

與現有的健康管理系統相比，基于“互聯網+”的生理參數遠程采集管理系統所涉及的服務器端人機交互界面和患者手機軟件操作步驟簡單，所需設備組成較少且成本低，可以實現對病患生理參數數據的遠程采集和存儲功能，對病患進行全天候的實時監測。所開發的管理系統不僅降低了醫療數據手動輸入的差錯率，減輕了醫護人員的工作量，而且醫生也可以通過觀察由患者近期數據繪制的折線圖為患者提供更加有針對性的治療方案[2]。

1 系統組成

基于“互聯網+健康”的生理參數遠程采集管理系統包括6個袖帶式血壓計、6個內嵌有健康監測軟件的安卓手機、6個網絡攝像頭、1個路由器、1個POE交換機和服務器端人機交互界面。通過路由器搭建局域網，護士站電腦與安卓手機間的數據傳輸在局域網下進行，網絡攝像頭通過POE交換機實現供電和數據傳輸，安卓手機與袖帶式血壓計通過藍牙通信。系統總體框圖如圖1所示。

2 系統的工作原理

2.1 基于TCP/IP協議的網絡通信原理

TCP/IP協議是一種網絡通信協議，可靠性較高。通過TCP/IP協議進行Socket通信需要先在通信兩端各建立一個Socket，其中一端作為服務器端進行監聽，另一端作為客戶端對服務器端優先發出連接請求，連接成功后便可在虛擬鏈路中完成數據傳輸[3]。IP協議的作用是進行數據傳輸，而TCP協議能夠保證數據傳輸的無差錯，客戶端通過連接服務器端的IP地址和指定端口號完成與服務器的連接，向Socket中寫入和讀取數據完成通信過程[4]。

2.2 血壓測量原理

本文采用的袖帶式血壓計通過示波法實現高壓、低壓和心率等生理參數的測量。將袖帶綁在使用者的前臂，檢測由使用者心臟跳動而輸送出的血液壓力和袖帶作用造成的壓力共同產生的脈搏波的幅值變化，即為血壓，脈搏波的頻率即為心率[5]。如圖2所示，當脈搏波處于第一個拐點時，對應收縮壓的數值，脈搏波包絡線峰值后的第一個拐點對應舒張壓的數值，收縮壓和舒張壓通常對應高壓和低壓[6-7]。

2.3 系統硬件電路

血壓計的系統硬件主要由藍牙模塊、血壓計模塊、單片機最小系統組成。壓力傳感器將采集到的壓力信號轉化為電信號，經A/D轉換為數字信號，數字信號經血壓計模塊的單片機處理后輸出高壓、低壓、心率，獲得的生理信息數據經藍牙模塊與外部設備通信，由總開關對系統的工作狀態進行控制[8]。系統硬件電路如圖3所示。

3 系統軟件設計

系統的軟件設計分為安卓端手機軟件部分和服務器端人機交互界面部分，在進行數據通信時要求安卓手機和服務器端處于同一局域網下。

3.1 安卓端手機軟件設計

安卓手機軟件在Android Studio平臺下用Java語言開發。實際使用時，用戶打開安卓手機軟件，首先判斷用戶是否為首次登錄，如果是首次登錄的用戶，需進行初始化信息的錄入，依次填寫用戶姓名、親情號1、親情號2、服務器的IP地址和本機手機號碼[9]。點擊“登錄”按鈕后，選擇彈出界面中的藍牙設備并連接，同時安卓手機自動與服務器端連接，之后進行血壓測量并完成數據上傳;如果是非首次登錄的用戶，打開手機軟件后可直接進入主界面，手機端自動連接預設地址的服務器端，藍牙自動連接上次已成功連接的藍牙設備，等待測量[10]。手機軟件流程如圖4所示。

3.2 人機交互界面設計

文中所采用的人機交互界面系統結構如圖5所示，在Visual Studio平臺上通過C#語言編寫。打開人機交互界面后需要進行新用戶注冊，已注冊的用戶可通過賬號、密碼登錄進入主界面，在主界面上可以查看患者信息、歷史測量信息，還可通過攝像頭對患者進行實時監控與遠程測量。此外，主界面還具有菜單、監控、系統設置和幫助功能。菜單功能便于退出系統、對用戶信息進行查詢、對用戶檔案進行管理;監控功能能夠調取更加詳細的監控畫面并同時顯示患者相關信息;系統設置可以添加新的患者信息并對監控參數進行設置;幫助功能可以更詳細地介紹有關本系統的使用[11-12]。

4 系統實際運行效果

打開人機交互界面后，在用戶登錄界面輸入用戶名和密碼即可進入主界面，圖6所示為人機交互界面。

進入主界面后可通過監控攝像頭查看被監測的畫面，通過資料卡片獲取患者的信息以及近期測量信息，右側的直方圖和折線圖更加清晰地展示了患者近期測量值的變化趨勢，方便醫生對此給出更具有針對性的建議。此時服務器端處于監聽狀態，患者可隨時上傳測量信息。主界面如圖7所示。

手機端軟件的登錄界面如圖8所示。首次登錄需要依次輸入患者姓名、本機手機號、醫生親情號、親屬親情號和服務器端IP地址等信息，非首次登錄則直接進入主界面，無需重復輸入。首次登錄需要進行手機與血壓計的藍牙配對，非首次登錄手機將自動搜索并連接上次成功連接的藍牙設備。

手機端軟件測量顯示界面如圖9所示。用戶可自行啟動血壓計進行測量，醫生也可以通過攝像頭對患者進行遠程監視并遠程啟動血壓計測量，待測量完成后，患者手機軟件主界面與電腦端軟件均會顯示患者測量信息?；颊叩臏y量信息將以短信形式自動發送至醫生和親屬。

5 結 語

（1）患者每次測量后得到的生理信息數據可以實時、自動傳輸至服務器端存儲，減輕了醫院工作人員手動錄入患者數據的工作量，同時也降低了數據錄入的差錯率。

（2）醫生可以在服務站對患者狀態進行監控與遠程測量，實時得到患者的血壓、心率等數據，實現對患者的全天候監護。

（3）醫生可以直接在服務站讀取患者的近期生理信息數據，也可通過人機交互界面繪制出折線圖以直觀了解患者近期的身體狀況變化趨勢，及時提出合理建議。

（4）患者測量數據可通過短信方式實時發送至醫生和患者親屬，便于醫生和親屬了解患者的身體狀況。

實驗證明，本系統具有可行性，可被應用在醫療系統中來減輕醫療人員的工作負擔，促進物聯網在醫療領域的發展。

參 考 文 獻

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