智慧養老平臺構建研究*

馬順帥 代振魯 張亞茹 李 敏 張 冉 胡珊珊

(濟寧醫學院醫學信息工程學院 日照 276826)

1 引言

隨著社會發展我國人口老齡化程度不斷加深，養老和醫療問題日益突出[1-2]。根據國家衛健委統計數據，我國超過70%的老年人患有至少一種慢性疾病，且一半的老年人同時患有兩種以上慢性病[3-4]。慢性病的高發病率不僅影響老年人生活質量，更加重家庭和社會的負擔[5]。養老和醫療是老年人最重要的兩大需求，推動養老與醫療結合成為我國老齡化社會發展的必然趨勢[6-7]。國家先后出臺多項政策，加強老年健康服務，推進醫養結合[8]。在該背景下加快建設醫養結合的養老服務體系，實現養老與醫療服務資源有機整合，探索滿足老年人多元化需求的新型養老模式成為社會關注的熱點[7,9]。隨著互聯網、物聯網和大數據技術的應用與發展，“互聯網+養老”的智慧養老服務模式成為解決傳統養老難題的重要途徑[10]。智慧養老是指以信息網絡技術為依托，綜合運用互聯網、物聯網和大數據等技術，構建面向老人、社區和養老機構的物聯網信息平臺，整合政府、社會、社區和家庭資源，對老年人日常生活、醫療健康、休閑娛樂等方面進行智能化管理，為其提供便捷、舒適、高效養老服務[1,11]。本文從老年人養老和醫療服務需求出發，提出構建醫養結合模式下的智慧養老服務平臺，為老年人提供生活照料、醫療保健、休閑娛樂等多元化的養老和醫療服務。同時將數據挖掘技術應用于該平臺，對老年人日常生活、醫療數據進行挖掘分析，探索其中規律，為老年人提供智能化健康管理。

2 系統設計

2.1 平臺架構

2.1.1 概述 平臺架構分為3部分：數據采集組、數據傳輸、數據服務器。為確保音頻、視頻通訊順暢，采用支持公共交換電話網(Public Switched Telephone Network，PSTN)協議的IPPBX軟交換機。為保障Internet接入安全及網絡通暢，部署相應防火墻和交換機[12]。平臺總體架構，見圖1。

圖1 平臺架構

2.1.2 數據采集組 終端設備以智能手機為核心，通過穿戴式心率監測等設備采集老年人實時體征數據，通過藍牙等方式將數據傳送到智能手機，以智能手機作為中轉，將數據匯總、封裝上傳至服務器。用戶通過手機移動網絡訪問醫院、家政公司等有關官網，實現醫院在線掛號、家政服務、藥物查詢等功能。

2.1.3 數據傳輸 設備將原始測量信息封裝成幀，通過傳輸介質發送至路由器，路由器收到數據后先進行循環冗余碼校驗(Cyclic Redundancy Check，CRC)，分析IP數據報后，重新封裝數據，根據路由器內存中的路由表將數據轉發至服務器，數據封裝詳細過程，見圖2。

圖2 數據封裝過程

2.1.4 數據服務器 服務器收到數據后首先對報文消息進行校驗，若消息不合法則將其拋棄，若消息合法則繼續下一步。獲取到正確封裝數據后，將數據寫入數據庫。

2.2 數據庫[13]

2.2.1 基本信息 對老年人基本情況信息進行登記，如年齡、性別、教育程度、職業、住址、聯系方式、經濟狀況、生活自理能力、緊急聯系人等。

2.2.2 服務需求 記錄老年人服務需求，包括家政、醫療保健、生活照料、精神慰藉等，針對不同服務需求提供個性化養老服務。

2.2.3 健康檔案 為老年人建立電子健康檔案，包括家族病史、既往病史、慢性病史、現病史、臨床診療及用藥情況、健康體檢結果以及生活方式、飲食習慣等健康相關信息。

2.2.4 社會養老資源 登記家政服務公司、醫院、養老機構、老年活動中心、超市等社會養老資源及服務人員信息，包括規模、地址、使用及閑置情況、服務人員數目、技能等級、聯系方式等，實現養老服務供給和需求有效對接。

3 基于移動端的智慧養老平臺功能(圖3)

圖3 智慧養老平臺功能布局

3.1 緊急呼救

主要用于緊急事件處理，可立即將求救電話撥打至120或親屬。實現該功能首先需要添加android.permission.CALL_PHONE撥打電話權限，編輯activity_main.xml增加Button按鈕，然后使用Uri.parse方法直接撥打120。通過獲取輸入框屬性可將緊急呼救電話設置為親屬電話。

3.2 通訊

主要用于老年人與家人的交流溝通，增加老年人幸福感。該功能主要借用FFmpeg開源跨平臺視頻和音頻流方案。使用會話初始化協議(Session Initiation Protocol，SIP)建立會話；實時傳輸協議(Real Time Protocol，RTP)/實時傳輸控制協議(Real Time Transport Control Protocol，RTCP)管理音視頻數據發送與接收；會話描述協議(Session Description Protocol，SDP)描述會話建立時的一些基本信息，如編解碼格式、會話創建者名字等信息。

3.3 生活服務

主要為老年人提供綜合性生活服務，如定期保潔、日間照料等。點擊生活服務功能，顯示與本平臺合作且通過審核的家政服務公司。選擇某家政服務公司名稱，自動跳轉至其官網，根據需要選擇并提交相應服務。此外可進入社區服務專欄，使用在線物業繳費功能，在家中完成各項物業費用繳納。在線支付功能主要使用第3方支付平臺，對接其他網銀接口。通過初始化支付通道編碼列表、支付請求及結果參數實現信息傳遞。為保證數據安全，繳費信息使用MD5加密算法和密鑰封裝為hmac碼，易寶支付平臺將傳遞數據再次加密，對比兩次數據是否相同，相同即為有效并對接網銀接口進行付款。

3.4 醫療服務

3.4.1 預約掛號 老年人在家中便可完成預約掛號。該功能主要通過發送顯式Intent來啟動指定瀏覽器打開對應醫院官網，選擇相應科室進行掛號。

3.4.2 遠程醫療 通過手機APP與醫生進行遠程交互式醫療咨詢和問診，使老年人足不出戶即可獲得所需醫療咨詢服務。該功能主要以視頻形式進行，實現方法與通訊功能類似。顯示合作醫院專家醫生，選擇并視頻對話，進行遠程醫療咨詢。

3.4.3 用藥指導 提供個性化用藥指導與服務。每天按時推送用藥提醒，包括用藥時間、用量與藥品不良反應等消息，在提高老年人服藥依從性的同時減少藥品不良反應發生。用藥提醒利用長輪詢實現，前端設置PNS接口(pnsUrl)，負責推送消息至前端；pnsErrorInterval設置重新調整接口的時間間隔；msgTypes設置推送消息類型等。醫生設置用藥提醒后，長輪詢會在設置的時間點查詢老年人是否有用藥提醒業務，然后以消息推送形式將用藥提醒每隔5分鐘發送1次。此外可通過國藥準字號查詢等服務查詢藥品相關信息，通過發送顯式Intent啟動指定瀏覽器打開國藥準字查詢網站，輸入需要查詢的信息點擊查詢即可。

3.4.4 健康管理 通過采集老年人身體狀況、用藥情況和生活習慣等健康數據，利用智慧養老平臺數據挖掘功能分析老年人健康情況，實現對老年人健康監測、疾病預警、藥品推薦和生活指導等健康管理，使其建立健康生活方式，促進慢性病預防、治療和康復。

3.4.5 醫療知識推廣 主要是普及醫療保健和慢性病防控知識，提高老年人健康素養和自我保健能力。醫療知識通過第3方平臺推送，以語音形式播報，推送者為管理員指定的專業醫生。

3.5 休閑娛樂

為社區組織休閑娛樂活動提供輔助通知功能，通知消息通過第3方平臺推送。考慮到老年人視力問題，引入科大訊飛平臺語音框架，增加語音播報功能。

3.6 定位和監測

3.6.1 定位 通過平臺移動定位技術獲取老年人位置信息，當發生突發緊急狀況時及時掌握具體位置，提高救援效率。百度定位提供GPS、基站、WIFI等多種定位方式，性能優越，該模塊使用百度地圖的集成定位軟件開發工具包(Software Development Kit，SDK)，設置相應參數實現定位功能。

3.6.2 監測 實時測量心率信息，隨時了解個人健康情況。使用目前較為普遍的BMD101心電采集模塊，對收集到的信號依次進行擴大峰值、濾波降噪、轉換數字信號等處理后暫存于緩存器中。由于安卓版本不同和設備兼容性的問題,本平臺使用較普遍的BK3231芯片。通過View的繼承類SurfaceView來繪制波形，提供最直觀的體驗。

4 基于數據挖掘的健康管理

4.1 健康管理服務

4.1.1 概述 針對老年人慢性病高發現狀，利用數據挖掘技術對收集到的老年人身體狀況、用藥情況和生活習慣等健康數據進行挖掘分析，發現其中規律，提供藥品推薦、疾病風險預測、危險因素分析等健康管理服務，幫助其預防和治療慢性病。

4.1.2 藥品推薦 在醫療大數據時代，慢性病患者處方用藥數據大量積累，利用數據挖掘技術發現其中的頻繁項集和關聯規則，從而找出治療某種慢性病最常用的藥品、藥品組合以及多種藥品之間的關聯規則，為指導老年人慢性病用藥提供偱證醫學支持，最終完成藥品推薦。

4.1.3 疾病風險預測 利用數據挖掘技術分析慢性病患者體征數據，如血壓、血糖、血脂和可穿戴設備監測的數據等，分析這些體征數據與某種慢性病的關聯。基于老年人體征數據預測其患慢性病的風險，對潛在患者提供早期預警。此外還可挖掘不同慢性病之間關聯，如高血壓與冠心病、糖尿病之間的關聯性，根據數據挖掘產生的關聯結果，對強關聯慢性病做好預防和干預工作。

4.1.4 危險因素分析 通過監測慢性病患者生活習慣和行為方式，挖掘慢性病影響因素，對老年人生活行為方式進行科學干預。監測因素包括年齡、性別、體檢頻率、吸煙情況、飲酒情況、飲食口味、運動情況、體型、情緒等。通過對這些因素進行數據挖掘，找出影響慢性病發生的主要危險因素，如吸煙、飲酒、不經常參加鍛煉、高鹽高油飲食、肥胖等不良生活方式和行為，指導老年人養成正確合理的生活習慣，預防慢性病發生。

4.2 關鍵技術

4.2.1 數據離散化 老年人健康數據中有許多連續的數值型數據，在進行數據挖掘之前需要將這些連續型數據離散化。在參考醫學書籍并咨詢醫學專家的基礎上，確定健康數據離散化的臨界值。如收縮壓≥140mmHg或舒張壓≥90mmHg判定為血壓異常，記為1，否則記為0；空腹血糖≥6.1mmoL/L判定為血糖異常；每日平均酒精攝入量≥25g(男性)或≥15g(女性)判定為飲酒過量；每周運動≥3次、每次運動時間≥30分鐘判定為經常運動；飲食方面，每日攝入食鹽超過6g判定為高鹽飲食，每日攝入食用油超過25g判定為高油飲食。

4.2.2 數據挖掘 指從大量有噪聲、不完全、模糊且隨機的數據中發現隱含其中、事先未知但潛在有價值的信息或知識[14-15]，常用方法主要有關聯規則、決策樹、神經網絡、聚類、回歸分析等[16]，本平臺使用關聯規則算法對老年人健康數據進行挖掘。健康數據經過預處理后，利用關聯規則Apriori算法挖掘其中的頻繁項集和關聯規則，通過設置不同支持度、置信度和提升度參數，發現老年人用藥規律，體征數據、行為因素等與慢性病的關聯規則以及不同慢性病之間的關聯規則。

5 結語

隨著老齡化社會到來，養老問題成為我國社會熱點問題之一。面對老年人養老需求和醫療需求的雙重壓力，基于醫養結合的智慧養老模式成為新思路。本文基于智慧養老理念，以互聯網、物聯網、大數據等技術為支撐，構建醫養結合的智慧養老服務平臺，對平臺架構設計、模塊布局和實現技術等進行詳細闡述。該平臺從老年人實際需求出發，確定智慧養老服務內容，為老年人提供多元化養老服務。同時針對老年人慢性病管理需要，將數據挖掘技術應用于智慧養老平臺，通過挖掘老年人健康數據發現其中規律，為老年人提供智慧化、個性化健康管理服務。