面向移動醫療的心電數據實時共享系統設計

南陽醫學高等專科學校 李新獻 楊春茂

隨著科技水平的發展，越來越多的學者開始研究面向移動醫療。以及現代社會當中智能手機、安卓操作系統、5G等的使用越來越普遍，而且面向智能手機的各種應用也越來越多，它的可靠性以及數據處理速度也越來越快，那么我們可以進行一個移植，將之前在電腦端的醫療檢測設備的軟件進行整理換平臺，把它們換到智能手機這樣的平臺上，之前在電腦端的醫療檢測設備體積大，不易維護和擴展。依據這一特點，本文以心電數據為例設計了面向移動醫療的心電數據實時共享系統。

1 系統架構設計

通過分析國內外心電數據分析技術，了解智能手機、安卓操作系統、5G等一系列新技術的發展，提出了面向移動醫療的心電數據實時共享系統。這樣的共享系統移動性比較好、也同時具有好的擴展性。這樣的共享系統總體架構可分為移動終端部分、遠程協助部分、云服務部分、通信部分四個部分。

（1）移動終端模塊：這一模塊主要指的是智能手機，隨著智能手機、安卓操作系統、5G等一系列新技術的不斷發展，現在智能手機的數據處理速度、性能指標早已超過我們的個人計算機，因為這樣的特點，移動終端模塊承載著心電實時共享的橋接功能。本共享系統的設計將系統中心電數據的存儲、共享、傳輸等一系列的數據處理步驟的過程放置在移動終端上，這樣的方法更方便心電分析等算法的后期更新。

（2）遠程協助模塊：在這一模塊的設計過程中主要用到了Web技術，遠程協助模塊適用范圍比較廣，適用于運行在多種平臺的瀏覽器上，這樣就很方便的給醫護人員提供數據訪問界面。醫護人員通過系統數據的訪問界面，可以通過Web技術在系統數據的訪問界面隨時查看患者的實時心電數據信息，以便于對患者的各項數據進行掌握，方便在患者需要的時候進行遠程指導。

（3）云服務模塊：由于患者及醫護人員等進行心電數據共享前需要進行注冊、登陸、認證等相關操作，所以這一模塊主要用來提供身份認證服務，沒有注冊過的用戶是無法登陸的；還提供心電數據的共享以及心電數據存儲。

2 數據傳輸協議設計

心電信號是醫療檢測過程中常用的一種信號，它是我們心臟電生理活動的反映。體表傳感器在工作的狀態下會進行記錄，記錄下來的是心電信號，就會形成心電數據。這些心電數據本系統中采用低功耗藍牙模塊實現智能終端與傳感器網絡的數據通信。因此，有必要進行差錯校驗來保證數據傳輸的可靠性，通過研究常用的數據傳輸協議：滑動窗口協議和ARQ協議，研究常用的數據傳輸協議，在這樣的情況下，一方面通過滑動窗口協議進行流量控制，另一方面，通過ARQ協議在數據傳輸的過程中對數據進行差錯控制。

2.1 數據傳輸格式

本系統中為了保證數據傳輸的可靠性，在數據在通信雙方進行傳輸之前需要確認傳輸數據的類型及格式。那么怎么確認是一個比較難的問題，在這里，發送方和接收方會交換配置文件，雙方的配置文件都是以．profile作為后綴，舉個例子來說，比如“rewMNBP-tayXQchlE．profile”，其中rewMNBPt由發送方生成，ayXQchlE由接收方生成。在面向移動醫療的心電數據實時共享系統中，系統接收到．profile作為后綴的配置文件后，會依照配置文件的內容創建數據文件。在這樣的情況下，系統中的傳感器網絡會對系統中傳輸的心電信號數據進行組包，這樣，系統中的每個包所包含的字節數是363個字節。在這整個包的363個字節當中，本系統中為了保證數據傳輸的可靠性，不是所有的字節都為數據，但大部分是數據，數據占比最多，占用了360個字節，再就是數據包的頭部位置會占用一個字節，數據包的編號位置占用一個字節，校驗位占用最后的一個字節。

2.2 擁塞控制

在數據傳輸過程中，為了避免數據擁堵，在這樣的情況下需要進行擁塞控制，在面向移動醫療的心電數據實時共享系統中，為了進行擁塞控制這個過程，在這樣的情況下需要進行動態調整窗口大小，系統中加入動態調整窗口大小這樣的一個過程的最終目的是防止過多數據注入到網絡中。

2.3 差錯控制

在數據傳輸協議的設計過程中，為了保證傳輸數據的準確無誤，系統設計了一種算法，在這樣的情況下，就可以對傳輸的數據進行差錯控制。在數據傳輸過程中，數據包并不是按序到達接收方的，在這樣數據包亂序到達的情況下，數據發送方會一直向數據接收方發送數據。這樣的情況下，在接收方收到數據后，不會對數據進行排序，而它最先做的事情就是對數據進行校驗，校驗后若出現錯誤，這樣的情況下就會要求發送方重新發送這個數據包。

3 移動終端與傳感器網絡數據交換模塊設計

3.1 物理連接的建立

目前，幾乎每一部智能手機都帶有藍牙的應用程序。在這種情況下，低功耗藍牙越來越多的被用戶使用，因為低功耗藍牙不緊緊保證無線數據傳輸的質量，它也在很大程度上降低了功耗。所以，面向移動醫療的心電數據實時共享系統中用低功耗的藍牙技術。

（1）第一步就是建立連接，當移動終端和心電設備之間建立物理連接時，系統需要獲得傳感器網絡的藍牙設備信息。

（2）第二步就是在移動終端開啟藍牙開關，如果是通過掃描的方式得到了設備信息，那么在掃描前需要檢查智能手機上的藍牙功能是否是可用狀態。如果是可用狀態，那么就可以進行下一步，如果不是可用狀態的話需要用戶同意開啟藍牙，否則就停止此應用。

（3）成功在移動終端開啟藍牙開關后，在智能手機上會獲得傳感器網絡的藍牙設備信息。

3.2 邏輯連接的建立

在本系統中需要建立邏輯鏈路，建立它的作用是便于支持系統中其他形式的無線連接，而不僅僅是支持藍牙連接。邏輯鏈路的建立過程比物理鏈路的建立過程要復雜，因為其中還包括對用戶身份是否合法的校對，如果是合法用戶，系統將為它建立邏輯鏈路，如果是非法用戶，系統將不會為其建立邏輯鏈路。

3.3 數據封裝

在數據被封裝之前，需要先建立邏輯連接，以便于在數據被封裝之后有一個數據傳輸的通路。在這樣的情況下，像智能手機這些設備在工作過程中會收到一個配置的文檔，像智能手機這些設備有權限自動分析該文檔，接收到的配置文檔在到達智能手機等這些終端后包含了不少關于數據的信息，在數據被封裝之前包括數據最初出現的時間、包含在數據被封裝之前產生數據最初出現的的設備號等。像智能手機這些設備分析配置文件中的數據最初出現的時間、產生數據最初出現的設備號、數據的類型、數據的格式，分析完成之后就會為數據分配一定的緩存池存儲空間。在信息數據的發送和接收的過程中，還有一個工作需要完成，即對數據進行組包及拆包。組包這個工作是由傳感器網絡完成的，組包的過程中需要把數據加上一些頭部信息，加完頭部信息之后才能發送給各種各樣的移動終端。組包這個工作是由傳感器網絡完成的，組包的過程中需要把數據加上一些頭部信息，各種各樣的移動終端收到加完頭部信息的數據包后，不會直接進行下一步的操作，而是先檢查加完頭部信息的數據包是不是出現了差錯。

4 數據共享模塊設計

數據共享模塊是本系統的一個主要的組成，數據共享模塊在整個系統中來處于核心地位。在移動終端開啟藍牙開關后，在智能手機上會獲得傳感器網絡的藍牙設備信息。在系統運行過程中，通過像智能手機這些設備數據共享模塊，偏遠地區的患者可以就近檢查身體，這樣的情況下就解決了偏遠地區的患者看病難問題，從而實現心電數據的遠程實時共享。在面向移動醫療的心電數據實時共享系統中，數據共享模塊部分主要由服務端數據共享模塊以及客戶端數據共享模塊兩部分組成，這兩部分相互通信，缺一不可。在系統運行過程中，患者和醫護人員請求共享服務時需要完成注冊、登錄等基本操作。

4.1 服務端數據共享服務設計

在移動終端開啟藍牙開關后，在智能手機上會獲得傳感器網絡的藍牙設備信息。在系統運行過程中，系統的服務端這邊主要是提供數據共享服務，它提供的數據共享服務包括兩個內容，設計過程中主要用到了Web技術，遠程協助模塊適用范圍比較廣，適用于運行在多種平臺的瀏覽器上，這樣就很方便的給醫護人員提供數據訪問界面。在面向移動醫療的心電數據實時共享系統中，系統給患者在智能手機這些設備中提供的服務在這樣的情況下包括注冊、登錄以及身份認證等。也就是說在系統運行過程中，患者及醫護人員首先需要在面向移動醫療的心電數據實時共享系統中注冊個人的基本信息，注冊之后系統的數據庫中才有這樣的用戶記錄，然后用戶登錄才能使用心電數據實時共享服務。

4.2 客戶端數據共享模塊設計

這里的客戶端是指智能手機客戶端和遠程協助系統客戶端，智能手機主要是被患者所用，現在的患者用智能手機是很方便的，而遠程協助系統客戶端這邊主要是被醫生和護士所用。系統可以將復雜的操作步驟進行合理的組合，這樣以來就可以減少患者繁瑣的操作。在這樣的系統當中，醫護人員可以通過遠程協助系統來進行一些相關的系統操作，比如說在這樣的情況下查看病人資料等，在查看病人資料的過程中，如果有病人的狀態發生了改變，那么遠程協助系統需要及時的接收這些改變了的信息。

5 心電數據展示模塊設計

心電數據展示模塊是心電數據共享系統的重要組成部分。在各級醫療機構當中，年代久遠的心電監護設備中通常自帶顯示屏，這種傳統設備的顯示屏體積比較大，用電量也比較高。在本系統中，傳感器網絡只負責采集患者的心電數據，而不會對這些數據進行分析，也就是說不會對數據進行分類匯總，網絡系統不會用算法計算數據，必須經過網絡進行傳輸之后，也就是等數據最終傳到像智能手機這樣的設備終端后，這些數據才能被計算、顯示等操作。

結語：本文首先分析目前在醫療健康領域，各醫療機構心電數據共享方案不足的方面，比如說數據控制能力不太好、軟硬件的可擴展性不高、系統軟硬件成本不低、沒有辦法實時共享等。然后，通過智能手機、安卓操作系統、5G等一系列新的軟硬件平臺，設計并實現了面向移動醫療的心電數據實時共享系統，隨著人工智能技術的不斷進步，醫療信息化的深入，面向移動醫療的心電數據實時共享系統所適用的應用場景將會越來越多。