基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)醫(yī)療在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

張 鋒，鄭皓樺

（廣東石油化工學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，廣東 茂名 525000）

0 引 言

目前，我國正在進(jìn)入老齡化社會(huì)，且我國人口基數(shù)大，醫(yī)療資源較為緊張[1]。社區(qū)醫(yī)療扎根基層，直接向社區(qū)居民提供醫(yī)療服務(wù)，具有服務(wù)群眾數(shù)量多、反應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn)。但目前社區(qū)醫(yī)療存在投入不足、醫(yī)療服務(wù)效率低等問題，極大地制約了社區(qū)醫(yī)療的服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量[2]。

現(xiàn)代新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)促進(jìn)了社區(qū)醫(yī)療的發(fā)展[3]。近年來社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)蓬勃發(fā)展[4-9]，但也存在系統(tǒng)設(shè)施復(fù)雜、兼容性差等問題。借鑒國內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及成果，本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)醫(yī)療在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)社區(qū)病人健康的實(shí)時(shí)監(jiān)控、診斷、治療，為社區(qū)民眾的身體健康起到了保駕護(hù)航的作用。

1 智能社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)總體架構(gòu)

本設(shè)計(jì)由硬件設(shè)備和云服務(wù)器平臺(tái)組成。硬件設(shè)備包含兩部分，分別為智能社區(qū)醫(yī)療家庭端和智能社區(qū)醫(yī)療醫(yī)院端。智能社區(qū)醫(yī)療醫(yī)院端系統(tǒng)主要包含4個(gè)功能模塊，分別是用戶管理、醫(yī)生管理、預(yù)約登記、數(shù)據(jù)入庫。智能社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)家庭端主要包括5個(gè)功能模塊，分別是健康測(cè)量、健康歷史、健康常識(shí)、預(yù)約掛號(hào)、緊急呼叫。整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)架構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

智能社區(qū)醫(yī)療（家庭端）是由樹莓派、Arduino2560、心率傳感器、血壓傳感器、血氧傳感器、體溫測(cè)量傳感器、腦電傳感器以及攝像頭共同組成。家庭端整體硬件框圖如圖2所示。Mega2560搭載了各種生理傳感器，用于采集用戶數(shù)據(jù)，將采集完的用戶數(shù)據(jù)根據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行封包，再通過串口發(fā)送到樹莓派。用戶可以通過樹莓派上面的UI界面發(fā)送指令控制Mega2560讓傳感器工作。

圖2 家庭端整體硬件框圖

2.1 核心主控板

本項(xiàng)目采用樹莓派作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。因?yàn)镽aspberry Pi具備一個(gè)PC上面完整的功能，可以實(shí)現(xiàn)程序的編譯以及運(yùn)行，也可以直接使用樹莓派集成的藍(lán)牙、WiFi等模塊；同時(shí)考慮到成本，樹莓派物美價(jià)廉、成本低、功能強(qiáng)。

2.2 血壓采集模塊設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目選用臂式測(cè)量血壓脈搏傳感器HKB-08A，用于測(cè)量用戶血壓、心率數(shù)據(jù)。通過傳感器對(duì)應(yīng)的芯片手冊(cè)，可以讓單片機(jī)控制傳感器的睡眠，工作在低功耗模式下，節(jié)省功耗；通過控制指令將其喚醒，使其進(jìn)入工作模式，在工作模式下可以通過命令控制啟動(dòng)、停止測(cè)量。在測(cè)量過程中，傳感器會(huì)通過串口回傳測(cè)量數(shù)據(jù)給單片機(jī)。

2.3 血氧采集模塊設(shè)計(jì)

采集血氧數(shù)據(jù)采用HDXZ-30102血氧模塊，其優(yōu)勢(shì)在于無創(chuàng)檢測(cè)。血紅蛋白對(duì)660 nm紅光吸收量較多，而對(duì)940 nm紅外光吸收量較少，氧合血紅蛋白則反之。用分光光度法測(cè)定紅外光吸收量與紅光吸收量之比，確定血液中的氧氣含量。血氧模塊通過I2C接口與功能板連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.4 腦電采集模塊設(shè)計(jì)

ThinkGear AM模塊（TGAM）是一款世界上非常受歡迎的腦電技術(shù)應(yīng)用模塊，它利用一個(gè)干式電極從人腦中檢測(cè)到微弱的腦電信號(hào)。TGAM中的 ASIC芯片集成了腦電波信號(hào)采集、濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)處理及分析等功能[10]。

3 智能社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 家庭端軟件工作流程

智能醫(yī)療（家庭端）設(shè)備的軟件運(yùn)行流程如圖3所示。上電之后首先對(duì)界面進(jìn)行初始化，接著用戶登錄，判斷是否登錄成功，否則重新輸入。登錄成功之后進(jìn)入初始功能選擇界面，有五大功能，分別是健康測(cè)量、健康歷史、健康常識(shí)、預(yù)約醫(yī)生、緊急呼叫。用戶在佩戴傳感器之后可以進(jìn)行健康測(cè)量，通過健康歷史來查看用戶的測(cè)量歷史記錄，通過測(cè)量結(jié)果根據(jù)健康常識(shí)確定自己一些身體狀況信息。緊急呼叫則是在出現(xiàn)緊急情況時(shí)一鍵通知家人或社區(qū)醫(yī)生的功能模塊。

圖3 家庭端系統(tǒng)工作流程

3.2 醫(yī)院端軟件工作流程

智能醫(yī)療（醫(yī)院端）設(shè)備的軟件運(yùn)行流程如圖4所示。上電之后首先對(duì)界面進(jìn)行初始化。接著用戶登錄，登錄成功之后進(jìn)入初始功能選擇界面，有四大功能，分別是用戶管理、醫(yī)生管理、預(yù)約記錄、數(shù)據(jù)入庫。社區(qū)醫(yī)生可以通過用戶管理功能來增加或者刪除社區(qū)用戶信息，通過預(yù)約記錄可以查看社區(qū)用戶的預(yù)約情況。數(shù)據(jù)入庫功能則是錄入現(xiàn)場(chǎng)問診的用戶身體信息，方便日后社區(qū)用戶的檔案管理。

圖4 醫(yī)院端系統(tǒng)工作流程

3.3 智能社區(qū)醫(yī)療公眾號(hào)工作流程

用戶可以通過掃描二維碼關(guān)注社區(qū)醫(yī)療的公眾號(hào)。關(guān)注之后綁定賬戶，這個(gè)賬戶是在社區(qū)醫(yī)院的時(shí)候，社區(qū)醫(yī)生為用戶建檔立卡時(shí)的賬號(hào)。在綁定完成之后，用戶可以通過公眾號(hào)頁面下方的功能菜單獲取到健康測(cè)量的歷史數(shù)據(jù)，以及根據(jù)用戶的歷史數(shù)據(jù)所形成的一個(gè)雷達(dá)圖。功能菜單還提供了意見反饋模塊，社區(qū)用戶對(duì)于社區(qū)醫(yī)院的意見可以通過此通道反映到社區(qū)醫(yī)院的相關(guān)負(fù)責(zé)人。公眾號(hào)工作流程如圖5所示。

圖5 公眾號(hào)工作流程

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 生理參數(shù)測(cè)量

功能板等待用戶在上位機(jī)界面發(fā)送數(shù)據(jù)，通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)到功能板，啟動(dòng)傳感器工作進(jìn)行測(cè)量，并把數(shù)據(jù)返回給樹莓派，在界面上呈現(xiàn)出來。用戶可以立即看到自己的測(cè)量數(shù)據(jù)、腦電圖以及人臉采集等結(jié)果。生理參數(shù)測(cè)量界面如圖6所示。

圖6 生理參數(shù)測(cè)量界面

4.2 主要功能

家庭端功能如下：用戶可以實(shí)時(shí)測(cè)量相關(guān)身體信息，并且上傳數(shù)據(jù)；通過圖表形式查看歷史數(shù)據(jù)，還可以查看一個(gè)階段的數(shù)據(jù)；分析用戶的生理數(shù)據(jù)，公眾號(hào)為其推送相關(guān)保健知識(shí)；用戶可以在線預(yù)約社區(qū)醫(yī)生；緊急報(bào)警，通知家人。

醫(yī)院端功能如下：查看預(yù)約記錄，查看整個(gè)社區(qū)用戶身體情況，錄入用戶數(shù)據(jù)，上傳相關(guān)保健文章，用公眾號(hào)推送給用戶，社區(qū)接警。

云服務(wù)器端如下：對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)用戶進(jìn)行分類，并將相應(yīng)保健內(nèi)容通過公眾號(hào)推送給用戶。通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，不斷對(duì)推送內(nèi)容進(jìn)行精準(zhǔn)優(yōu)化，讓用戶在使用過程中體驗(yàn)。根據(jù)已有數(shù)據(jù)來推送內(nèi)容，再根據(jù)用戶反饋進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)，增強(qiáng)推送準(zhǔn)確度。

5 結(jié) 語

本社區(qū)智能醫(yī)療系統(tǒng)由家庭端終端、醫(yī)院端終端以及云服務(wù)器三個(gè)部分組成。服務(wù)端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、挖掘，預(yù)測(cè)出患者所患疾病，并反饋給醫(yī)生。醫(yī)生根據(jù)科學(xué)預(yù)測(cè)的病情為用戶治療、提出建議和咨詢服務(wù)。本系統(tǒng)為人們提供日常的健康管理以及醫(yī)療資源的合理配置，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)病情和病人監(jiān)護(hù)、急救報(bào)警等方面具有重要意義[2]。