基于云端大數據技術的便攜式體檢箱設計與實現*

寧德師范學院 莊靖瑤 吳景祥 張文金 張議文 郭誼林 楊烈君

隨著我國人口老齡化不斷增加的趨勢日益顯現和物聯網信息技術的發展，關心、愛護老年人群體逐漸成為人們關注的話題。基于此目的，項目將設計一款基于云端大數據技術的便攜式體檢裝置，用以檢測人體的主要基本生理指標，如血糖、血壓、尿酸、膽固醇、體重等，輔助社區醫生的診斷，同時通過搭建面向居家老人、社區及養老機構的傳感網系統與信息平臺。該便攜式體檢箱能夠實現生活照料、健康管理、居家安全服務等相關信息對接，推進養老服務數字化、信息化、智慧化的進程。

1 現狀

現如今，我國正在大力推進全面小康社會建設，根據國務院出臺的《“健康中國2030”規劃綱要》可以看出，社區衛生醫療體系一直是其中的重點。并且隨著科技的發展,互聯網越來越普及，隨之設計了一款基于云端大數據技術的便攜式體檢箱,以此幫助部分群眾受制于體檢條件以及諸多因素的限制無法親自到醫院進行體檢的人們，此便攜體檢箱可為老年人提供個性化、智慧化的養老綜合服務。體檢箱將解決日常生活中的大部分體檢需求，便于中老年人及殘疾人等進行體征檢測，可使年老體弱的老人擺脫去醫院排長隊的困擾，還能有效地提高社區體檢服務水平。

2 系統總體設計

便攜式體檢箱主要包含兩個方面，一方面是有實體的檢測工具，能夠通過工具實時監測老人的各項生理體征；另一方面是能夠通過身份證將個人信息存儲在智慧物聯網醫養綜合管理平臺（如圖1 所示）。

圖1 便攜式體檢箱Fig.1 Portable physical examination box

智慧物聯網醫養綜合管理健康平臺總體框架從四個層次進行規劃，分別是應用層、平臺層、網絡層和感知層（如圖2 所示）。應用層包括養老服務應用系統、養老服務監管系統、助老志愿服務管理系統、老人健康檔案管理系統等，主要是檢測各項指標，然后通過云計算、智能分析為需要體檢的人們生成屬于自己的獨一份的報告；平臺層是通過大數據處理、大數據存儲、大帶寬接入等，構建智慧5G 醫養系統的硬件及平臺架構；采用分布式HBase 替換傳統關系型數據庫，實現數據的海量存儲，通過Spark Streaming 流式計算實現數據的快速多維度計算，以采集的海量數據為基礎構建體征數據多層神經網絡模型；網絡層是可通過無線網絡和通訊網絡將數據傳輸到云平臺；網絡數據感知層主要包括智能體檢終端以及生理體征監測終端，主要是通過各種傳感器硬件采集信息。

圖2 養老系統框架圖Fig.2 Framework diagram of pension system

我們所設計的便攜式多功能體檢儀的體檢指標包括體溫、體重、骨骼比例、肌肉比例、內臟脂肪等級、水份比例、熱量比例、心電、血壓、血氧、血糖、尿酸、膽固醇等生理體征指標，與市面上的體檢儀相比，此次所設計的便攜式多功能體檢儀不僅在數據測量方面做到10s快速出精確結果，還能夠做到醫養結合，是一個大數據輔助分析與健康管理的軟件平臺，可對體檢者的體檢數據進行終身存儲、分析。

除此之外，體檢儀提供人證合一識別功能，老人在掃描身份證成功后，即可進入體檢模式。如果老人生理體檢數據異常，可通過短信、語音電話、微信及時通知本人或家屬，能夠做到讓體檢人及其家屬時時刻刻了解體檢者的實時生理體征。工作人員能夠通過OCR 身份證識別技術將體檢的人們的信息錄入到我們的體征大數據分析處理平臺，通過物聯網上傳數據至云端平臺（如圖3 所示），其信息可包括當天測量的血壓、血糖、膽固醇、血氧等，并且體檢日期能夠精確到體檢當天日期的時分秒，還可以記錄體檢人員的生活自理能力，其包括是否能夠自主進餐、梳洗、穿衣、活動等，并且如果當體檢人員下一次重新體檢，還可以看到上一次體檢的信息，這樣方便了工作人員能夠將兩次信息進行對比，從而可以告訴老年人在以后的生活中需要注意哪些問題。

圖3 智慧物聯網醫養綜合管理平臺Fig.3 Smart IoT integrated medical and nursing care management platform

設備采用有源供電、安裝簡易，具有短信、語音、微信等多方式的信息通知功能，可以實現全天候、實時的體征狀況監測與預警，發現老人體征異常時，可幫助醫護人員快速地實施診斷搶救。同時，利用了OCR 技術可以避免采用人工錄入方式帶來的煩瑣負擔，也可使購買此便攜式多功能體檢儀的家人們更加便捷的使用，簡易好上手[1]。

3 產品關鍵技術

（1）平臺研發綜合應用了物聯網、大數據、人工智能、云計算及網絡通信等新一代信息技術。健康大數據平臺的信息化基礎設施建設，主要包括大數據處理、大數據存儲、大帶寬接入等，構建智慧5G 醫養系統的硬件及通信架構；大數據處理分析平臺采用分布式HBase 替換傳統關系型數據庫，實現數據的海量存儲，通過Spark Streaming 流式計算實現數據的快速多維度計算，以采集的海量數據為基礎構建體征數據多層神經網絡模型；設計展示界面，通過ECharts 以圖表方式直觀地展示分析結果，通過大屏展示計算分析結果[2]。

（2）系統網頁端建設中我們采用前后端分離技術，其中前端負責View 和Controller 層，后端負責Model 層、業務處理與持久化等。前端開發是創建Web 頁面呈現給用戶的過程，通過HTML、CSS 及JavaScript 以及衍生出來的各種技術、框架、解決方案，來實現信息網站的用戶界面交互，支持三端（電腦、pad、手機）查看。針對健康體征時序數據具有時變性、非線性、非平穩性等特點，以及現有的單一和混合預測模型均存在預測精度和難以描述其復雜變化規律問題，通過一種利用深度強化學習方法對健康體征時序數據進行預測的模型，將SARAS 學習方法引入到算法中，提高模型的穩定性、有效性和準確性，通過對歷史血壓數據實驗模型驗證，提高預測模型的準確性、穩定性和收斂速度，并能夠表達健康體征時序數據的趨勢。

（3）針對模型穩定性我們首先采用基于深度強化學習的健康體征數據預測模型。將深度學習的感知能力和強化學習的決策能力結合在一起，構建一種深度強化學習的健康體征數據預測模型，將使用SARSA 算法對其進行優化改進；其次基于混合云霧計算的大健康信息資源整合方法，克服當前健康數據整合相關研究存在較嚴重的檢索響應延遲高、準確性差等問題。研究基于深度強化學習的健康體征數據預測模型，將深度學習的感知能力和強化學習的決策能力結合在一起，使用SARSA算法對預測模型進行優化，以改善模型的穩定性[3]。

4 實現

便攜式體檢箱最基本的功能是能夠測量心率、血壓、血氧等，其顯示模塊能夠顯示當前人體的心率、血氧、血壓等，部分具體代碼如下所示：

void Sense_Operation(uint16_t Coordinate_X,uint16_t Coordinate_Y)

{

if(Coordinate_Y>1220 && Coordinate_Y<1490){

if(Coordinate_X>920 && Coordinate_X<1530)//心率傳感器{

POINT_COLOR=WHITE; //畫筆顏色

LCD_DrawRectangle(97,90,142,115); //畫框

LCD_DrawRectangle(162,90,207,115); //畫框

POINT_COLOR=RED; //畫筆顏色

LCD_DrawRectangle(30,90,75,115); //畫框

Manual_control=1; //手動控制

Send_Node_Data(To_one,1);

}

else if(Coordinate_X>1730 && Coordinate_X<2310) {//血氧檢測儀

POINT_COLOR=WHITE; //畫筆顏色

LCD_DrawRectangle(30,90,75,115); //畫框

LCD_DrawRectangle(162,90,207,115); //畫框

POINT_COLOR=RED; //畫筆顏色

LCD_DrawRectangle(97,90,142,115); //畫框

Manual_control=1; //手動控制

Send_Node_Data(To_two,1);

}

else if(Coordinate_X>2550 && Coordinate_X<3070) {//血壓傳感器

POINT_COLOR=WHITE; //畫筆顏色

LCD_DrawRectangle(30,90,75,115); //畫框

LCD_DrawRectangle(97,90,142,115); //畫框

POINT_COLOR=RED; //畫筆顏色

LCD_DrawRectangle(162,90,207,115); //畫框

Manual_control=1; //手動控制

Send_Node_Data(To_three,1);

}

}

else if(Coordinate_Y>3355) {//返回區間

Interface=0x02; //按下返回

Interface_Touch=1; //界面觸摸編碼

}

}

5 結語

隨著國家政策的不斷推進以及國家經濟化進程的不斷加快，越來越凸顯出了大數據技術下的智慧健康有很大的里程碑意義，可以更好地保證體檢信息的完整性和安全性，同時，可在課余的時間到社區做志愿者，為各個小區的老人體檢（如圖4 所示），將便攜式體檢箱應用到現實生活中，希望能通過我們的努力增強中老年人對待健康的意識，讓他們對自己的身體健康有充分的認識，可以做到提前預防，及時控制，時常關注，把健康放在第一位。

圖4 志愿服務活動Fig.4 Volunteering activities

在大量的志愿者工作中，我們得到了一些經驗，首先是體檢箱里有些設備的續航能力還不夠完善，我們將會在未來繼續努力改進；其次是通過這次測試，我們發現系統可以正常使用，也可以建立屬于自己個人的檔案，且可以查找歷史體檢的記錄以方便我們對比、監測自己的身體狀態。綜上所述，此體檢箱基本可以滿足日常生活的體檢需求，在很多場景中都可以應用，效果良好。