羅世亮　藍(lán)立新　劉漢明　章銀娥　張艷

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，社區(qū)醫(yī)療與家庭遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理的結(jié)合成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合智能軟件，設(shè)計(jì)社區(qū)醫(yī)院心血管患者的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對病人的智能化定位、監(jiān)控和管理，給社區(qū)居民的醫(yī)療和監(jiān)護(hù)提供方便。運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理信息系統(tǒng)，社區(qū)醫(yī)院能夠?qū)π难芑颊哌M(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，提高生活質(zhì)量，節(jié)約患者住院的費(fèi)用。系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，功耗低的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。本系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐結(jié)果表明，系統(tǒng)穩(wěn)定，系統(tǒng)在社區(qū)醫(yī)院遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理方面的應(yīng)用與發(fā)展前景廣闊。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)；心血管患者；社區(qū)醫(yī)院；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP202 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言（Introduction）

由于我國人口數(shù)量多，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)帶來了環(huán)境的不斷惡化，導(dǎo)致心血管疾病患者的數(shù)量不斷增多，心血管疾病的防治狀況令人擔(dān)憂，使相關(guān)醫(yī)療保障面臨著巨大的挑戰(zhàn)。國家衛(wèi)生部有關(guān)報(bào)道報(bào)告《中國心血管病報(bào)告2013》說明：因?yàn)樾难芪ｋU(xiǎn)因素和人口老齡化的流行，因此未來心血管疾病在我們國家將呈快速增長的態(tài)勢[1]。生命與健康已經(jīng)成為全世界人們公共關(guān)心的重要話題[2]。因?yàn)樾难芗膊∈钱a(chǎn)生疾病或者傷害的重要因素之一，于是人們認(rèn)為心血管疾病已經(jīng)悄然變成傷害人類健康和生命的主要疾病[3]。當(dāng)前人們越來越重視心血管疾病問題的研究?？紤]到心血管疾病的主要特點(diǎn)為具有突發(fā)性和危險(xiǎn)性，因此對心血管疾病患者進(jìn)行日常的管理和監(jiān)測就顯得比較重要[4-6]。然而由于經(jīng)濟(jì)能力的欠缺，大多數(shù)老年心血管疾病患者無法得到有效的監(jiān)護(hù)與護(hù)理[7]。人們對于醫(yī)療保健資源需求的不斷增加與醫(yī)療衛(wèi)生資源的短缺兩者之間的矛盾逐漸顯現(xiàn)出來，并且呈現(xiàn)出不斷的激化的趨勢[8]。

由于我國人口老齡化的趨勢日益嚴(yán)重，導(dǎo)致我國醫(yī)療資源呈現(xiàn)出短缺的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，心血管疾病患者顯得尤為突出，因?yàn)樾枰獙颊哌M(jìn)行長時(shí)間的醫(yī)療監(jiān)護(hù)[9-11]。由于傳統(tǒng)的醫(yī)療模式，很難達(dá)到這種醫(yī)療需求[12-14]。為了解決該問題，當(dāng)前我們正在考慮設(shè)計(jì)一種新型的社區(qū)醫(yī)療方案，目標(biāo)是完成對心血管疾病患者進(jìn)行長期醫(yī)療監(jiān)控。其最終目標(biāo)是到達(dá)將社區(qū)醫(yī)院的功能延伸至家庭護(hù)理。所以說該新型的醫(yī)療方案為我們提出了一種比較理想的解決方法，因?yàn)樗坏剐难芗膊』颊呖梢栽诩彝ソ邮茚t(yī)生專業(yè)的醫(yī)療監(jiān)測，這樣滿足了患者的醫(yī)療需求，而且還可以較好的緩解醫(yī)護(hù)人員的工作負(fù)荷，是對我國現(xiàn)有醫(yī)療模式的有利補(bǔ)充。因此我們研究將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與心血管患者的遠(yuǎn)程信息化監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，我們的目標(biāo)是完成對心血管患者的遠(yuǎn)程信息化監(jiān)控管理的智能化。優(yōu)點(diǎn)：可以降低心血管疾病患者的發(fā)病率，可以改善人們的生活質(zhì)量，降低醫(yī)療開支[15，16]。于是我們?nèi)婵紤]心血管疾病患者的需求，研究遠(yuǎn)程監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對社區(qū)心血管疾病患者的日常醫(yī)療監(jiān)護(hù)工作。遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)管理信息系統(tǒng)利用無所不在的無線網(wǎng)絡(luò)，可以更好地采集遠(yuǎn)程疾病患者的生理參數(shù)數(shù)據(jù)，并且傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)中心，醫(yī)生可以觀察并且診斷患者的健康狀況，并且及時(shí)提供醫(yī)療服務(wù)和診斷意見。

2 遠(yuǎn)程心血管疾病監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)（Design of the remote cardiovascular disease monitoring and management system）

為了適應(yīng)新時(shí)期醫(yī)療服務(wù)信息化和家庭化的新型醫(yī)療需求，心血管疾病監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)可以借助于采集人體的各種生理參數(shù)信息，分析參數(shù)信息，從而監(jiān)測患者的健康狀況。要求心血管疾病監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)可以進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的傳輸，能夠有效管理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)友好的顯示給醫(yī)生。

遠(yuǎn)程心血管疾病監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)主要包括幾部分：管理數(shù)據(jù)庫、中央服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、遠(yuǎn)程服務(wù)終端。

中央服務(wù)器：整個(gè)系統(tǒng)的信息，主要包含醫(yī)生基本信息、患者信息、社區(qū)信息等都存儲于中央服務(wù)器。因此要求中央服務(wù)器的存儲容量一般情況下比較大。

管理數(shù)據(jù)庫：中央服務(wù)器接收到發(fā)送過來的數(shù)據(jù)以后，通過管理數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，然后存放在對應(yīng)的目錄下面，最后將更新的數(shù)據(jù)傳送至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備：實(shí)時(shí)采集心血管疾病患者的主要生理參數(shù)，比如，血壓、脈搏等等，繪制相應(yīng)的波形圖；然后將繪制的波形圖傳輸給社區(qū)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程終端設(shè)備：醫(yī)護(hù)人員利用工作站，可以觀察心血管疾病患者的監(jiān)測信息，分析數(shù)據(jù)、診斷患者的病情，于是可以對心血管患者提出建議；心血管疾病患者可以查看留言信息與自己的身體報(bào)告信息，滿足多種用戶的不同需求。

遠(yuǎn)程心血管疾病監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過程大致有以下幾個(gè)步驟：（1）監(jiān)護(hù)設(shè)備采集患者的生理信息參數(shù)，接著處理這些生理信息參數(shù)，并且將處理后的生理信息參數(shù)通過Socket方式實(shí)時(shí)傳輸給服務(wù)器；（2）服務(wù)器處理數(shù)據(jù)，并且將處理的結(jié)果保存起來；（3）醫(yī)生借助于客戶端軟件，可以從服務(wù)器下載患者的數(shù)據(jù)文件，然后再進(jìn)行解析，最后提交分析報(bào)告和診斷結(jié)論信息，從而完成對患者的監(jiān)護(hù)；（4）患者借助于客戶端軟件，可以查看醫(yī)生提交的診斷結(jié)論和提出的建議，同時(shí)還可以對醫(yī)生留言。

Socket通信方式：Socket又叫套接字，主要用來建立兩個(gè)進(jìn)程之間的通信連接，完成數(shù)據(jù)的傳輸；通信雙方的任意一端，均可以用一個(gè)三元組描述：傳輸層的協(xié)議，主機(jī)的IP地址和端口號。Socket可以認(rèn)為是一種表述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中兩個(gè)進(jìn)程之間互相通信的描述符，我們可以借助于Socket完成兩個(gè)進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)交互。當(dāng)通信雙方采取Socket方式進(jìn)行通信時(shí)，通信連接的發(fā)送端與接收端就是通信進(jìn)程各自主機(jī)的Socket。（1）兩個(gè)進(jìn)程之間可以通過Socket建立通信連接，當(dāng)通信連接完成以后，發(fā)送端的進(jìn)程可以利用Socket向接收端的進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)，于是接收端進(jìn)程通過Socket完成數(shù)據(jù)的接收。（2）應(yīng)用程序建立自己的Socket。一般情況下主要包括四個(gè)步驟：創(chuàng)建套接字、建立通信連接、發(fā)送或接收數(shù)據(jù)以及關(guān)閉連接。

傳感器監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的功能是負(fù)責(zé)測試心血管疾病患者的身體健康狀況，采集患者的生理參數(shù)。傳感器監(jiān)測節(jié)點(diǎn)有多種類型，主要有血壓傳感器、心率傳感器和溫度傳感器等。節(jié)點(diǎn)的供電電源選用要求能夠持續(xù)供電一段較長的時(shí)間。

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測裝備，目標(biāo)是保障采集的數(shù)據(jù)信息的可靠性與有效性，該模塊主要有心率脈搏傳感器、血壓傳感器、溫度傳感器。

微處理器模塊建議選擇ATmegal28，ATmegal28處理器的優(yōu)點(diǎn)主要有：性能較好、可移植性較強(qiáng)以及功耗較低的特點(diǎn)。ATmegal28L專門為解決低功耗問題設(shè)計(jì)的軟件結(jié)構(gòu)。由于中斷能力比較好，可以減少系統(tǒng)查詢的次數(shù)，可以高效地設(shè)計(jì)出具有中斷程序結(jié)構(gòu)的控制程序。

無線醫(yī)療裝備的特點(diǎn)包括小型化、可方便攜帶。于是我們考慮通過電池供電的方法解決。根據(jù)低功耗的原則設(shè)計(jì)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，可以增加傳感器監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的使用壽命。

3 服務(wù)器功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（Design and implementation of server）

服務(wù)器的功能主要包括：接收監(jiān)護(hù)設(shè)備上傳的心血管疾病患者的生理參數(shù)信息，并且保存在服務(wù)器的磁盤里，接收到新數(shù)據(jù)后將更新信息傳輸給服務(wù)器；服務(wù)器接收數(shù)據(jù)的功能與監(jiān)護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸功能是緊密相連的，它們之間的通信方式為Socket通信方式。

本系統(tǒng)監(jiān)護(hù)設(shè)備上傳部分將采用客戶/服務(wù)器方式工作，監(jiān)護(hù)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，服務(wù)器接收數(shù)據(jù)。

首先，服務(wù)器開啟監(jiān)聽某端口，服務(wù)器等待客戶終端的請求，客戶終端可以通過Socket地址向服務(wù)器發(fā)出連接請求，當(dāng)服務(wù)器接收到客戶請求，做出響應(yīng)以后，于是該通信連接就建立起來，隨后客戶終端和服務(wù)器之間就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互；最后客戶終端可以關(guān)閉連接，隨后通信連接斷開。我們可以看出，客戶端屬于主動狀態(tài)，可以主動發(fā)出請求服務(wù)器的請求服務(wù)；服務(wù)器屬于被動狀態(tài)，被動接受請求，并且提供服務(wù)。服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸過程如圖1所示。

由于監(jiān)護(hù)設(shè)備的微處理器的運(yùn)算能力有限，于是我們需要對監(jiān)護(hù)設(shè)備的發(fā)送程序和服務(wù)器的接收數(shù)據(jù)程序要求盡可能的簡單，減少運(yùn)行時(shí)的資源開銷，這對于服務(wù)器的性能提高會有較大的幫助。

Visual Basic的優(yōu)點(diǎn)：可以輕松的使用DAO、ADO連接數(shù)據(jù)庫，可以輕松的創(chuàng)建Active X控件；程序員可以輕松的使用組件建立應(yīng)用程序。因此我們選擇Visual Basic 2008作為設(shè)計(jì)工具。由于Winsock控件對于用戶來說是透明的，用戶只需調(diào)用它的一些特定的方法，就能使本地主機(jī)與遠(yuǎn)程主機(jī)之間建立Socket連接，達(dá)到雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?，從而保證我們可以方便地訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。監(jiān)護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸程序流程圖如圖2所示。

為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，我們將社區(qū)服務(wù)器與中央服務(wù)器分開分別進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，中央服務(wù)器的主要功能是負(fù)責(zé)處理客戶端的更新或者查詢操作；社區(qū)服務(wù)器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理。為了提高硬件資源的使用效率，我們可以考慮將多個(gè)社區(qū)共用同一個(gè)社區(qū)服務(wù)器。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要負(fù)責(zé)存儲心血管疾病患者數(shù)據(jù)參數(shù)、監(jiān)護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)、醫(yī)生基本數(shù)據(jù)等信息。我們考慮將系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫放置于中央服務(wù)器中。

用戶主要包括五種類型，分別為醫(yī)生、病人、醫(yī)院管理人員、中央管理人員、社區(qū)管理人員。醫(yī)生主要負(fù)責(zé)對病人進(jìn)行監(jiān)護(hù)，也可以向病人提供咨詢服務(wù)。醫(yī)院管理人員主要負(fù)責(zé)給醫(yī)護(hù)人員分配賬號，在醫(yī)生和病人之間的建立起相應(yīng)關(guān)系，對醫(yī)院基本信息進(jìn)行管理與維護(hù)。中央管理人員能夠建新社區(qū)和管理員。社區(qū)管理人員的功能包括給病人分配賬號、給病人分配醫(yī)療設(shè)備等，用戶之間的關(guān)系如圖3所示。

我們設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的實(shí)體主要有病人、中央管理員、病人文件、社區(qū)管理員、醫(yī)院管理員、醫(yī)生、醫(yī)院、監(jiān)護(hù)設(shè)備等。

4 物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（Network structure of the remote monitoring system for internet of things）

物聯(lián)網(wǎng)通過信息傳感器裝備，依據(jù)給定的協(xié)議，對需要監(jiān)控對象的各種信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，借助于互聯(lián)網(wǎng)的連接，進(jìn)行信息的交互，以實(shí)現(xiàn)物與物、人與人，所有物品與整體的網(wǎng)絡(luò)的連接，最終達(dá)到智能識別、定位和控制的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的核心層為感知層，其功能是通過感知層獲取所需的信息。感知層主要包括兩大部分，即基本的感應(yīng)器件部分和網(wǎng)絡(luò)部分。其中感應(yīng)器件主要包括RFID標(biāo)簽和讀寫器、傳感器、攝像頭等基本標(biāo)識和傳感器件組成。網(wǎng)絡(luò)部分通過傳感器來感知對象的相關(guān)信息，RFID標(biāo)識物品的基本屬性，可以提高信息的融合能力。傳感網(wǎng)絡(luò)與RFID兩者的結(jié)合需要滿足幾個(gè)條件：（1）需要保證通信過程的安全性和正確性。結(jié)合后的傳感網(wǎng)絡(luò)的能量消耗相比于結(jié)合前要大得多，因此要盡可能提高對能量使用效率的優(yōu)化。通常通過增加冗余設(shè)備和抗干擾技術(shù)來對付外部攻擊。（2）需要保證網(wǎng)絡(luò)的生存性和可維護(hù)性。由于大量的傳感節(jié)點(diǎn)的存在，因此網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)相對比較困難。因?yàn)榭臻g距離相距相對較遠(yuǎn)，因此我們借助于傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)的管理。我們在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮下面幾點(diǎn)：（1）確定傳輸數(shù)據(jù)的格式，我們主要考慮標(biāo)簽內(nèi)包含的基本信息與傳感器周圍環(huán)境信息構(gòu)成，數(shù)據(jù)格式的確定比較重要；（2）傳感節(jié)的數(shù)量大，要求節(jié)點(diǎn)具有價(jià)格便宜、能量消耗小、容易部署的特點(diǎn)。

遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：可以在相同的區(qū)域內(nèi)分別部署無線傳感網(wǎng)和RFID網(wǎng)絡(luò)，它們各自互相獨(dú)立，成為混合式監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)?；旌鲜奖O(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要包括：不需要重新集成新模塊，可以節(jié)約成本；主要適合應(yīng)用于區(qū)域內(nèi)無線傳感網(wǎng)與RFID網(wǎng)絡(luò)之間互相交替工作的場合；實(shí)用性比較高，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。標(biāo)簽?zāi)軌蚝退陨韺?yīng)的閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸具有網(wǎng)絡(luò)自組織與多跳的特征。

如果網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)閱讀器和多個(gè)標(biāo)簽，那么可以設(shè)計(jì)與運(yùn)用防碰撞算法。如果需要識別特定的一個(gè)標(biāo)簽，我們可以開啟特定的閱讀器識別。智能節(jié)點(diǎn)與智能標(biāo)簽兩者的融合，可以提高電子標(biāo)簽和閱讀器的靈活性。于是無線傳感網(wǎng)絡(luò)和RFID網(wǎng)絡(luò)兩種模式達(dá)到了進(jìn)行智能切換的目的。具有單跳傳遞信息的特點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)采集到對象環(huán)境的數(shù)據(jù)信息后，既可以通過RFID閱讀器的方式進(jìn)行傳輸，又可以通過無線傳感網(wǎng)向服務(wù)器進(jìn)行傳輸。于是將無線傳感網(wǎng)在采集信息和傳遞信息方面的優(yōu)點(diǎn)與RFID在自動識別方面的優(yōu)點(diǎn)較好地融為一體。

5 結(jié)論（Conclusion）

我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，同時(shí)亞健康和老齡化現(xiàn)象日益明顯，心血管患者的人數(shù)越來越多，需要一個(gè)具有性價(jià)比較高，可靠性高的遠(yuǎn)程心血管疾病監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，緩解社區(qū)醫(yī)院資源不足和患者的醫(yī)療監(jiān)護(hù)服務(wù)之間需求不斷增加的矛盾。針對心血管疾病患者的監(jiān)護(hù)需要，我們設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)心血管疾病遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)信息系統(tǒng)。系統(tǒng)通過多種類型的生理傳感器，對脈搏、血壓、心電等生理參數(shù)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)對人體健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，為社區(qū)醫(yī)院和心血管疾病患者之間建立良好的健康監(jiān)測與輔助診斷平臺，減少心血管疾病的發(fā)生，提高生活水平與生活質(zhì)量。具有廣闊的發(fā)展前景。

下一步工作：研究設(shè)計(jì)集成更多生理參數(shù)的監(jiān)測設(shè)備，將慢性疾?。ê粑膊　⒛[瘤等）有序地納入本監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療資源的共享，實(shí)現(xiàn)社區(qū)醫(yī)院與大型醫(yī)院的優(yōu)勢互補(bǔ)，提高工作效率。

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作者簡介：

羅世亮（1978-），男，博士，講師.研究領(lǐng)域：物聯(lián)網(wǎng).

藍(lán)立新（1974-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)應(yīng)用.

劉漢明（1970-），男，博士，副教授.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)應(yīng)用.

章銀娥（1972-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)應(yīng)用.

張 艷（1984-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：應(yīng)用數(shù)學(xué).