羅世亮+劉漢明+章銀娥+藍立新+張艷

摘 要：目前我國的心電系統(tǒng)和相關技術的發(fā)展相對較為成熟，然而在社區(qū)醫(yī)院的運用和管理方面還不理想，還沒有形成完善的遠程監(jiān)護管理信息系統(tǒng)。于是我們考慮采用物聯(lián)網(wǎng)技術，結合智能軟件，設計社區(qū)醫(yī)院心血管患者的遠程監(jiān)護管理信息系統(tǒng)。運用遠程監(jiān)護管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)對病人的智能化定位、監(jiān)控和管理，從而完成對心血管患者的全天候監(jiān)測，提高生活質(zhì)量。研究與實踐結果表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，系統(tǒng)在社區(qū)醫(yī)院遠程監(jiān)護管理方面有著較好的應用前景。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術；社區(qū)醫(yī)院；心血管患者；遠程監(jiān)護；管理信息系統(tǒng)

中圖分類號：TP202 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

健康和生命已經(jīng)成為全球公共關心的熱點話題。由于心血管疾病是導致死亡或者傷殘的主要因素之一，心血管疾病已經(jīng)成為威脅人類健康和生命的主要原因之一。如何正確面對心血管疾病已經(jīng)成為全球人民共同關注的焦點問題。由于心血管疾病具有危險性和突發(fā)性的特征，所以采用正確的方法和技術對心血管疾病患者進行日常的監(jiān)測和管理具有重要意義[1]。目前我國正在逐步推行一種新型的社區(qū)醫(yī)療方式，嘗試實現(xiàn)對心血管疾病的長期監(jiān)測，從而到達將社區(qū)醫(yī)院的功能擴展到家庭。于是我們采取將物聯(lián)網(wǎng)技術引入到心血管患者的遠程信息化監(jiān)控和日常管理系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)其日常管理的智能化、信息化。優(yōu)點是有利于降低心血管疾病患者的死亡率；有利于提高生活質(zhì)量，減少不必要的醫(yī)療花費。醫(yī)療監(jiān)控問題是全球共同關心的重要問題之一。然而現(xiàn)有的醫(yī)療監(jiān)控通常采用有線方式，常常把傳感設備直接安裝在患者的身體上，這樣導致許多問題的產(chǎn)生。比如，傳感設備的數(shù)量大，給患者帶來諸多的不方便；監(jiān)護人員一定要時時刻刻地守候在患者的身邊進行監(jiān)護，負責記錄溫度、血壓等等生理參數(shù)數(shù)據(jù)，并且注意病情的控制情況。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，于是有專家提出，在患者身上安置小型化的信息節(jié)點，借助于信息節(jié)點，對患者的主要數(shù)據(jù)進行采集，比如血壓、脈搏、溫度等，然后借助于物聯(lián)網(wǎng)將信息傳送到醫(yī)院的控制中心，控制中心進一步對收集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理等操作，為了安全起見，通常還需要對收集到的數(shù)據(jù)進行備份。假如發(fā)生異常事件，醫(yī)生可以參考數(shù)據(jù)，從而進行及時有效的醫(yī)療救援。綜合考慮心血管疾病患者的監(jiān)護需求，設計遠程監(jiān)護信息管理系統(tǒng)，指導社區(qū)醫(yī)院醫(yī)護人員的日常監(jiān)護和醫(yī)療工作。我們需要注意的問題主要有：網(wǎng)絡聯(lián)通性問題，保證具有較好的信號傳輸。傳感器節(jié)點設備的使用壽命通常為3年至7年。由于使用時間的增大，節(jié)點設備本身會陳舊和老化，導致傳輸線路或者光纖出故障，從而導致網(wǎng)絡出故障。為了保證設備的正常使用，我們需要對設備進行定期的維護，及時更換。電源出現(xiàn)故障的問題。通常情況下控制中心都需要裝備大功率的UPS電源，主要用于保證設備節(jié)點的供電，方便控制。也可以統(tǒng)一配置大的蓄電池。優(yōu)點主要為即使在電壓不穩(wěn)定的情況下，或者在完全斷電的情況下，設備節(jié)點也不會損壞。所以配置相當功率的UPS電源具有比較重要的意義。早些時期，有部分地區(qū)試圖過進行社區(qū)醫(yī)院和患者的監(jiān)護醫(yī)療一體化管理，但是執(zhí)行的效果不理想。分析其原因，主要是考慮到監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的實時性和正確性難以得到保證。在通常情況下，社區(qū)醫(yī)院對外部的網(wǎng)絡具有封閉性。社區(qū)醫(yī)療信息數(shù)據(jù)傳輸給三甲醫(yī)院一定要經(jīng)過嚴格審核。因為數(shù)據(jù)的有效性無法得到保證的原因，于是監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的參考性不足。有效解決的方法是再次進行監(jiān)測與數(shù)據(jù)傳輸。我們提出的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)方案，可以有效保障醫(yī)療監(jiān)護的質(zhì)量，醫(yī)生隊采集得到的遠程實時數(shù)據(jù)，進行健康評測，對患者的生理信息參數(shù)和心理狀態(tài)等可以執(zhí)行比較全面的醫(yī)療監(jiān)護。特別是對老年人患者，可以進行心血管疾病的管理，給患者提供醫(yī)療建議。醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的特點包括：系統(tǒng)功能比較全面，可以對心血管疾病患者進行在線解答，系統(tǒng)的實用性比較好。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術（Internet of things technology）

物聯(lián)網(wǎng)技術的概念為：通過RFID、紅外感應器、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，將物體與internet相連接，進行信息交換和交互作用，實現(xiàn)智能化識別、定位、監(jiān)控、管理的一種智能信息技術?！拔锫?lián)網(wǎng)技術”是在互聯(lián)網(wǎng)技術基礎上擴展的一種智能化技術。用戶端可以是所有物體進行信息交互。它的重要基礎是“internet技術”。國內(nèi)外普遍公認的關于internet of things的定義是MIT Auto-ID中心Ashton教授1999年在提出來的[2]。物聯(lián)網(wǎng)的概念在逐步發(fā)生變化，例如，2005年國際電信聯(lián)盟針對物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍進行了較大的拓展。物聯(lián)網(wǎng)正式概念的提出要追溯到2005年11月27日在突尼斯舉行的信息社會世界峰會，國際電信聯(lián)盟發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》的報告中。物聯(lián)網(wǎng)在中國引起廣泛的重視開始于2009年8月溫家寶總理提出的“感知中國”發(fā)言，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入“政府工作報告”。從此，物聯(lián)網(wǎng)在中國引起了重要的關注。關注程度甚至超過了美國、歐盟等等。說得通俗一些，物聯(lián)網(wǎng)就是人與物、物與物之間進行的信息交互和控制。其中的關鍵技術主要有兩項。（1）傳感器技術，這屬于計算機應用領域的重要技術。計算機處理的通常情況下都是數(shù)字信號。我們需要傳感器將模擬信號轉換成數(shù)字信號，然后計算機才能識別和處理。例如，RFID標簽屬于傳感器技術。RFID技術融合了嵌入式技術和無線射頻技術，RFID具有廣闊的應用前景，比如在自動識別、物品物流管理方面等等。（2）嵌入式技術，它將計算機軟硬件、集成電路技術、電子應用技術綜合為一體的一種技術。在人們的日常生活中，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品比較常見。嵌入式系統(tǒng)推動著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，并且逐步影響人們的日常生活。打個比方來說，傳感器可以比喻為人的感覺器官，如眼睛、鼻子等等，網(wǎng)絡可以比喻為人們的神經(jīng)系統(tǒng)，主要功能是用來傳遞信息。嵌入式系統(tǒng)可以比喻為人們的大腦，主要功能是進行信息處理。由此可見，傳感器、嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的地位和作用是非常重要的。物聯(lián)網(wǎng)典型的體系架構主要有三層，分別是網(wǎng)絡層、感知層、應用層。感知層的主要功能是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的全面感知，是物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術，屬于急需突破的關鍵點，可以用于解決低成本、小型化、低功耗等問題。網(wǎng)絡層屬于物聯(lián)網(wǎng)中標準化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強的部分，網(wǎng)絡層主要借助于廣泛覆蓋的移動通信網(wǎng)絡，為物聯(lián)網(wǎng)應用進行優(yōu)化升級，最終形成具有較強系統(tǒng)感知能力的網(wǎng)絡。應用層主要著眼于應用方面，應用層的重點是將行業(yè)信息化需求與物聯(lián)網(wǎng)技術結合起來，解決智能化的應用問題方案，難點在于有效商業(yè)模式的開發(fā)和信息安全的保障。通過無線傳感器網(wǎng)絡，采集所需的信息，然后運用讀寫器等收集其所需的數(shù)據(jù)信息，到達網(wǎng)關的終端進行匯聚后，借助于無線網(wǎng)絡運程將其傳送至指定的應用系統(tǒng)。另外，傳感器常常運用藍牙技術達到與傳感器網(wǎng)關進行通信的效果。目前市場上常見的傳感器可以檢測到相關的參數(shù)，比如壓力、溫度、濕度等等。因此人們可以運用網(wǎng)絡通信技術進行遠距離地信息傳輸，從而到達與應用系統(tǒng)之間進行有效信息交互的目的。物聯(lián)網(wǎng)技術屬于無線通信技術的范疇，最近物聯(lián)網(wǎng)技術在各應用領域中的發(fā)展速度較快。特別是在醫(yī)療領域中的應用前景比較廣泛?；谖锫?lián)網(wǎng)技術的遠程醫(yī)療監(jiān)護網(wǎng)絡系統(tǒng)的研究與設計逐漸成為有關研究人員目前的研究熱點問題。有關物聯(lián)網(wǎng)技術在醫(yī)療監(jiān)護上的應用前景得到社會的廣泛認識。研究者們利用全球廣泛存在的物聯(lián)網(wǎng)絡，借助于物聯(lián)網(wǎng)技術手段，能夠采集地理位置處于遠程的患者的生理數(shù)據(jù)參數(shù)信息，有助于醫(yī)生對患者進行診治與判斷，并且對患者提供及時的醫(yī)療服務和建議，患者對自身的健康狀況進行整體掌握[3]。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的社區(qū)醫(yī)院心血管患者遠程監(jiān)護

管理系統(tǒng)設計（Design of remote monitoring

system for cardiovascular patients in community

hospitals based on internet of things）

3.1 傳感器監(jiān)測節(jié)點設計

傳感器監(jiān)測節(jié)點主要探測心血管疾病患者的健康狀況，采集患者的身體參數(shù)信息。通常情況下，傳感器節(jié)點主要由微處理器器部分、數(shù)據(jù)采集部分、電源部分、通信部分組成。對于著眼于應用于醫(yī)療領域的物聯(lián)網(wǎng)設備來說，其主要考慮的重點是數(shù)據(jù)信息的可靠性和準確性[4]，于是我們考慮的傳感器類型主要有血氧傳感器、脈搏傳感器和體溫傳感器等。

如圖1所示為傳感器監(jiān)測節(jié)點的系統(tǒng)架構，包括：心率傳感器、血壓傳感器和溫度傳感器等等。節(jié)點的供電電源選用要求能夠持續(xù)供電一段較長的時間。

用于醫(yī)療領域的物聯(lián)網(wǎng)設備，主要考慮的因素是保證采集數(shù)據(jù)信息的可靠性和有效性。該模塊采用的傳感器包括心率脈搏傳感器、溫度傳感器、血壓傳感器[5]。

微處理器模塊選擇ATmegal28，該處理器的特點：功耗低、性能強、可移植性強等。ATmegal28L的軟件結構是專門為低功耗而設計的，具有內(nèi)外多種中斷模式。豐富的中斷模式大大降低了查詢的需要，可以方便設計出中斷程序結構的控制程序、上電復位和可編程的低電壓檢測。

由于無線醫(yī)療傳感設備具有小型化、可方便攜帶的特點，于是在電源模塊設計時，我們采用電池進行供電。按照低功耗原則設計傳感器節(jié)點，增加傳感器監(jiān)測節(jié)點的使用壽命。

3.2 遠程監(jiān)護管理系統(tǒng)總體設計

考慮到需要對患者的病情進行長期監(jiān)護，并且需要將這些長期監(jiān)護的數(shù)據(jù)保存起來，家庭監(jiān)護系統(tǒng)總體結構設計主要包括以下幾個組成部分：數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸模塊、遠程終端系統(tǒng)、中心服務器等[6]。

數(shù)據(jù)管理模塊：服務器收到發(fā)送過來的數(shù)據(jù)以后，需要使用管理軟件對數(shù)據(jù)進行解析，解析完成后將解析結果保存在相應的管理目錄下，最后將更新數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫，從而完成對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的更新功能。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息儲存于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，主要包括社區(qū)基本信息、醫(yī)生基本信息、患者基本生理信息等。

數(shù)據(jù)傳輸模塊：主要負責采集心血管疾病患者的主要生理數(shù)據(jù)信息，并且繪制成相應的波形圖，例如，脈搏波圖、心沖擊圖等；然后傳輸給本社區(qū)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

遠程終端系統(tǒng)：主要用于實現(xiàn)不同類型用戶的不同需求。醫(yī)生通過工作站軟件，查看心血管疾病患者的數(shù)據(jù)，分析、診斷心血管疾病患者病情，然后提出反饋信息；心血管疾病患者通過客戶端軟件，查看自己的報告信息和醫(yī)生的留言信息。

3.3 社區(qū)醫(yī)院遠程監(jiān)護網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸流程

終端設備主要負責采集心血管疾病患者的生理參數(shù)數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)傳輸給服務器。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，我們采用Socket通信技術。醫(yī)生通過客戶端從社區(qū)服務器，下載最新的數(shù)據(jù)，優(yōu)點是可以大大減輕中央服務器的網(wǎng)絡負擔，同時可以避免終端設備直接處理客戶端數(shù)據(jù)請求的事件發(fā)生。監(jiān)測中心的服務器主要包括：通訊服務器、用戶模塊、日志管理模塊、用戶管理界面和數(shù)據(jù)轉發(fā)模塊組成。其中的數(shù)據(jù)轉發(fā)模塊可以通過醫(yī)療信息局域網(wǎng)絡和醫(yī)療信息管理系統(tǒng)通信，從而達到病人數(shù)據(jù)的分析、病人電子病歷、病人信息數(shù)據(jù)的存儲、緊急事件報警管理的目的[7，8]。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸流程框圖如圖2所示。

服務器可以創(chuàng)建套接字，并且將套接字進行綁定，從而監(jiān)聽用戶的請求信息，如果有用戶請求，則接收用戶請求，進行通信。服務器不會隨著用戶的變化而發(fā)生改變，服務器的功能穩(wěn)定。我們采用動態(tài)鏈接庫的方式，增強服務器的擴展性和穩(wěn)定性。由于Delphi XE7具有簡單、功能強大、效率高等優(yōu)點，因此在用戶維護、日志管理、數(shù)據(jù)存儲與轉發(fā)，我們選用Delphi XE7。服務器獲得的病人數(shù)據(jù)信息可以轉發(fā)到醫(yī)療局域網(wǎng)絡，從而與其他信息管理子系統(tǒng)相連，這樣做的優(yōu)點是：醫(yī)院外面的病人和住院的病人同樣達到數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、緊急報警等功能。移動終端可以通過GPS模塊實時掌握病人的經(jīng)緯度信息，并且將這些信息傳輸?shù)结t(yī)院，方便醫(yī)生實時掌握病人的病情，提高病人的醫(yī)療質(zhì)量。

3.4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的監(jiān)護系統(tǒng)構架

物聯(lián)網(wǎng)借助于信息傳感器設備，按照規(guī)定的協(xié)議，實時采集需要監(jiān)控對象的各種需要的信息，把對象和互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息的交換和通信，以實現(xiàn)物與物、人與人，所有物品與整體網(wǎng)絡的連接，方便識別、管理和控制，從而實現(xiàn)智能識別、定位和監(jiān)控的網(wǎng)絡[10-13]。物聯(lián)網(wǎng)的體系架構從底層到上層，主要包括感知層、網(wǎng)絡層和應用層。系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)構架圖如圖3所示。

感知層：感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關鍵部分。其功能為“感知”，即通過傳感網(wǎng)絡獲取信息。感知層主要包括基本的感應器件、感應器組成的網(wǎng)絡兩大部分組成。其中感應器件主要包括RFID標簽和讀寫器、傳感器、攝像頭等基本標識和傳感器件組成；網(wǎng)絡主要包括RFID網(wǎng)絡、傳感器網(wǎng)絡等。感知層通過傳感器技術、RFID技術等采集信息。感知層主要功能是識別對象、采集信息，這與人體結構中皮膚、五官的作用比較類似。

網(wǎng)絡層：感知層感知并且采集到的數(shù)據(jù)信息，需要通過網(wǎng)絡傳輸?shù)胶笈_進行處理。網(wǎng)絡層主要負責傳輸信號。目前傳輸信息應用的網(wǎng)絡先進技術主要包括第6版互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

（IPv6）、新型無線通信網(wǎng)、自組網(wǎng)技術等，正在向傳輸速度更快、傳輸帶寬更寬、智能化程度更高的接入和網(wǎng)絡管理方向發(fā)展。

應用層：應用層在用戶的前端界面上。應用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應用。物聯(lián)網(wǎng)應用層的功能是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應用。物聯(lián)網(wǎng)應用層主要包括服務支撐層和應用子集層。