姚麗菡　陳建輝　車艷　黃淋云

摘要：醫(yī)療健康是人類發(fā)展永恒關(guān)注的主題之一。針對現(xiàn)有的醫(yī)療健康管理系統(tǒng)安全性低、資源利用不足及服務(wù)效率低等問題，提出一種基于區(qū)塊鏈和5G網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)云聯(lián)健康管理系統(tǒng)，即采用區(qū)塊鏈提供的智能合約技術(shù)，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)信息采集端，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的可信組網(wǎng)連接。同時，建立物聯(lián)網(wǎng)云聯(lián)服務(wù)系統(tǒng)，醫(yī)生和患者可以隨時隨地查看采集設(shè)備狀態(tài)及數(shù)據(jù)。所提出系統(tǒng)采用醫(yī)療健康數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)、醫(yī)療設(shè)備互聯(lián)互通與信息融合技術(shù)和個性化智能推薦服務(wù)技術(shù)，給人們的日常健康監(jiān)護(hù)、醫(yī)療資源配置等提供便利，具有重要指導(dǎo)意義和市場價值。

關(guān)鍵詞：5G網(wǎng)絡(luò);區(qū)塊鏈;物聯(lián)網(wǎng)云聯(lián)系統(tǒng);智能推薦系統(tǒng)

中圖分類號：TN929.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、工業(yè)互物網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺有助于產(chǎn)業(yè)升級，同時為提升醫(yī)療救治、養(yǎng)老醫(yī)療服務(wù)水平等提供了重要技術(shù)手段，這為疫情“大考”之下，醫(yī)療健康領(lǐng)域創(chuàng)新服務(wù)的推出奠定了基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使一些慢性病患者可以通過物聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)療健康系統(tǒng)隨時關(guān)注自己的健康狀況。基于區(qū)塊鏈和5G網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)云聯(lián)健康管理系統(tǒng)主要由4部分組成：5G物聯(lián)網(wǎng)信息采集端、5G網(wǎng)絡(luò)傳輸、區(qū)塊鏈可信網(wǎng)組網(wǎng)及健康管理平臺。其中，5G物聯(lián)網(wǎng)信息采集端主要通過智能裝置（如智能血糖儀、智能血壓計(jì)等）完成人體血糖、脈搏、血壓、心電等生理參數(shù)的采集。5G傳輸?shù)牡蜁r延、高可靠特性和區(qū)塊鏈的“去中心化”協(xié)作、分布式數(shù)據(jù)存儲和智能合約等技術(shù)能有效提高醫(yī)療安全性以及高質(zhì)量和精準(zhǔn)化管理水平。5G前端采集用戶生理參數(shù)信息，通過5G加密傳輸?shù)浇】倒芾鞟PP，經(jīng)過大數(shù)據(jù)后臺服務(wù)器分析得出健康結(jié)論，由醫(yī)生最后確認(rèn)診斷意見再返回用戶終端。物聯(lián)網(wǎng)云聯(lián)健康管理對提高醫(yī)院的服務(wù)能力以及對病情的早期預(yù)防，都具有非常重要的實(shí)用價值[1-2]。

整個系統(tǒng)采用先進(jìn)診療可穿戴設(shè)備采集用戶數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)上傳到后臺數(shù)據(jù)庫。后臺數(shù)據(jù)庫存儲前端設(shè)備上傳數(shù)據(jù)，實(shí)時監(jiān)控管理接入前端設(shè)備的狀態(tài)與運(yùn)行情況，并遠(yuǎn)程控制前端設(shè)備。健康管理APP作為與用戶交互的系統(tǒng)控制軟件，完成參數(shù)設(shè)置以及回傳后臺經(jīng)過醫(yī)師確認(rèn)后的大數(shù)據(jù)診斷結(jié)果。具體流程如下：APP發(fā)送相關(guān)控制命令，后臺數(shù)據(jù)庫調(diào)用接口作出響應(yīng)，并下發(fā)用戶執(zhí)行命令到前端可穿戴設(shè)備;前端可穿戴設(shè)備收集用戶相關(guān)信息，包括心率變化、血壓狀態(tài)、血糖濃度等，通過5G傳輸至手機(jī)APP后加密發(fā)送至后臺，健康管理服務(wù)器對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析以及推薦，進(jìn)而根據(jù)綜合分析后的結(jié)果為患者提供精準(zhǔn)的健康管理服務(wù)[3]。系統(tǒng)框架如圖1所示。

1 物聯(lián)網(wǎng)信息采集端

便攜式智能穿戴設(shè)備采用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及移動平臺終端，具有攜帶方便、功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定、病歷及病情智能分析、遠(yuǎn)距離專家診療等優(yōu)點(diǎn)。便攜式智能穿戴系統(tǒng)采用先進(jìn)診療傳感器，采集患者數(shù)據(jù)信息自動上傳，實(shí)現(xiàn)病人生命體征的實(shí)時感知，病人通過便攜式生命體征監(jiān)護(hù)儀，實(shí)時監(jiān)護(hù)病人的生命體征，通過5G網(wǎng)絡(luò)，把數(shù)據(jù)交給醫(yī)療終端平板設(shè)備[4-5]。

5G物聯(lián)網(wǎng)信息采集端包含脈搏波信號模塊、心率采集模塊、血壓采集模塊、血糖采集模塊等其他POCT采集設(shè)備（圖2）。

1） 心電采集模塊：是采用AD8232單導(dǎo)聯(lián)心電測量，用來測量心臟電活動的心率監(jiān)聽器。這個電信號可以繪制成心電圖，作為模擬量輸出。AD8232單導(dǎo)心率監(jiān)聽器可以通過放大器，獲得PR和QT間隔的一個明確的電信號，通過此電信號，可以判別心率的變化。

2）脈搏波信號模塊：脈搏波信號是檢測人體是否健康的一個重要生理指標(biāo)。脈搏波信號模塊是DHRM型數(shù)字式脈搏檢測模塊基于光電法（反射法）測脈搏技術(shù)研發(fā)而成的新一代智能脈搏檢測模塊。通過此模塊可以實(shí)時地將被測者脈搏信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號輸出，讀取脈搏模塊代碼如下：

unsigned char cmdRead[] = {"AT+MD：1＼〖WTBX〗r"};

void main（void）

{ unsigned char uart1RxBuff[30];

InitClock（）;//初始化時鐘

InitUART0（）;//初始化串口USART0

InitUART1（）;//初始化串口USART1

UART0_SendStr（"UART1初始化完成＼〖WTBX〗n"，16）;//發(fā)送串口初始化成功消息

UART1_SendStr（cmdRead，sizeof（cmdRead））;

while（1）

{ UART1_ReadStr（uart1RxBuff，'＼〖WTBX〗n'）;

UART0_SendStr（uart1RxBuff，strlen（uart1RxBuff））;

}}

3）血壓采集模塊：是由數(shù)字血壓檢測模塊、放氣閥、電磁閥和氣路管件等組成。模塊具有豐富實(shí)用的AT命令，可實(shí)現(xiàn)軟、硬件版本查詢，電磁閥開閉，自動測量啟動，氣泵啟停，心率周期數(shù)據(jù)，單位查詢或換算，個性化測量等。

4）血糖數(shù)據(jù)采集模塊：采用M702模塊自帶熱敏電阻，通過發(fā)送指令，以檢測病人的血糖和血尿酸數(shù)值。

2 5G數(shù)據(jù)傳輸

5G（5th generation mobile communication technology）是指第五代移動電話行動通信標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速度理論上可高達(dá)每秒數(shù)十Gb，具有低時延，可滿足高清視頻、高數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊男枨?。目?G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域，醫(yī)療行業(yè)需要與運(yùn)營商合作，以獲得行業(yè)專用頻段。

1）“5G醫(yī)療云專網(wǎng)”網(wǎng)關(guān)

“5G醫(yī)療云專網(wǎng)”是面向醫(yī)療行業(yè)的5G網(wǎng)絡(luò)，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，專網(wǎng)的數(shù)據(jù)不會上公網(wǎng)，而是搭建一條“專建、專享、專運(yùn)、專維”線路。

從物理傳輸網(wǎng)絡(luò)層面上，對數(shù)據(jù)進(jìn)行第一層安全保護(hù)以及對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高性能網(wǎng)絡(luò)切片，其安全可信做到網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證接入、加密數(shù)據(jù)傳輸均需安全穩(wěn)定可靠。通過5G網(wǎng)絡(luò)物理資源，根據(jù)各行業(yè)應(yīng)用不同，進(jìn)行定制化網(wǎng)絡(luò)部署，實(shí)現(xiàn)本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的卸載、分流與隔離。

2） 云端會診

云端會診平臺對于5G網(wǎng)絡(luò)可靠性要求極高，能夠支持4K/8K的遠(yuǎn)程高清視頻，可實(shí)現(xiàn)高清遠(yuǎn)程接診、可視化遠(yuǎn)程會診、手術(shù)示教等應(yīng)用。專家通過遠(yuǎn)程會診中心，打開患者醫(yī)療高清影像，查閱患者就診數(shù)據(jù)，并與患者進(jìn)行實(shí)時音視頻交流，實(shí)時開展遠(yuǎn)程在線病歷討論、遠(yuǎn)程移動會診等，促進(jìn)醫(yī)療服務(wù)和優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源共享等目的[6]。

3 區(qū)塊鏈+智慧家庭醫(yī)療

區(qū)塊鏈技術(shù)能夠保障醫(yī)療提供數(shù)據(jù)的安全性，且這些臨床試驗(yàn)記錄可被實(shí)時追蹤，能降低在臨床試驗(yàn)記錄中的出錯和偽造，從而在健康管理存檔、精準(zhǔn)醫(yī)療、醫(yī)療大數(shù)據(jù)高效等方面起著密切協(xié)同的重要作用[7]。

基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，是在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中增加身份認(rèn)證、非對稱密碼加解密、共識算法以及智能合約技術(shù)，通過區(qū)塊鏈賦能物聯(lián)網(wǎng)，其主要是在物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間的交互操作等（圖3）。

如圖3，區(qū)塊鏈作為一種公共數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫的去中心化處理，安全有效地存儲在一個個區(qū)塊中，通過授權(quán)簽約居民的體檢報告數(shù)據(jù)，電子病歷數(shù)、健康監(jiān)測、服藥情況等可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)，在不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)診治檢查時，只需通過輸入用戶信息便可查證用戶的所有診斷治療記錄信息。這大大提升了家庭醫(yī)生的病情跟蹤訪問能力、工作效率以及健康管理實(shí)力，完善綜合性、連續(xù)性、公開性、可追溯的醫(yī)療服務(wù)，在一定程度上也改善了醫(yī)患關(guān)系，擴(kuò)大了社會信任機(jī)制[7-9]。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)云聯(lián)健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)系統(tǒng)是一個開放的公共物聯(lián)網(wǎng)接入平臺。用戶可以通過不同的方式訪問云服務(wù)，其分布式的架構(gòu)與虛擬化的結(jié)合極大地提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性;同時，在應(yīng)對災(zāi)難時可以獲得來自虛擬化的高、且可用的容災(zāi)特性，提高系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和健壯性。醫(yī)療設(shè)備管理也主要基于前臺、后臺管理以及健康管理系統(tǒng)，并根據(jù)醫(yī)院實(shí)際環(huán)境特點(diǎn)對其進(jìn)行改進(jìn)和完善。前臺管理為數(shù)據(jù)采集的終端設(shè)備（如智能腕表、智能血壓計(jì)、智能血糖儀等其他POCT設(shè)備），后臺管理由數(shù)據(jù)庫、中間件和信息采集、匯總、大數(shù)據(jù)分析與推薦平臺以及健康管理系統(tǒng)組成。

4.1 醫(yī)院工作站W(wǎng)eb端設(shè)計(jì)

由用戶終端采集患者信息，利用遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)統(tǒng)計(jì)從用戶物聯(lián)網(wǎng)終端傳來的生命體征數(shù)據(jù)，并通過5G網(wǎng)絡(luò)專網(wǎng)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器中心。服務(wù)器中心除了儲存用戶醫(yī)療信息，還會儲存醫(yī)師對用戶相關(guān)病情的診斷及診斷結(jié)果，這樣患者便可直接通過遠(yuǎn)程醫(yī)療終端查看醫(yī)師的反饋結(jié)果。其次，將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，還將方便醫(yī)師對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分析與統(tǒng)計(jì)。

用戶進(jìn)入系統(tǒng)注冊界面，完成注冊后進(jìn)入系統(tǒng)。醫(yī)院工作站W(wǎng)eb端主功能有6個功能模塊：個人信息、診斷與咨詢、家庭急救、癥狀查詢、健康咨詢、疾病查詢，如圖4所示。在“個人信息”界面當(dāng)中，包含了“血壓”“體溫”“血糖”“心電”“心率”這5個生理參數(shù)，主要用來幫助用戶隨時關(guān)注自己的身體健康基本情況，一旦指標(biāo)有所浮動也可及時線上向醫(yī)生咨詢，實(shí)現(xiàn)“足不出戶”在家看病。

4.2 移動端健康管理APP設(shè)計(jì)

家庭健康衛(wèi)士系統(tǒng)包含自我診斷、家庭急診、家庭急救、疾病查詢、癥狀查詢、藥品查詢、醫(yī)院和藥店、健康咨詢、個人中心等各個健康基礎(chǔ)模塊（圖5）。其中，個人信息模塊又由登錄模塊、患者選擇、心電采集模塊、血壓采集等模塊組成（圖6）。

用戶通過手機(jī)登錄家庭健康衛(wèi)士系統(tǒng)，在手機(jī)APP界面的個人信息模塊中能夠?qū)崟r查看血糖、心電圖、血壓、 心率等生理參數(shù)。用戶在查看生理參數(shù)時，系統(tǒng)會顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)和監(jiān)護(hù)界面，比如患者的心電圖的胰蛋白酶膽固醇等參數(shù)（圖7），可以更直觀地展現(xiàn)用戶的生理參數(shù)信息。

若用戶對于診斷結(jié)果有一些常規(guī)的咨詢，可以在APP里先進(jìn)行線上咨詢。系統(tǒng)會根據(jù)咨詢反饋?zhàn)詈蟮慕Y(jié)果，如圖8所示。

4.3 醫(yī)療健康數(shù)據(jù)智能推薦系統(tǒng)

個性化健康管理服務(wù)的前提是需要收集用戶大量、可靠、真實(shí)的健康數(shù)據(jù)，然后對用戶群體進(jìn)行聚類分析和因子分析。近年來醫(yī)療信息化普及，使線上聚集大量健康醫(yī)療信息，通過搜索引擎系統(tǒng)從海量數(shù)據(jù)中尋找用戶的需求以及用戶喜歡的內(nèi)容。要想做到“千人千面”，又能做到“精準(zhǔn)推薦”，一個健康的推薦系統(tǒng)是必不可少的。好的推薦系統(tǒng)，不僅要保證自身的“健康”，還要滿足服務(wù)平臺、用戶等多方面的需求。推薦系統(tǒng)主要包括從用戶角度（圖9）和平臺角度（圖10）。

系統(tǒng)管理主要實(shí)現(xiàn)了后臺和前臺信息的各類操作，前臺頁面結(jié)合個性化服務(wù)模塊可以為用戶提供較豐富的使用體驗(yàn)[10-11]（圖9），后臺文件包括醫(yī)護(hù)人員管理、權(quán)限管理、日志管理等（圖10）。

4.3.1 前端服務(wù)模塊實(shí)現(xiàn)

前端主要采用HTML實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)前端的快速開發(fā)，減少開發(fā)時間，接入了漸進(jìn)式開發(fā)框架Vue以及ElementUI組件庫，開發(fā)環(huán)境采用node.js。前端接入Axios庫，作為與后端請求的Http庫，將相關(guān)操作異步推薦給用戶，如下一次登錄請求的操作：

this.MYMaxios（{

url： this.MYMBaseUrl + （'/sys/login/adminLogin'），

method： "post"，

data： {

username： '88888888888'，

password： '123456'

}，

}）.then（（{ data }） => { if （data && data.code == 0） {

let time = new Date（new Date（）.getTime（） + 2 * 60 * 60 * 1000）;

cookie.set（"token"， data.token， { expires： time }）;

this.MYMrouter.go（0）;

} else {

this.MYMmessage（{

type： "error"，

message： "登錄失敗"，

}）; }}）;

4.3.2 后臺管理模塊實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的后端將采用Go語言技術(shù)開發(fā)以實(shí)現(xiàn)對前端請求的高并發(fā)處理，并基于Iris Web開發(fā)框架，以符合RestFul Api開發(fā)規(guī)范，從而使QPS達(dá)到15 000的突出性能。以下為幾個RestFul Api接口：

POST/sys/login/adminLogin

GET /sys/manager/info/{id}

POST /sys/manager/{id}/update

POST /sys/manager/save

GET /sys/doctor/list

POST /sys/doctor/save

POST /sys/doctor/delete

GET /search？q={txt}

已登錄為例，返回的接口JSON數(shù)據(jù)為：

{

code： 0

token： Jziw1314j2948AIJQ23ZLJOw==231

data： {

username： “13688888888”

}}

5 結(jié)論

隨著國民對個人身體健康的關(guān)注不斷增加，云聯(lián)健康管理系統(tǒng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、5G專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈技術(shù)，對采集到的用戶生命特征數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析及診斷，進(jìn)而根據(jù)綜合分析診斷后的結(jié)果為患者提供精準(zhǔn)的健康管理服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程體檢并實(shí)時查詢結(jié)果，提高了醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量和醫(yī)療資源的利用率，為人們提供日常的健康監(jiān)護(hù)、醫(yī)療資源配置，具有重要的指導(dǎo)意義。在未來的研究工作中，將致力于研究搭建基于人工智能的智慧醫(yī)療平臺，為醫(yī)務(wù)人員、廣大患者、科技科研人員及政府決策提供支撐，開拓更廣闊的5G+人工智能的醫(yī)療健康市場。參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：曾晶）

Research on Internet of Things Cloud Health Management

System Based on Blockchain and 5G Network

YAO Lihan CHEN Jianhui CHE Yan HUANG Linyun

（1.College of Electromechanical and Information Engineering，Putian University，Putian 351100，China;

2.Private Healthcare Big Data Application， Fujian Provincial Universities Engineering Research Center， Putian 351100，China）Abstract： Medical health is one of the eternal themes of human development. To solve the existing problems such as the insecurity of medical and health management system， the insufficient resource utilization and the low service efficiency， the author presents an Internet of Things cloud health management system based on Blockchains and 5G network， and builds the Internet of Things information acquisition system to realize the trusted network connection between the Internet of Things devices， using the smart contract technology provided by Blockchains. At the same time， the cloud connection service system of the Internet of Things is established， so that doctors and patients can view the status and data of the equipment collected anytime and anywhere. Adopting intelligent analysis of health data， interconnection and information fusion technology of medical equipment and personalized intelligent recommendation service technology， the proposed system provides convenience for people’s daily health monitoring and medical resource allocation， and has an important instructive significance and a great market value.

Key words： 5G network; Blockchain; Internet of Things cloud connection system; intelligent recommendation system