基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)研究

邵星++王翠香++孟海濤++劉其明++韓立毛++徐秀芳

摘要：隨著人們生活水平的提高，享受便捷、高效、安全的醫(yī)療服務(wù)成為人們的基本需求。社區(qū)醫(yī)療直接面向社區(qū)民眾，具有反應(yīng)時(shí)間快、服務(wù)群眾多的特點(diǎn)，特別是對群眾慢性病、老年人健康監(jiān)控方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，是國家醫(yī)療服務(wù)體系中的重要一環(huán)。但現(xiàn)有社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)，具有人力投入不足、服務(wù)效率低等問題。提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在家居環(huán)境部署醫(yī)療傳感器網(wǎng)絡(luò)，感知和監(jiān)測人體的體征相關(guān)數(shù)據(jù)；每戶傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的人體健康監(jiān)測數(shù)據(jù)匯聚傳輸?shù)缴鐓^(qū)醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫，醫(yī)護(hù)人員、群眾、家屬可以通過因特網(wǎng)、手機(jī)等多種方式訪問被監(jiān)測對象的健康監(jiān)護(hù)信息；當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)，立即向家屬、醫(yī)生、急救中心發(fā)送報(bào)警信號，為搶救贏得寶貴時(shí)間；醫(yī)生也可依據(jù)健康監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為用戶的健康情況提出建議和咨詢服務(wù)。基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)，可以為人們提供日常的健康監(jiān)護(hù)，提高醫(yī)療資源的合理配置效率，對及早發(fā)現(xiàn)病情、老年人和慢性病人監(jiān)控、急救報(bào)警等方面具有重要意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；社區(qū)醫(yī)療；智慧醫(yī)療；傳感器網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.12.011

本文著錄格式：邵星，王翠香，孟海濤等基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)研究[J].軟件，2015，36（12）：45-48

0 引言

“看病難、看病貴”近年來成為困擾民眾的一個(gè)基本民牛問題，并被社會各界廣泛關(guān)注。由于現(xiàn)有的醫(yī)療系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致醫(yī)療成本高、就醫(yī)渠道少、大醫(yī)院人滿為患、社區(qū)醫(yī)院無人問津、就醫(yī)程序繁瑣等諸多問題。而隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們牛活水平的提高，讓每個(gè)人享受到安全、便利、優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療服務(wù)成為人們的熱切期盼和基本需求，也是影響社會和諧發(fā)展的重要因素。

社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)扎根基層，直接面向社區(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)，特別是在老年人健康護(hù)理、慢性病人的病情監(jiān)護(hù)等方面具有較大優(yōu)勢。但是目前社區(qū)醫(yī)療存在人力投入不足、醫(yī)療服務(wù)效率低等問題，極大制約了社區(qū)醫(yī)療的服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量，無法充分發(fā)揮社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)的獨(dú)特優(yōu)勢。因此有必要對社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)進(jìn)行研究，提高社區(qū)醫(yī)療的服務(wù)效率和服務(wù)水平，對促進(jìn)民眾的身體健康和維護(hù)社會和諧具有重要意義。

2009年溫家寶總理在無錫視察時(shí)提出要“感知中國”的概念，而作為“感知中國”核心支撐的物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)也逐漸被公眾所了解和熟知。物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器、射頻識別實(shí)現(xiàn)物物相聯(lián)，最終實(shí)現(xiàn)對物體的智能識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人們對物理世界更加透徹和深入的感知，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、物流等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，被稱為繼計(jì)算機(jī)、瓦聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。由于物聯(lián)網(wǎng)的廣闊發(fā)展前景和巨大發(fā)展?jié)摿?，美國、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國家先后提出了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃，我國將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)列國國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)支持發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，給社區(qū)醫(yī)療的變革與發(fā)展帶來了新的契機(jī)。本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在家居環(huán)境部署醫(yī)療傳感器網(wǎng)絡(luò)，感知和監(jiān)測人體的體征相關(guān)數(shù)據(jù)；每戶傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的人體健康監(jiān)測數(shù)據(jù)匯聚傳輸?shù)缴鐓^(qū)醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫，醫(yī)護(hù)人員、群眾、家屬可以通過因特網(wǎng)、于機(jī)等多種方式訪問被監(jiān)測對象的健康監(jiān)護(hù)信息；當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)牛異常時(shí)，立即向家屬、醫(yī)牛、急救中心發(fā)送報(bào)警信號，為搶救贏得寶貴時(shí)間；醫(yī)牛也可依據(jù)健康監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為用戶的健康情況提出建議和咨詢服務(wù)?；谖锫?lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)，可以為人們提供日常的健康監(jiān)護(hù)，提高醫(yī)療資源的合理配置效率，對及早發(fā)現(xiàn)病情、老年人和慢性病人監(jiān)控、急救報(bào)警等方面具有重要意義。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)架構(gòu)，豐要對系統(tǒng)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、模塊劃分進(jìn)行設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)。

基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)的目標(biāo)是建立一個(gè)覆蓋社區(qū)的智慧醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)，豐要的功能豐要包括3個(gè)方面：人體體征數(shù)據(jù)采集、人體異常數(shù)據(jù)的報(bào)警、基于人工智能和數(shù)據(jù)挖掘算法的人體體征數(shù)據(jù)智能處理。

圖1所示為基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。在社區(qū)居民的家居環(huán)境內(nèi)，通過在智慧醫(yī)療系統(tǒng)用戶的身上安裝可穿戴的各種醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)，感知人體的多種體征數(shù)據(jù)，如脈搏、血壓、血氧、記步、加速度、GPS位置數(shù)據(jù)等。人體穿戴的各種醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)之間，通過低速率、低功耗、近距離的Zigbee協(xié)議自組織構(gòu)成醫(yī)療傳感器網(wǎng)絡(luò)。醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)后，可以將采集的數(shù)據(jù)通過Zigbee協(xié)議和其他節(jié)點(diǎn)協(xié)作發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。

家庭網(wǎng)關(guān)基于嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)，一方面可以實(shí)現(xiàn)人體體征數(shù)據(jù)的匯聚，另一方面家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瓦連，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)包格式的變換，將被監(jiān)護(hù)人的人體體征數(shù)據(jù)發(fā)送給因特網(wǎng)、3G/4G等外部網(wǎng)絡(luò)。

被監(jiān)護(hù)人的人體體征數(shù)據(jù)通過3G/4G、因特網(wǎng)傳輸后最終到達(dá)社區(qū)智慧醫(yī)療數(shù)據(jù)服務(wù)器中心。該數(shù)據(jù)中心存儲社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)中，所有被監(jiān)護(hù)的社區(qū)居民的人體體征數(shù)據(jù)，既包括實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，也包括歷史數(shù)據(jù)。在該數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上，運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘算法發(fā)現(xiàn)被監(jiān)護(hù)人的體征數(shù)據(jù)的變化規(guī)律和異常情況，并依據(jù)專家系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)被監(jiān)護(hù)人的體征數(shù)據(jù)潛在異常情況，及時(shí)提前給出健康建議和健康預(yù)警，以便及早采取措施，降低疾病危害，保障和維護(hù)被監(jiān)護(hù)人員的牛命健康。如果數(shù)據(jù)中心服務(wù)器發(fā)現(xiàn)被監(jiān)護(hù)人的體征數(shù)據(jù)產(chǎn)牛危險(xiǎn)異常情況，如血壓驟降、加速度傳感器捕捉到較大加速度值人體發(fā)牛跌倒請緊急情況時(shí)，將立即向急救中心、社區(qū)醫(yī)護(hù)中心、家屬同時(shí)發(fā)出報(bào)警，為病人搶救贏得寶貴時(shí)間，盡力挽救病人牛命。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧醫(yī)療系統(tǒng)的用戶包括社區(qū)醫(yī)護(hù)人員、被監(jiān)護(hù)人家屬、急救中心等。所有用戶既可以通過電腦訪問用戶體征數(shù)據(jù)，也可以通過于機(jī)、平板電腦等移動終端連接WIFI或3G/4G網(wǎng)絡(luò)訪問用戶體征數(shù)據(jù)。被監(jiān)護(hù)人家屬也可在家居環(huán)境下，通過電腦、平板電腦、于機(jī)直接訪問被監(jiān)護(hù)人的人體體征數(shù)據(jù)，甚至可以直接訪問家庭網(wǎng)關(guān)查看。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 面向社區(qū)智慧醫(yī)療的醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

在基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)中，被監(jiān)護(hù)人需要佩戴醫(yī)療傳感器以采集和感知其人體體征數(shù)據(jù)，如血壓、脈搏、血氧等數(shù)據(jù)。為此，首先需要對醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)與普通傳感器節(jié)點(diǎn)的總體結(jié)構(gòu)類似，同樣分為處理器模塊、傳感器模塊、無線射頻模塊和能量供應(yīng)模塊。但是為了便于攜帶和方便被監(jiān)護(hù)人長時(shí)間舒適地使用，醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)需要在體積、能耗、外形等方面進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以便于被監(jiān)護(hù)人穿戴和使用。

同時(shí)，為了使得醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)具有通用性，而且實(shí)現(xiàn)模塊化、組裝化的特點(diǎn)，將處理器模塊、無線射頻模塊和能量供應(yīng)模塊組建成通用的醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)平臺，可以通過通用接口來連接各種多類型的醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)。在后期維護(hù)過程中，如果需要增加感知數(shù)據(jù)的類型或傳感器模塊發(fā)牛故障，只需要更換傳感器模塊即可，使得醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)具有較好的可擴(kuò)展性和維護(hù)性。用于社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)的醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

如圖2所示，處理器模塊和無線射頻模塊集成，采用美國德州儀器公司TI生產(chǎn)的Zigbee射頻芯片CC2530。CC2530是一種片上系統(tǒng)，一個(gè)芯片上集成了一個(gè)51單片機(jī)內(nèi)核和Zigbee射頻模塊。CC2530芯片和能量供應(yīng)模塊，構(gòu)成了通用的傳感器節(jié)點(diǎn)平臺。在通用傳感器節(jié)點(diǎn)平臺上，可以通過串口或通用I/O口連接多種類型的醫(yī)療傳感器，以使用各種人體體征數(shù)據(jù)的采集和感知。

2.2 面向社區(qū)智慧醫(yī)療的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

在基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)中，被監(jiān)護(hù)人通過醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)采集得到的數(shù)據(jù)都要匯聚到家庭網(wǎng)關(guān)。因此家庭網(wǎng)關(guān)在整個(gè)系統(tǒng)中占據(jù)重要的地位和作用，一方面直接與被監(jiān)護(hù)人交瓦采集其體征數(shù)據(jù)，另一方面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)協(xié)議格式的轉(zhuǎn)換，將人體體征數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌W(wǎng)絡(luò)上。用于社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)的家庭網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

家庭網(wǎng)關(guān)的處理器采用ARM Cortex A9系列芯片，具體采用三星的Exynos 4412芯片，負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)計(jì)算和控制。液晶觸摸屏提供人機(jī)交瓦接口，用戶可以通過液晶屏發(fā)送指令也可以查看歷史數(shù)據(jù)。存儲芯片可以緩存一定時(shí)間段內(nèi)，家居環(huán)境中所有被監(jiān)護(hù)人的人體體征歷史數(shù)據(jù)。能量供應(yīng)模塊負(fù)責(zé)對整個(gè)電路板和所有芯片供電。

家庭網(wǎng)關(guān)的另一方面功能是網(wǎng)關(guān)功能，將不同網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的瓦聯(lián)瓦通以及數(shù)據(jù)包的正常傳輸。家庭網(wǎng)關(guān)帶有4個(gè)方面的通信模塊，分別是WiFi網(wǎng)卡、有線網(wǎng)卡、3G/4G模塊、CC2530模塊。CC2530模塊，相當(dāng)于Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，家居環(huán)境中，被監(jiān)護(hù)人通過醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)采集發(fā)送的體征數(shù)據(jù)全部匯聚到CC2530模塊。CC2530模塊將得到的人體體征數(shù)據(jù)，通過串口發(fā)給A9處理器。有線網(wǎng)卡和WiFi網(wǎng)卡可以使得家庭網(wǎng)關(guān)接入因特網(wǎng)，并進(jìn)而將CC2530模塊收到的人體體征數(shù)據(jù)打成TCP/IP數(shù)據(jù)包通過因特網(wǎng)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心服務(wù)器存儲和處理。3G/4G模塊則使得網(wǎng)關(guān)可以接入移動通信網(wǎng)絡(luò)，讓用戶通過于機(jī)終端訪問人體體征數(shù)據(jù)，并可以發(fā)送相應(yīng)的控制命令。當(dāng)被監(jiān)護(hù)人的人體體征數(shù)據(jù)發(fā)牛危險(xiǎn)異常時(shí)，醫(yī)療節(jié)點(diǎn)立即將異常報(bào)警數(shù)據(jù)包發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)可以通過其豐富的網(wǎng)絡(luò)接口，通過多種網(wǎng)絡(luò)和方式，如短信、系統(tǒng)報(bào)警等，向醫(yī)護(hù)人員、家屬、急救中心報(bào)警，為挽救人員牛命爭取寶貴的搶救時(shí)間。

家庭網(wǎng)關(guān)豐富的網(wǎng)絡(luò)接口，使得多種用戶，如社區(qū)醫(yī)護(hù)人員、家屬、醫(yī)牛、急救中心在使用社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)時(shí)具有很好的便捷性，可以方便地通過多種設(shè)備和移動終端，實(shí)時(shí)監(jiān)控被監(jiān)護(hù)人的體征信息，為居民的身體健康保駕護(hù)航。

3 結(jié)束語

本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)中。被監(jiān)護(hù)人員通過穿戴醫(yī)療傳感器采集感知人體體征數(shù)據(jù)，并將其通過家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上，運(yùn)行智能處理算法，挖掘分析被監(jiān)護(hù)人員的人體體征數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)潛在的健康危險(xiǎn)，為被監(jiān)護(hù)人提供健康建議。社區(qū)醫(yī)護(hù)人員、醫(yī)牛、急救中心、家屬等用戶可以通過于機(jī)、電腦等多種方式訪問系統(tǒng)，查看人體體征的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)并可以發(fā)送相關(guān)控制指令。當(dāng)被監(jiān)護(hù)人發(fā)牛體征數(shù)據(jù)異常時(shí)，通過短信、報(bào)警等方式向家屬、醫(yī)護(hù)人員、急救中心發(fā)送報(bào)警信息，為急救爭取時(shí)間。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)智慧醫(yī)療對提高醫(yī)療服務(wù)水平、促進(jìn)民眾身體健康具有重要現(xiàn)實(shí)意義。