基于物聯網的人工智能家庭醫護系統的實現

文/徐金農 姚虎 祁鴻姬 樊明成 張爾東

隨著醫療信息化發展步伐加快，未來針對醫療產品的設計將會向個性化、移動化方向發展。即通過互聯網實現患者、醫護人員、醫療設備、醫療機構之間的互動溝通，目的是圍繞患者（用戶），通過智能化，網絡化的手段提供醫療服務，達到在服務成本、服務質量和服務效率三方面的和諧發展。

1 研究目的與意義

據社科統計，現時中國老齡化逐年增長速度為3.4%，到2020年，中國老年人口將達到2.48億，老齡化水平將達到17.17%，空巢老人的數量在不斷增加；另一方面由于對兒童缺乏有效看護，導致的安全問題也日益受到廣泛關注。本項目設計重點在于通過用戶戴的智能設備對其生命體征和所處環境信息進行實時監控，以無線傳輸方式將監測數據傳送至服務器并對其進行實時處理和反饋，同時用戶、家人及醫護人員也可以通過手機APP實時掌握用戶的生命體征信息和所處環境信息，減少用戶（老人、兒童及特殊人群）疾病的突發率，便于預防和及時治療。

2 系統硬件設計

硬件系統采用Arduino Mega2560和Arduino Uno作為核心控制器，多種傳感器協同工作，實時監測用戶生命體征數據。其中通過MDL0019腕帶心率測量模塊，配合Pulse Sensor脈搏傳感器佩戴至指尖、耳垂等多個部位監測脈搏數據能夠提高精準性，減少誤差；GSR皮膚電流傳感器監測用戶的情緒波動；MLX90615紅外體溫傳感器監測體表溫度；AD8232單導心電模塊監測患者的心電數據并生成心電圖。同時，利用ESP8266Wif i模塊把數據傳輸至服務器，進行智能化分析。

另外，考慮到某些病患和特殊用戶的身體狀況受環境條件影響較大，系統還加入了環境監測模塊。利用PM2.5粉塵傳感器、GY-68 BMP180 BOSCH溫度氣壓模塊、光敏傳感器構成外界環境檢測系統。同時，該系統還具備急救功能，如實時監測到外界環境或用戶體征數據異常時，服務端會向用戶家屬和醫護人員發出急救警報，從而及時為患者提供醫護幫助，整體硬件系統組成如圖1所示。

3 系統軟件設計

3.1 物聯網轉發服務器和核心分析服務器

（1） 基 于Tomcat和Django框 架、MySQL數據庫和SQList搭建物聯云轉發服務器；

（2）采用 Vert.x 框架。Vert.x框架基于事件和異步，依托于全異步Java服務器Netty，并擴展了很多其他特性，輕量、高性能、支持多語言開發；

（3）數據傳輸采用AES加密，Base64編碼簡單、可并行計算、誤差不傳遞；不容易主動攻擊（誤差傳遞）、適合長報文，是SSL、IPSec標準；分組轉變為流模式，可加密小于分組數據。

3.2 Android端移動APP

（1）采用RxAndroid架構與傳統的Android框架相比RxAndroid可以方便實現返回AndroidUI的主線程對象；

（2）運用獨立設計圖表控件——FlaskChart可實現折線圖、曲線圖、條形圖的繪制，可更改線條顏色，可對繪制的圖表進行拉伸，也可以進行多個圖表聯合展示。

3.3 手機APP端實現的功能

（1）查看用戶實時體征數據和外界環境數據；

（2）通過網絡實時查看用戶心電圖、歷史數據，為用戶提供病情分析，記錄用戶用藥詳情，添加用藥提醒功能，并通過分析歷史數據，為病人提供專屬醫護建議；

（3）監測數據發生異常，APP自動向醫護人員和患者家屬報警。手機APP端主頁面如圖2所示。

3.4 Web端可視化管理系統

為保證用戶監控數據的穩定性，在高性能物聯云轉發服務器的基礎上增加了MySQL數據庫方便對監測數據的管理和存儲，并且使用bootstrap框架結合ECharts可視化框架搭建了Web端可視化管理系統，通過可視化展示，可以更直觀的展示病患的各項數據，方便醫護人員和患者家屬對病人的病情進行管理。Web可視化管理系統如圖3所示。

4 系統的實現

基于物聯網的人工智能家庭醫護系統的創新設計目的在于合理整合醫療資源、個性化服務多種群體、減輕社會公共醫療保障體系的壓力，順應“物聯網”系統下的信息化醫療方式的發展方向。主要考慮以下幾方面：

（1）基于產品個性化設計角度分析產品可用性、易用性；

圖2：APP界面圖

圖3：Web可視化管理系統界面示意圖

（2）基于交互設計角度分析用戶需求及體驗感受；

（3）基于系統設計角度提出構建云計算平臺的智能就醫體系，使產品、人、系統三者相輔相成，且易于操作，兼容性、擴展性、實際應用性較強。