基于IPv6的社區智慧醫療服務體系構建

瞿康源 張娜 何娟 劉超 劉盈 張秋月

摘要：自2009年起，我國開始推行“家庭醫生”醫療服務模式，發展至今，傳統的家庭醫生提供上門醫療的服務方式卻難以滿足社區居民的健康需求，所以亟需一種遠程智慧醫療服務模式來解決這一傳統問題，為此本文提出了一種基于IPv6的社區智慧醫療服務體系構建的方案，利用IPv6和無線傳感網絡技術搭建社區醫療物聯網，并采用高精度傳感器采集相關健康數據，同時開發網站和APP讓用戶和家庭醫生方便地進行數據的訪問，為目前“家庭醫生”醫療服務模式所面臨的問題提供技術支持。

關鍵詞：家庭醫生；IPv6技術；物聯網技術；社區醫療

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）06-0286-03

1引言

長期以來“看病難、看病貴”一直是我國醫療服務行業的常態，國家也出臺了大量相關政策著手解決這個問題。我國于2009 年推出的《中共中央、國務院關于深化醫藥衛生體制改革的意見》中強調讓民眾能夠得到家庭醫生的簽約服務[1]。通過“家庭醫生”這一醫療服務模式，讓小病能夠在家門口解決以緩解大醫院的就醫服務壓力。

社區醫生作為家庭醫生的主要承擔者，依靠傳統的醫療服務方式仍無法滿足社區居民的基本醫療服務，以蕪湖市為例，根據蕪湖市政府政務公開數據，截至2018年底，蕪湖市共有家庭醫生團隊近900個，簽約超18萬人。家庭醫生團隊主要由家庭醫生、社區護士、公衛醫師（含助理公衛醫師）等組成，但平均一個團隊要負責200多人的上門醫療服務，服務壓力非常大。

為改變這種現狀，通過互聯網提供醫療服務已經成為一種趨勢。當前的網絡醫療服務仍然限于傳統醫療模式的延伸，大多數是用戶通過網站與醫生進行咨詢。近年來隨著一些常規的體檢設備（血壓計、血糖儀等）進入家庭，居家體檢越來越流行，但是這些體檢資料無法自動存儲問題，也不能和醫生共享資料。為了打通居家體檢和社區家庭醫生之間的信息共享通道，通過物聯網技術將居家體檢設備與云服務器連通，家庭醫生和用戶在通過互聯網云服務器上共享體檢數據，從而為醫生評估健康狀態提供量化指標。

醫療硬件與互聯網之間勢必要互聯互通，實現對用戶進行遠程醫療服務，能夠讓用戶及時地得到就診建議，讓用戶的就診信息在各級醫院之間實現共享，提高醫療技術[2][3]。由于IPv4地址資源緊張，物聯網醫療設備地址資源受限。近年來，IPv6和無線傳感網絡等技術的蓬勃發展為解決這種現狀提供了可能。本文設計了一種基于IPv6的智慧社區醫療服務體系，構建一種泛在環境下提供社區醫療服務的物聯網體系結構。通過使用人體生物體征感知設備，采集用戶體征數據，通過無線網絡將這些數據傳遞到遠端的服務平臺，建立人體生理信息庫，實現從傳感器到云端，再到APP和應用系統的數據通路，并進行相關數據分析。

2 IPv6的智慧社區醫療服務體系

IPv6的智慧社區醫療服務體系包括基于物聯網技術的網絡體系結構和應用層的智慧醫療服務，網絡體系設計了一種基于IPv6構建的智慧醫療物聯網。

2.1基于物聯網的社區智慧醫療體系

隨著無線通信技術的快速發展，無線網絡已經得到廣泛應用，無線城市已經實現了城市范圍的無線網絡覆蓋[4]，為物聯網服務提供了通信基礎?；谖锫摼W的社區智慧醫療通過以無線方式將附著于人體上的生物參數傳感器進行連接，對采集不同的生理特征的數據（如體溫、血壓、心率，呼吸、血糖等）進行匯集融合，通過IPv6網關將這些數據傳遞到遠端的數據中心并整合分布于社區家庭中的個體生理數據。通過可穿戴、可植入、可侵入微型醫療傳感器采集人體活動的健康數據、運動數據；以無線互聯方式建立便攜可移動的體域網，并通過IPv6網關進行初步處理后通過IPv6網絡向云數據存儲發送。云數據中心以安全方式存儲海量個人健康信息[6]。

采用基于IPv6的傳感器節點，每個傳感器都具有唯一的IPv6地址，并將采集到的數據通過Wi-Fi（藍牙、Zigbee等）發送到IPv6網關，由網關通過IPv6網絡發送到云端服務器進行存儲，遠程客戶端通過IPv6網絡訪問云端服務器獲取數據。同時為了避免采集數據混淆，在生理參數采集前，通過RFID標簽認證個人的身份[5]，從而保證所傳數據為本人生理參數。

通過對采集的數據進行分析，涵蓋用戶端與設備端，用戶數據能夠做到及時的上傳和處理，大數據平臺和后端服務相結合，可以對用戶進行智能管理，最后社區醫院和中心醫院形成二級聯動，家庭醫生認為社區醫院解決不了的問題及時轉診?；谏鐓^智慧醫療物聯網體系如圖1所示，用戶通過體征傳感器采集用戶數據經過網關送給服務器，醫生和用戶通過服務器訪問數據。

2.2社區智慧醫療服務體系

采集到的用戶健康數據通過路由器發送到云端服務器進行存儲分析，家庭醫生可通過計算機或者手機APP查看簽約用戶的健康數據，同時個人用戶直接通過手機APP實時從云端服務器獲取采集到的自身健康數據，另外云端服務器通過大數據分析功能，通過采集到的用戶數據進行大數據分析，從而做到對健康狀態可能發生的變化提前做出預警。

由于個人生理參數信息屬于個體隱私數據，智慧醫療數據的安全保護是關鍵環節，如何讓智慧醫療在有效的安全機制下逐步發展已經是必須要解決的問題[7]。通過在IPv6網關端增加數據加密模塊，可以保障數據在互聯網中的安全傳輸[3]。在服務端，采用第三方提供的安全可靠云服務器安全解決方案來保護數據的安全，實現安全可控的數據訪問，從而實現個人敏感數據的安全。

社區智慧醫療服務體系如圖2所示，設備端采集經過RFID認證的個體數據，用戶通過手機或者計算機查看個人健康檔案或者問診醫生。服務器端提供數據的存儲與管理，進一步提供健康數據的分析。醫生通過訪問服務器根據用戶生理數據和既往信息提出建議。

3硬件和軟件設計

基于IPv6的社區智慧醫療服務需要在硬件上完成數據采集和射頻發送，在網關上完成數據轉發，在服務器和客戶端實現軟件設計。

3.1主要硬件

社區智慧醫療物聯網系統硬件含有人體特征感知模塊、通信模塊以及嵌入式系統。感知模塊用于感知和采集個體的生理參數，當前市場上一些生理參數感知的傳感器可用于采集生理數據。如Dallas公司生產的DS18B20可用于準確測量體溫的溫度傳感器，Maxim公司的MAX30102生物傳感器可用于測量心率和血氧，亞德諾半導體生產的用于ECG及其他生物電測量模塊AD8232等。這些傳感器可用于實現對人體健康數據的采集。

在采集終端可采用意法半導體STM32系列單片機，集成51單片機的TI公司CC2530 等芯片，在采集精度上STM32單片機優于CC2530。在實際系統部署中可根據實際需求選用。通信模塊可選用支持IEEE 802.15.4的CC2530，CC2630和JN5168等。為了兼容不同的通信協議，也可以選用支持Wi-Fi通信的通信模塊，如樂鑫信息科技的ESP8266（Wi-Fi）模塊等，此外提供單片機也可以連接藍牙模塊。

網關需要安裝Linux以支持IPv6網關[8]，三種不同的節點模塊以不同的方式與網關進行通信，為了支持不同的通信協議，IPv6 網關將三種不同的通信統一處理，保證Zigbee，藍牙、Wi-Fi 子網同時在 IPv6 網關上通信。為了在采集人體生理參數的節點上實現IPv6通信，需要在單片機上運行支持IPv6的Contiki的操作系統。Contiki OS 包括一個多任務核心、TCP/IP協議棧（uIPv6）以及低能耗的無線通訊棧Rime[9]。單片機通串口與通信模塊進行通信，將采集數據以IPv6格式數據報發送到網關。網關對應的通信模塊接收數據并轉發到互聯網服務器上。

3.2 社區智慧醫療服務網站設計

為方便用戶的使用和家庭醫生的管理工作，本方案設計并制作了一個網站來提升用戶體驗和家庭醫生的工作效率，用戶只需輸入網址并進行賬號登錄即可查看采集的個人健康數據，家庭醫生也可在登錄網站后對簽約的用戶進行健康管理。

3.2.1 功能設計

網站的頁面只要有用戶頁面和家庭醫生頁面，使用不同賬號登錄顯示的功能和頁面會有所不同，并以用戶和醫生的需求為導向，逐步優化進行迭代升級。

圖3功能設計流程圖展示了用戶和家庭醫生使用賬號和密碼進行登陸，服務器自動識別賬戶類型從而進入相應的功能界面。

目前用戶端的主要功能有查看個人實時健康數據、獲取醫生建議、健康預警機制和向醫生咨詢健康問題。醫生端的主要功能有查看簽約用戶的健康數據和健康問題咨詢。其中，健康數據從服務器數據中心中存儲采集數據的用戶健康數據庫中提取，同時大數據分析功能可以及時向用戶發出健康預警并供醫生參考，用戶咨詢的問題進入數據中心的用戶咨詢數據庫，可供醫生進行提取查看并且所有的回復和健康建議進入建議數據庫，方便用戶進行提取查看。

3.2.2網站后臺及服務器

為保護用戶數據安全，同時縮短開發周期和節約開發成本，本方案使用阿里云服務器支撐網站的運營，并采用阿里云提供的IPv6解決方案，真正實現整個智慧社區醫療服務體系在IPv6網絡下運行。

圖4技術架構圖所示為本方案使用阿里云ECS服務器配置IPv6服務和IPv6地址，并用RDS云數據庫存儲結構化數據，OSS對象存儲來存儲圖片等非結構化數據。另外基于阿里云構建出一個相對安全和隔離的網絡環境，即VPC專有網絡，以此來保證整個體系的運行安全和數據安全。

3.3 APP設計

近年來移動互聯網迅猛發展，故本方案也開發出一款APP方便用戶使用，同時也能大大提高家庭醫生的工作效率。

APP在設計之初就分別開發了用戶端和醫生端，使用賬號和密碼并選擇不同的身份登錄進入相應的界面。用戶端可查看個人健康數據和獲取醫生建議，醫生端可查看簽約的用戶健康數據以及發送建議。所有的健康數據依然是從服務器數據中心用來存儲采集數據的健康數據庫中調取，并且APP中用戶咨詢和醫生建議流程與網站功能的流程基本相同。圖5顯示了用戶訪問的界面。

4結束語

從“看病難、看病貴”的背景到“家庭醫生”政策的出臺，可以看出我國一直致力于改善醫療服務環境。隨著時代的發展和技術的進步，及時引入前沿技術對醫療服務行業的進步起著至關重要的作用，而基于IPv6的社區智慧醫療服務體系構建正是為遠程醫療的服務模式提供了一種良好的解決方案和思路，大大改善了傳統家庭醫生上門服務所帶來的不便，用戶和醫生都只需通過采集健康數據的傳感器就可以實時檢測并查看健康數據，省去了上門采集的煩瑣，同時APP和網站的開發建設也開拓了用戶和醫生的溝通渠道，使得家庭醫生能夠便捷地為簽約用戶提供更好的醫療服務。可以說基于IPv6的社區智慧醫療服務體系構建大大提升了用戶體驗和醫生工作效率，可是這還遠遠不夠，我們將更加致力于深入挖掘用戶需求，加速產品迭代和架構升級，創新醫療服務模式，提高醫療服務能力，為我國醫療服務行業發展做出貢獻。

參考文獻：

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[8] 王偉，楊仲樂，馬振玲.嵌入式Linux操作系統在數字化醫療設備中的應用[J].醫療設備信息，2004（10）：26-28.

[9] A Dunkels，BGronvall and T Voigt.Contiki- a light weight and flexible operating system for tiny networked sensors[C].Proceedings in 29th Annual IEEE Internation al Conference on Local Computer Networks， November，2004.

【通聯編輯：光文玲】