基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的生理參數(shù)遠程采集管理系統(tǒng)

馬迪 陳萬忠 吳佳寶 蔣貴虎

摘 要：為了解決因醫(yī)護人員短缺而不能對患者進行實時監(jiān)護的問題，文中介紹了一種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的生理參數(shù)遠程采集管理系統(tǒng)。系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分采用STC12、血壓計模塊、藍牙模塊采集生理參數(shù)，選用網(wǎng)絡(luò)攝像頭對患者進行實時監(jiān)控;軟件部分分為安卓手機端和服務(wù)器端，安卓手機端在Android Studio平臺采用Java語言編寫，服務(wù)器端在Visual Studio平臺采用C#語言編寫。經(jīng)袖帶式血壓計采集到的數(shù)據(jù)通過藍牙傳輸?shù)桨沧渴謾CAPP，在局域網(wǎng)下通過Socket與服務(wù)器端通信。實際運行效果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)颊哌M行實時監(jiān)護并完成生理信息的遠程采集和管理。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+;生理參數(shù);遠程采集管理系統(tǒng);Socket通信;數(shù)據(jù)采集;Java

中圖分類號：TP39;TN919文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）08-000-03

0 引 言

近年來，人們越來越重視健康問題，隨著互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)的深度結(jié)合，“互聯(lián)網(wǎng)+”備受關(guān)注，將傳統(tǒng)醫(yī)療和互聯(lián)網(wǎng)進行有機結(jié)合是未來醫(yī)療的重要發(fā)展方向[1]。醫(yī)院的工作人員每天對患者進行查房時都會對其血壓、心率等生理參數(shù)進行測量并記錄，過程繁瑣，且單次記錄無法形成一個長期的走勢折線圖，不僅不便于醫(yī)生對患者的身體狀況進行分析，而且對歷史數(shù)據(jù)的查找也存在較大困難。

目前現(xiàn)有的健康管理系統(tǒng)雖然已經(jīng)取得了一定的進展，但仍存在一些弊端：

（1）系統(tǒng)操作復(fù)雜，需要對管理系統(tǒng)的使用人員進行專業(yè)培訓(xùn)，學(xué)習(xí)相關(guān)設(shè)備的使用方法;

（2）管理系統(tǒng)的硬件設(shè)備體積龐大，不便于移動;

（3）不能夠及時將患者的信息傳達給醫(yī)生，實時性較差。

與現(xiàn)有的健康管理系統(tǒng)相比，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的生理參數(shù)遠程采集管理系統(tǒng)所涉及的服務(wù)器端人機交互界面和患者手機軟件操作步驟簡單，所需設(shè)備組成較少且成本低，可以實現(xiàn)對病患生理參數(shù)數(shù)據(jù)的遠程采集和存儲功能，對病患進行全天候的實時監(jiān)測。所開發(fā)的管理系統(tǒng)不僅降低了醫(yī)療數(shù)據(jù)手動輸入的差錯率，減輕了醫(yī)護人員的工作量，而且醫(yī)生也可以通過觀察由患者近期數(shù)據(jù)繪制的折線圖為患者提供更加有針對性的治療方案[2]。

1 系統(tǒng)組成

基于“互聯(lián)網(wǎng)+健康”的生理參數(shù)遠程采集管理系統(tǒng)包括6個袖帶式血壓計、6個內(nèi)嵌有健康監(jiān)測軟件的安卓手機、6個網(wǎng)絡(luò)攝像頭、1個路由器、1個POE交換機和服務(wù)器端人機交互界面。通過路由器搭建局域網(wǎng)，護士站電腦與安卓手機間的數(shù)據(jù)傳輸在局域網(wǎng)下進行，網(wǎng)絡(luò)攝像頭通過POE交換機實現(xiàn)供電和數(shù)據(jù)傳輸，安卓手機與袖帶式血壓計通過藍牙通信。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)的工作原理

2.1 基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信原理

TCP/IP協(xié)議是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，可靠性較高。通過TCP/IP協(xié)議進行Socket通信需要先在通信兩端各建立一個Socket，其中一端作為服務(wù)器端進行監(jiān)聽，另一端作為客戶端對服務(wù)器端優(yōu)先發(fā)出連接請求，連接成功后便可在虛擬鏈路中完成數(shù)據(jù)傳輸[3]。IP協(xié)議的作用是進行數(shù)據(jù)傳輸，而TCP協(xié)議能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o差錯，客戶端通過連接服務(wù)器端的IP地址和指定端口號完成與服務(wù)器的連接，向Socket中寫入和讀取數(shù)據(jù)完成通信過程[4]。

2.2 血壓測量原理

本文采用的袖帶式血壓計通過示波法實現(xiàn)高壓、低壓和心率等生理參數(shù)的測量。將袖帶綁在使用者的前臂，檢測由使用者心臟跳動而輸送出的血液壓力和袖帶作用造成的壓力共同產(chǎn)生的脈搏波的幅值變化，即為血壓，脈搏波的頻率即為心率[5]。如圖2所示，當脈搏波處于第一個拐點時，對應(yīng)收縮壓的數(shù)值，脈搏波包絡(luò)線峰值后的第一個拐點對應(yīng)舒張壓的數(shù)值，收縮壓和舒張壓通常對應(yīng)高壓和低壓[6-7]。

2.3 系統(tǒng)硬件電路

血壓計的系統(tǒng)硬件主要由藍牙模塊、血壓計模塊、單片機最小系統(tǒng)組成。壓力傳感器將采集到的壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)血壓計模塊的單片機處理后輸出高壓、低壓、心率，獲得的生理信息數(shù)據(jù)經(jīng)藍牙模塊與外部設(shè)備通信，由總開關(guān)對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行控制[8]。系統(tǒng)硬件電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為安卓端手機軟件部分和服務(wù)器端人機交互界面部分，在進行數(shù)據(jù)通信時要求安卓手機和服務(wù)器端處于同一局域網(wǎng)下。

3.1 安卓端手機軟件設(shè)計

安卓手機軟件在Android Studio平臺下用Java語言開發(fā)。實際使用時，用戶打開安卓手機軟件，首先判斷用戶是否為首次登錄，如果是首次登錄的用戶，需進行初始化信息的錄入，依次填寫用戶姓名、親情號1、親情號2、服務(wù)器的IP地址和本機手機號碼[9]。點擊“登錄”按鈕后，選擇彈出界面中的藍牙設(shè)備并連接，同時安卓手機自動與服務(wù)器端連接，之后進行血壓測量并完成數(shù)據(jù)上傳;如果是非首次登錄的用戶，打開手機軟件后可直接進入主界面，手機端自動連接預(yù)設(shè)地址的服務(wù)器端，藍牙自動連接上次已成功連接的藍牙設(shè)備，等待測量[10]。手機軟件流程如圖4所示。

3.2 人機交互界面設(shè)計

文中所采用的人機交互界面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，在Visual Studio平臺上通過C#語言編寫。打開人機交互界面后需要進行新用戶注冊，已注冊的用戶可通過賬號、密碼登錄進入主界面，在主界面上可以查看患者信息、歷史測量信息，還可通過攝像頭對患者進行實時監(jiān)控與遠程測量。此外，主界面還具有菜單、監(jiān)控、系統(tǒng)設(shè)置和幫助功能。菜單功能便于退出系統(tǒng)、對用戶信息進行查詢、對用戶檔案進行管理;監(jiān)控功能能夠調(diào)取更加詳細的監(jiān)控畫面并同時顯示患者相關(guān)信息;系統(tǒng)設(shè)置可以添加新的患者信息并對監(jiān)控參數(shù)進行設(shè)置;幫助功能可以更詳細地介紹有關(guān)本系統(tǒng)的使用[11-12]。

4 系統(tǒng)實際運行效果

打開人機交互界面后，在用戶登錄界面輸入用戶名和密碼即可進入主界面，圖6所示為人機交互界面。

進入主界面后可通過監(jiān)控攝像頭查看被監(jiān)測的畫面，通過資料卡片獲取患者的信息以及近期測量信息，右側(cè)的直方圖和折線圖更加清晰地展示了患者近期測量值的變化趨勢，方便醫(yī)生對此給出更具有針對性的建議。此時服務(wù)器端處于監(jiān)聽狀態(tài)，患者可隨時上傳測量信息。主界面如圖7所示。

手機端軟件的登錄界面如圖8所示。首次登錄需要依次輸入患者姓名、本機手機號、醫(yī)生親情號、親屬親情號和服務(wù)器端IP地址等信息，非首次登錄則直接進入主界面，無需重復(fù)輸入。首次登錄需要進行手機與血壓計的藍牙配對，非首次登錄手機將自動搜索并連接上次成功連接的藍牙設(shè)備。

手機端軟件測量顯示界面如圖9所示。用戶可自行啟動血壓計進行測量，醫(yī)生也可以通過攝像頭對患者進行遠程監(jiān)視并遠程啟動血壓計測量，待測量完成后，患者手機軟件主界面與電腦端軟件均會顯示患者測量信息。患者的測量信息將以短信形式自動發(fā)送至醫(yī)生和親屬。

5 結(jié) 語

（1）患者每次測量后得到的生理信息數(shù)據(jù)可以實時、自動傳輸至服務(wù)器端存儲，減輕了醫(yī)院工作人員手動錄入患者數(shù)據(jù)的工作量，同時也降低了數(shù)據(jù)錄入的差錯率。

（2）醫(yī)生可以在服務(wù)站對患者狀態(tài)進行監(jiān)控與遠程測量，實時得到患者的血壓、心率等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對患者的全天候監(jiān)護。

（3）醫(yī)生可以直接在服務(wù)站讀取患者的近期生理信息數(shù)據(jù)，也可通過人機交互界面繪制出折線圖以直觀了解患者近期的身體狀況變化趨勢，及時提出合理建議。

（4）患者測量數(shù)據(jù)可通過短信方式實時發(fā)送至醫(yī)生和患者親屬，便于醫(yī)生和親屬了解患者的身體狀況。

實驗證明，本系統(tǒng)具有可行性，可被應(yīng)用在醫(yī)療系統(tǒng)中來減輕醫(yī)療人員的工作負擔(dān)，促進物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展。

參 考 文 獻

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