基于醫療物聯網的青少年視力健康監護平臺研究與構建

劉菁 申峰

（1、徐州愛睿視光學科技有限公司，江蘇 徐州221008 2、徐州醫科大學，江蘇 徐州221008）

我國學生近視患病率已居世界第二位，近視的發生機制和發展因素依然有待于多年深入的研究。近視作為中小學生最常見的眼病，不僅在學習和生活中給其帶來諸多不便，而且隨著近視度數的加深還可導致較多眼部并發癥（例如高度近視性視網膜脫離黃斑裂孔鞏膜葡萄腫等）的發生，青少年近視的發病率逐年上升已倍受醫生、青少年、家長等人的擔憂，早期發現并制定近視防控措施對于降低青少年近視患病率非常關鍵。現有視力相關數據的統計分析，是預防青少年近視的第一步，也是近視防控研究的基礎，以往關于視力健康相關數據統計分析多以調查問卷和人工統計的方式完成[1]，這種數據收集分析方式具有很大的局限性，存在統計方法復雜、統計過程不可控、統計人數有限、數據的地域局限性、數據的有效性有待提高等問題。物聯網技術的發展，使醫療衛生信息化從過去的醫院衛生機構信息化和區域醫療衛生信息化，延伸到了面向家庭和社區的醫護信息化。研究基于醫療物聯網的青少年視力健康監護平臺，以互聯網為切入點，以健康云為依托[2]，結合健康物聯網相關技術，面向青少年視力健康信息大數據平臺，實現家庭、社區、學校、視力矯正服務機構、地區醫院的視力健康相關數據的統一融合，解決傳統視力健康信息統計方法的局限性，為青少年視力健康監護提供基礎數據平臺。

1 系統總體架構

基于醫療物聯網的青少年視力監護平臺構建運用物聯網技術、隱私保護技術、傳感監測技術、大數據分析技術以及相關眼視光檢測診斷技術，打造一個集患者、專家、醫生、視光師、用戶的綜合用戶體系，囊括眼科醫院、眼鏡服務終端機構、眼視光科研機構、眼視光教學機構等多個子平臺為一體的青少年視力監護平臺[3]，平臺包含：青少年視力健康信息大數據平臺、“愛睿視”視光健康服務APP、青少年視力健康狀況及相關因素模型、青少年用眼環境與用眼衛生實時監測預警系統四部分。如圖1 所示。

圖1 系統總體架構圖

2 系統總體設計

2.1 青少年視力健康信息大數據平臺設計

大數據平臺數據服務對象范圍廣，為了對青少年視力健康狀態信息進行存、跟蹤和分析需要存儲大量相關信息，對基礎數據平臺的服務能力提出了較高要求。數據平臺需要滿足大量用戶數據傳輸需求并能夠并行的為大量用戶提供業務服務，因此云服務中心數據存儲服務器需具有高吞吐率和高傳輸效率的特點[4]。利用虛化技術將重新對云服務中心的軟、硬件格局進行部署，實現軟件服務器和硬件設備等計算資源的動態分配和備份機制，提高系統架構的靈活性和健壯性。考慮到客戶關于個人隱私，信息安全和服務質量的需求，云服務中心的安全性和可靠性是影響服務能力重要因素，對大規模的數據存儲數據加密和安全性保證進行研究，提高云平臺的安全性[5]。大數據平臺建設的一個重要目的是實現各醫療物聯網系統的數據融合，將分散的物聯網數據集中形成可共享可復用的綜合性物聯網信息庫，并為各物聯網系統直接有效通信建立橋梁，充分發揮出醫療物聯網系統的先進性與完整性優勢。青少年視力健康信息數據來源種類多，視力矯正機構，醫院，家庭，學校分別位于不同的物聯網子系統下，分別承載不同類型的視力健康相關數據，各數據源有效信息內容側重不同，數據的格式各異，存在結構化和非結構化的信息。因此需要在中間件中對數據進行轉換和管理，從而兼容HL7、XML 和DICOM等各種格式，項目需要將現有各類不同類別的信息能夠統一接入，從而達到數據格式的標準化。平臺整體功能架構如圖2 所示。

圖2 青少年視力健康信息大數據云平臺大數據平臺技術架構

2.2“愛睿視”視光健康服務APP 設計

本文基于Android&iOS 智能移動客戶端設計實現“愛睿視”視光健康服務APP，軟件完成的功能包括：即時通信、護眼資訊、問卷調查、意見反饋、視光檔案、預約掛號、資訊收藏、周邊店鋪、視光文章、視光課程列表，學員管理、客戶管理、課程管理等。

APP 程序與服務端通過TDP 連接，通過訪問服務端API 接口，以JSON 數據格式實現交互式信息數據的通信。客戶端的用戶登陸、賬戶配置、視光檔案查詢、視光資訊等工作是通過向服務器發送請求來實現的，服務器端處理請求后，返回處理成功或失敗的消息，客戶端再根據服務器返回的消息來更新用戶界面通知用戶所請求服務的執行情況。客戶端之間的即時通信采用環信服務器實現。

2.3 青少年視力健康狀況及相關因素模型設計

青少年近視問題的發生和分布式多個因素綜合作用的結果，因此平臺在整體上把握各種因素和近視之間的關系，基于海量視力健康相關數據，利用Apriori 算法研究多因素與視力健康狀態之間關聯規則[6]，構建健康狀況及相關因素的關聯模型。整體上分為兩個模塊：2.3.1 求解視力健康大數據平臺庫D 中的所有頻繁項目集(簡稱頻繁集)，即所有支持度不低于用戶有給定的最小支持度min_sup 的項目集fitemset。2.3.2 基于已求解得到的頻繁集束生成所有關聯規則，對每一個頻繁項目集A，找到A 的所有非空子集a，如果比率support(A)/support(a)＞=min conf，就生成關聯規則a-＞A-a。并且，為提高原算法的效率，我們提出了幾種Apriori 算法的改進策略：基于散列的技術；事務壓縮；劃分；選樣；動態項集計數。

2.4 青少年用眼環境與用眼衛生實時監測與預警系統設計

青少年正處于養成正確用眼習慣的重要階段，科學合理的用眼環境和用眼習慣對于他們視力的保護具有重要意義，通過在特定環境部署監測傳感器，搭建光照環境傳感網絡，對當前環境的照明質量及相應信息進行監測，同時通過圖像處理技術和高準確度坐姿監測算法，實現對監測者軀干彎曲、頸部彎曲、頭部位置以及靜止坐姿時長等坐姿參數的檢測[7]。通過愛睿視APP 軟件將以上數據傳輸至視光健康云進行決策分析，得出當前環境下用戶的用眼衛生判斷，并且將分析結果推送至用戶APP，實時提醒用戶改正坐姿；系統結合物聯網技術，各子系統采集到的用眼衛生和用眼習慣信息將被實時傳輸到愛睿視健康云[8]，云端將信息進行融合、整理、分析，并將結果推送至用戶端，為用戶提供護眼專業建議。

3 平臺特點

3.1 綜合運用物聯網技術、隱私保護技術、傳感監測技術、大數據分析技術以及相關眼視光檢測診斷技術，構建了患者、專家、醫生、視光師、用戶的綜合用戶體系，囊括眼科醫院、眼鏡服務終端機構、眼視光科研機構、眼視光教學機構等多個子平臺為一體的青少年視力監護平臺。

3.2 運用云服務技術、大數據技術，構建了青少年視力健康信息大數據平臺，解決了大量數據存儲困難及視力健康數據格式不統一的問題，實現了健康數據的標準化。

3.3 運用傳感器技術，構建了青少年用眼環境與用眼衛生實時監測與預警系統設計，通過對用戶室內環境的監測，包括光照、坐姿等，實時提醒用戶改正坐姿及調整光照。

結束語

本文分析了目前青少年近視率居高不下的現狀，綜合運用物聯網技術、隱私保護技術、傳感監測技術、大數據分析技術以及相關眼視光檢測診斷技術，構建了基于醫療物聯網的青少年視力健康監護平臺。首先介紹了平臺的總體架構，包括青少年視力健康信息大數據平臺、“愛睿視”視光健康服務APP、青少年視力健康狀況及相關因素模型、青少年用眼環境與用眼衛生實時監測預警系統四部分。接著，對平臺的各個部分進行詳細設計與實現。實踐表明，該青少年視力健康監護平臺功能全面，有利于提高青少年視力健康相關的預防、保護和改善。