面向社区家庭医疗保健的物联网技术应用

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摘要: 为了满足当前越来越多的社区家庭医疗需求，本文提出一种面向社区家庭医疗保健的物联网应用方案。该方案使用户既能够拥有较多的自由活动空间，又可以获得较真实、准确的人体生理参数测量指标以及良好的医疗保健服务。该方案适用于家庭和社区，具有一定的实用价值。
关键词: 家庭医疗；社区医疗；物联网
Application of Home and Primary Healthcare Based on Internet of ThingsLi Kunlun, Lü Jun（No. 52 Research Institute,China Electronics Technology Group Corporation，Hangzhou 310012, China）
Abstract： In order to meet the needs of home and primary healthcares, this paper proposes an application scheme based on Internet of Things for home and primary healthcare.Users move freely at home at any time,and get accurate human physiological parameters and good medical services.The scheme can be used for home and primary healthcares,and has good practical value.
Key words: home healthcare；primary healthcare；Internet of Things
引言
　　近年来随着我国经济的快速发展，人们对健康保健的关注度越来越高，正逐步从传统医疗行为的诊断和治疗，向以预防为主、防患于未然、消病于未起的“治未病”的预防医学方向发展，形成以日常保健为主、诊疗就医为辅的健康生活理念，因此，对日常健康监护等医疗保健的服务需求越来越迫切。在我国，家庭医疗处在起步阶段，人们开始采取居家分布式测量原本需在医院完成的血压、血糖、血脂、血氧、心电、脑电、呼吸、脉搏、心率、体温、人体成分等测试项目。这种测量方式大多处在多次测量、数据无法记录和统计分析、智能化程度低、患者需要较多医疗知识的初级阶段，在一定程度上限制了医疗技术及其产业的快速发展。
　　为了实现日常生活情况下能持续不断、舒适便捷地测量人体的常规项目，目前业界对面向社区家庭医疗保健的物联网应用给予了极大的关注。本文提出一种面向社区家庭医疗保健的物联网应用方案，旨在为医疗物联网走入普通家庭提供一种有效的模式。它利用高频的无线多通道数据传输方式，减少监护设备与监护传感器之间的连线，使得受试者在获得较真实、准确的测量指标的同时拥有较多的自由活动空间，免除受试者在家庭与医院之间奔波的劳苦，提高了医疗智能化水平。
1　系统结构
　　本文设计的面向社区家庭的医疗保健物联网应用方案，如图1所示。


图1　面向社区家庭的医疗保健物联网应用方案
　　该系统包含3个层次： 第1层为社区中需要医疗保健服务的家庭与用户；第2层以社区医院为主要单元，也允许有授权的健康服务机构进入该网络；第3层由该区域中的大型医疗单位和政府部门组成。大型医疗单位以其雄厚的科研实力充分发挥业务指导的功能，与社区医院共同解决系统中的重大医疗问题。政府部门负责制定医疗政策法规、医疗标准、公共卫生统计和费用支付等。以社区中广大居民为实体单位，作为系统中的节点单元。该单元采集了大量家庭成员的生理信息，通过有线和无线的方式经过互联网或者移动/固定通信网络传输到社区医院，存储在社区医院的数据库中，供专业医疗人员或者健康管理者进行统计与分析，并及时对病人进行信息反馈，提出忠告和建议等。
　　如图2所示，针对家庭的医疗保健物联网系统由个人电脑、综合网关和无线/有线人体生理参数传感器节点构成。该微型监护网络设备较少，网络拓扑结构采用星型结构即可满足需求。传感器节点上使用中央控制器对所需要监测的生命指标传感器进行控制并采集数据。通过无线通信方式将数据发送至综合网关，并由综合网关将数据传输至所连接的PC或者其他网络设备上，通过Internet网络可以将数据传输至社区医院，由专业医疗人员对数据进行统计观察分析，提供必要的咨询服务，实现远程医疗保健。同时，具有资质的健康服务单位也能通过互联网访问社区医院的数据库，提供健康服务。也可通过Internet或者GSM/GPRS网络将数据传输至区域大型医院的医疗服务器上，与其专家进行会诊。


图2　家庭医疗保健物联网系统
2　人体生理参数传感器和综合网关
　　人体生理参数传感器节点和综合网关示意图如图 3 所示。人体生理参数传感器主要功能为采集人体生理指标数据，对某些医疗设备的状况或者治疗过程情况进行动态监测，并通过射频通信的方式将数据传输至综合网关设备。人体生理参数传感器节点主要由心电图仪、血压计、血氧仪、血糖仪、体温计和人体成分分析仪等设备组成。这些设备具有射频通信功能，采用多功能集成式的人体参数采集设备，使设备更为小巧和便携。目前各大器件厂商推出了专为医疗电子量身定制的芯片器件，使得人体生理参数传感器能够在更小的体积内集成更多的应用功能，功耗也得以大幅降低。
　　作为家庭微网络中一个非常关键的部分，综合网关的研究一直非常活跃。综合网关主要负责家庭内部对公网的访问和交互，实现家庭内部网络到外部网络的信息交换；同时负责用户从公网上对于家庭网络的访问和控制，实现系统的本地和异地使用。


图3　人体生理参数传感器节点和综合网关示意图
3　系统服务架构
　　该系统平台面向社区家庭服务，作为医院的辅助性系统，虽然无法取代所有的医院功能，但有部分医疗行为可被取代。使用过程中必须遵循3个原则：
　　① 急性病不可取代，慢性病可以取代。急性病患者急需做紧急处理，不适合采用该系统。慢性病一般指需长期吃药，或者其他不易根治并须长期追踪的病，利用网络远程看病可避免往返医院的麻烦。
　　② 侵入式医疗不可以，非侵入式医疗可以。侵入式医疗必须要医生实际操作，无法通过网络进行。
　　③ 初次看病不可以通过网络。第一次出现症状的病人必须到医院就诊，在医生的指导下才可进行居家医疗。对于非医疗性质的保健行为（如瘦身管理）需与相关健康服务机构咨询，购买相关服务才可进行居家保健。
　　社区家庭医疗保健物联网系统的服务架构如图4所示。用户在家启用系统客户端登陆该系统，通过人体生理参数监测仪采集人体各种生理参数，将这些参数存储于本地数据库并建立备份数据库。采用简单的个人健康系统粗步地统计、分析、判断和告警，在可视化的界面给出用户身体健康的分析报告和医疗处方，指导用户的医疗保健行为。同时将用户的信息同步上传至社区医院的数据库，供医疗专家在线/离线诊断，提供用户更进一步的医疗处方。如果遇到复杂的症状，可将资料提供给区域大医院完成会诊。


图4　社区家庭医疗保健物联网系统服务架构
　　在该系统中卫生主管部门对整个系统的医疗保健行为实施监督管理工作，并完成相关的公卫统计和人群健康评估报告。为了更进一步提供信息共享，授予具有资质的第三方从事相关的健康服务，可开通健康管理的增值业务，提高社区居民的健康水平。
4　系统功能
　　社区家庭医疗物联网系统功能主要包括信息管理、费用结算、诊断、监测和健康教育5个功能模块，如图5所示。


图5 系统基本功能
　　监测和诊断模块是系统最重要的功能之一。监测模块分为用户本地监测和社区远程监测，该功能模块负责采集生理参数，监视人体生理状态和评估当前的生理状态。通过分析、判断和综合长时间的监测信息，给出病患的诊断报告，记录个人的电子病历，供病人查询使用。信息管理模块主要实现设备管理、用户管理和数据库管理等功能，使系统得以良好运行。
　　健康教育模块具有广泛的服务对象，既可以给医护人员提供继续教育的机会，提高医护人员的医疗水平，又可以为普通患者和健康人群提供一个学习医学知识的机会，提高全民的健康保健水平和预防疾病的能力。另外，系统运营产生的费用通过费用结算模块结算。
　　该系统方案得到了中国电子科技集团公司第五十二研究所的大力支持。中国电子科技集团公司第五十二研究所是国内几个较早在社区和家庭医疗物联网领域开展研究的单位之一，在医疗电子设备、医疗信息化和网络化方面进行了大量的开创性研究工作。在长期的物联网工程实践中积累了大量宝贵经验，开发出了拥有自主知识产权的家庭医疗电子产品，获得了多个物联网技术国家专利，因而使本文能够得以顺利完成。
结语
　　本文提出一种面向社区家庭医疗的物联网系统应用方案。该方案对患者或者健康人群的血压、血糖、血脂、血氧、心电、脑电、呼吸、脉搏、心率、体温、人体成分等生理信号进行不间断的持续监测，显示受检者的各项参数的全貌，建立长期监测的人体生理信息数据库，从而对个人和群体作出相应的健康预案。通过物联网平台，能够为患者提供个性化的预防和治疗解决方案，了解人体各项生理参数的波动特点，帮助医生及时有效地进行预防干预和治疗，使受检者生理指标得到更好的控制，使之接近正常，并能够减少甚至杜绝危险状况的发生。基于物联网的健康监护系统能有效地延缓并发症，并能够在恶性并发症发生和发展之前强化治疗过程，使治疗达到最佳。通过物联网监测管理平台采集到的海量数据，将国民健康统计评估方案和专业医学分析相结合，为受检者提供长时间的生理变化趋势、人工干预后的变化趋势等一系列针对个人的健康评估方案。同时，也能够为相关研究机构提供大量的医学统计信息，为政府卫生部门的政策出台提供重要依据。
参考文献
［1］ 王粉花,年忻,郝国梁, 等.物联网技术在生命状态监测系统中的应用[J].信息与控制,2010,27(9):33753380.
［2］ 赵泽,崔莉.一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统[J].信息与控制,2006,35(2):265269.
［3］ 郑鸿云,邓菲,白国振.基于嵌入式系统的家庭病床远程医疗服务系统[J].上海理工大学学报,2006,28(3):261264.
［4］ 田颖,刘军.CC2430芯片在生命监测系统中的应用[J].电子测量技术,2010,33(10):8386.
［5］ 简晓瑜,彭舰,丁磊,等. 基于P2P的远程医疗会诊系统的研究与实现[J].计算机应用,2006,26(7):17471750.
［6］ Peom Park, Hirai T, Hee Eun Lee. Uhealthcare Aide System for Ubiquitous Well being Life care Smart Space [C]//Proceedings of 2009 International Conference on New Trends in Information and Service Science， Beijing, china: NISS 2009: 781783.
［7］ 孟琳. 基于ZigBee技术及远程通信的社区医疗管理系统的研究[D]. 吉林：吉林大学，2009.
李昆仑 （高级工程师），主要研究方向为新兴物联网技术构架及产业化；吕军（助理工程师），主要研究方向为物联网应用平台设计及相关产品开发。

李小路

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