基于健康物联网的社区卫生服务系统设计

吴 昭 刘雷红

华南理工大学生物科学与工程学院生物医学工程系，广东广州 510006

基于健康物联网的社区卫生服务系统设计

吴 昭 刘雷红

华南理工大学生物科学与工程学院生物医学工程系，广东广州 510006

本文设计了一款社区医疗服务系统，旨在提高社区医院的医疗服务水平以及服务质量。该系统由两部分构成，一为远程医疗监护系统，二为远程医疗会诊系统。基于物联网技术和现在医学信息技术，用户可在家中进行多项生理参数的检测，并通过网络将数据传输至社区医院进行后续诊断。同时，医生可实时地进行医学诊断以及在线专家会诊。本系统为实现家庭医疗监护提供了有效的方法，并使医患的在线交流成为可能。

社区卫生；远程医疗；物联网

随着人们生活水平的提高，生活方式和饮食文化的改变，危害人民身体健康的高血压、糖尿病等慢性疾病患病率逐年增加[1]。另一方面，中国已经进入老龄化社会，影响老年人生活质量的最大因素之一就是慢性病。老年人具有行动不便、没有电脑技能或电脑技能较低且收入水平较低等特点，并且慢性病具有病程长且迁延不愈的特点，所以针对老年人和慢性病患者的需求，本设计具有以下特点，①智能化：传感器检测到的用户生理参数能够通过无线网络自动保存到上位机，并且可以上传到中心数据库；②个性化：社区医生根据用户具体的特点、目标和要求，可以给出具体的诊断建议，并且用户也可以根据自己的要求，查询医生资料，选择合适的医生进行咨询；③人性化：本设计采用穿戴式无线传感器和Zigbee无线网络技术，可以在不影响用户正常生活的条件下，使用户得到独立、健康、安全、方便的健康监护；通过远程医疗会诊模块，用户可以在家中就得到医生的咨询建议，使用户可以足不出户就得到很好的医疗服务，并且此设计还降低了医疗费用，减轻了医院的医疗负担；④综合化：本设计既可以使用户得到持续的远程健康监护，也可以得到远程诊疗，减少了用户到医院挂号排队就诊的麻烦，使用户能够得到很好的健康医疗服务。

1 社区家庭远程健康服务架构设计

1.1 基于社区中心的家庭健康服务架构

基于社区中心的家庭健康服务架构设计如图1所示，其中包含两部分：家庭用户和社区医疗监护中心。

家庭用户端主要由医疗传感器、Zigbee无线传感模块和家用电脑组成。通过布置在智能家居内的各种不同用途的传感器（生理参数传感器、行为传感器和环境传感器），对居家老人、残疾人或慢性病患者的各项生理参数、日常行为参数和居家环境参数信息进行连续、实时、动态地监测和数据采集；利用ZigBee无线通信技术将数据发送至监护基站，并由该基站将数据传输至所连接的家用PC机，通过Internet网络可以将数据传输至远程医疗监护中心，由专业医疗人员对数据进行统计观察，提供必要的咨询服务，实现智能家居的医疗监护服务。

社区医疗监护中心端主要由数据库服务器、监护中心PC机和医护人员组成。家庭用户的个人信息、监测数据以及医生的信息都保存在数据库中，医护人员可通过调用数据库中用户的信息对用户进行监护与诊疗，并将建议反馈给用户。

图1 基于社区中心的家庭健康服务架构

1.2普通用户的健康服务设计

为了提供综合性的医疗服务，本系统设定了三类用户群：普通用户、医生用户和管理员用户，其功能结构如图2所示。1.2.1普通用户 普通用户主要包括以下功能：①注册个人的信息：用户注册的信息保存在中心数据库，便于医生查询；②医生信息查询：用户可查询医生信息，便于选择合适的医生进行咨询；③日常生活信息录入：用户录入自己的日常生活信息（日常生活记录、疾病记录、糖尿病跟踪记录和高血压跟踪记录等），便于医生对用户病情有深入的了解；④信息传输：用户把家庭监护系统中检测到的生理参数、环境参数等传输到社区医生，便于医生进行诊疗；⑤网上实时会诊：网上实时会诊是此设计的关键部分，用户可以向在线医生进行文字、语音、视频等形式咨询，并且用户也可与在线用户进行交流。

1.2.2 医生用户 医生用户的主要功能包括个人信息管理、用户信息查询和网上实时会诊。社区医生根据患者的生理参数监测记录、病程记录、日常生活记录、当前症状等提供医疗服务。本系统医生提供的医疗服务主要包括及时医疗服务即医生为在线用户提供文字、语音、视频等医疗咨询服务和非及时医疗服务即医生根据患者近期的检测结果和身体状况等提供邮件或诊断书式的医疗建议。

1.2.3 管理员用户 管理员用户的主要功能是对管理员个人信息、医生信息、用户信息和会诊申请信息的管理，主要包括对信息的删除、新增、更新和查询等。

图2 社区卫生服务的功能结构图

2 基于健康物联网的三层设计方案

考虑到社区卫生服务系统中数据获取的重要性，系统实现技术的框架将基于物联网来搭建[2]。

1995 年比尔·盖茨在《未来之路》一书中首次提及物联网的概念。2009年国家制订了“感知中国”战略，在此指引下，作为基础设施之一的物联网迅速引起广泛关注。物联网技术已经列入国家“十二五”国家战略性新兴产业发规划。由于产业链上下游关注点不同，业界对于物联网的认识存在着分歧。目前物联网尚未拥有一个技术上公认的定义。一种强调终端和处理的定义是“通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术”[3]。

健康物联网是通过健康传感装置智能采集人体的生理和运动信息，再经过信息处理（前段智能），经过传输网络，将健康信息送达信息决策中心存贮，并借助云计算技术对信息进行决策分析（后端智能），最终实现“一条龙”健康服务（包括健康提示、报警和紧急救援等）的智能网络[4]。健康物联网中社区卫生服务系统采用如图3所示的技术架构，共分为3层，自上而下分别是：信息感知层、网络传输层和应用服务层。

图3 健康物联网中社区卫生服务的技术框架图

2.1 信息感知层

在信息感知层中，主要有穿戴式生理参数检测传感器、居家环境检测传感器和行为检测传感器。这些传感器具有非入侵性、方便安装与使用、不影响日常活动、无噪声和光线滋扰、防水、性能稳定可靠、无线或最小程度上的有线传输等特点，满足医疗传感器的要求。这些传感器以透明的方式获取用户的各种信息，传感器设备部署在用户身上或家中的各个角落，它们可在用户察觉不到的情况下收集数据，尽量不影响用户的正常生活。

穿戴式生理参数传感器主要包括穿戴式心电监测传感器、血氧饱和度检测传感器、血压检测传感器和非接触式体温测量传感器，这些传感器通过持续日常记录用户的心率、血氧饱和度、血压、体温等生理参数监护用户的重要体征变化。通过安装在居家环境中的温度传感器、湿度传感器和噪声传感器等可对用户居家环境中的温度、湿度、噪声等居家环境条件进行检测，以此来了解用户的检测环境，也了解用户的生活方式。行为检测传感器主要包括红外体积传感器，可以检测用户的位置；磁接触传感器，可以检测用户的转移；方位传感器，可以检测用户站着和躺着。通过这些行为参数的检测可对用户在室内的活动分布进行跟踪统计，以检测用户的生理异常，并为用户提供健康的作息指导。

2.2 网络传输层

本设计用到Zigbee无线网络和Internet网络两种网络类型。如图4所示，在信息感知层中检测到的数据首先通过Zigbee无线网络将数据传输至无线接收器，无线接收器通过RS232串口将数据发送至监护基站，并由该基站将数据传输至所连接的家用PC，再通过Internet网络可以将数据传输至远程医疗监护中心或家属及医务人员。

图4 系统信息传输结构图

2.3 应用服务层

应用服务层就是将物联网技术与医疗信息技术相结合，通过设计用户端和监护中心端的软件，实现对用户的远程健康监护和远程医疗会诊，不仅使用户能够足不出户就得到健康医疗服务，还提高了社区医生的医疗服务水平和服务质量，降低了医疗费用，缓解了医院病床紧张的现状。

3 关键问题和解决方案

本设计有3个关键的问题：①个性化的服务；②技术问题；③用户隐私保护问题。

3.1 个性化的服务是系统需要解决的关键问题之一

面对老年人、慢性病患者等用户的特点，本设计要求为用户提供：①界面操作简便，此问题可通过软件的设计实现；②用户方便、快速得到所需信息，根据用户的病程记录信息选择合适的数据库，为用户提供所需的健康信息；③为用户进行持续、实时的健康监护，可通过健康物联网技术实现；④对用户的生活状态实时监护，如发现紧急情况，及时抢救，可采用行为检测传感器对用户的日常生活状态进行监护。

3.2 系统在实现过程中需要解决的技术性问题

①无约束的医学测量，可采用穿戴式、非接触式的医学传感器，对用户进行健康监护；②网上实时会诊，采用C/S架构、套接字编程，实现视频、语音、文字等形式的实时交互；③网络传输协议标准，采用 HTTP、TCP/IP、SMTP、POP3 等标准网络传输协议进行编程。

3.3 用户信息安全问题存在于系统的各个层次

在信息感知层，用户信息以无线Zigbee的形式传输，无线信号易被窃听；在网络传输层，网络中传输的用户数据易被骇客窃听；在应用服务层，用户向社区医生咨询的过程中，信息易被窃取，另外，数据可中包含用户的隐私信息，也可能因数据库的访问控制措施不完善等被窃取数据，从而泄漏用户的隐私。解决办法：首先，在Zigbee的无线传输过程中采用CRC（cyclic redundancy check）即循环冗余校验码校验和采用侦听回复机制程序设计保证数据的完整性、实时性及有效性；在用户与社区医生的会话过程中，可采用数据加密方法，如TripleDES即对称加密算法加密会话内容，防止在传输过程被窃听的数据泄漏用户隐私；其次，采用安全协议，来保护传输过程中的数据；最后，采取有效的认证、访问控制方法，如密钥认证、生物认证相结合的方法，以保证数据库存储数据的安全性，保护用户数据的隐私。

4 结论

健康物联网中社区卫生服务系统，采用穿戴式便携传感器在信息感知层获取用户的身体状况及环境参数等数据，经Zigbee无线网络传输和Internet网络传输传至应用服务层，实现对用户的远程医疗监护和远程医疗会诊，为老年人或慢性病患者提供更好的健康监护和医疗服务。远程医疗会诊是系统提供的核心服务，系统中出现的个性化服务、技术性问题和用户个人资料隐私保护是系统的关键问题，文中提出了相应的解决办法。通过上述技术，基于健康物联网技术架构的系统设计，为独居老人或慢性病患者提供了智能化、个性化、人性化和综合化的医疗服务，使用户能够足不出户就得到很好的医疗服务，减少了到医院的花费。本系统能为物联网的其他智能应用提供一定的借鉴作用。

[1]张旭峰，姚志洪.基于物联网技术的慢病管理系统[J].医谷，2011，28（17）：34.

[2]杨文茵.基于物联网的智能家居医疗系统[J].佛山科学技术学院学报，2011，7（29-4）：33-37.

[3]张福生.物联网：开启全新生活的智能时代[M].山西：山西人民出版社，2010.

[4] 姚志洪.健康物联网[J].医谷，2011，14（17）：26.

Design of the community health service system based on internet of things

WU Zhao LIU Leihong
Department of Biomedical Engineering,Biological Science and Engineering College,South China University of Technology,Guangdong Province,Guangzhou 510006,China

In order to improve the level and quality of medical serves in the community hospital,a community health service architecture is designed in this paper,which consists of the remote medical care and the telemedicine consultation.Based on the combination of the technology of Internet of things and the modern medical informatic technology,client is able to collect different physiological parameters at home,and transmit these parameters to the community hospital for the following diagnosis.And doctors are also able to diagnose and have on-line consultation in real time.This system provides an approach to complete the health care at home,and makes the on-line communication between clients become possible.

Community health;Remote medical;Internet of things

R-058

C

1673-7210（2012）08（a）-0166-03

吴昭（1985.12-），女，山西人，硕士研究生；研究方向：医学影像技术与医学图像处理。

2012-03-07 本文编辑：程 铭）