基于IPv6的社区智慧医疗服务体系构建

瞿康源 张娜 何娟 刘超 刘盈 张秋月

摘要：自2009年起，我国开始推行“家庭医生”医疗服务模式，发展至今，传统的家庭医生提供上门医疗的服务方式却难以满足社区居民的健康需求，所以亟需一种远程智慧医疗服务模式来解决这一传统问题，为此本文提出了一种基于IPv6的社区智慧医疗服务体系构建的方案，利用IPv6和无线传感网络技术搭建社区医疗物联网，并采用高精度传感器采集相关健康数据，同时开发网站和APP让用户和家庭医生方便地进行数据的访问，为目前“家庭医生”医疗服务模式所面临的问题提供技术支持。

关键词：家庭医生；IPv6技术；物联网技术；社区医疗

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）06-0286-03

1引言

长期以来“看病难、看病贵”一直是我国医疗服务行业的常态，国家也出台了大量相关政策着手解决这个问题。我国于2009 年推出的《中共中央、国务院关于深化医药卫生体制改革的意见》中强调让民众能够得到家庭医生的签约服务[1]。通过“家庭医生”这一医疗服务模式，让小病能够在家门口解决以缓解大医院的就医服务压力。

社区医生作为家庭医生的主要承担者，依靠传统的医疗服务方式仍无法满足社区居民的基本医疗服务，以芜湖市为例，根据芜湖市政府政务公开数据，截至2018年底，芜湖市共有家庭医生团队近900个，签约超18万人。家庭医生团队主要由家庭医生、社区护士、公卫医师（含助理公卫医师）等组成，但平均一个团队要负责200多人的上门医疗服务，服务压力非常大。

为改变这种现状，通过互联网提供医疗服务已经成为一种趋势。当前的网络医疗服务仍然限于傳统医疗模式的延伸，大多数是用户通过网站与医生进行咨询。近年来随着一些常规的体检设备（血压计、血糖仪等）进入家庭，居家体检越来越流行，但是这些体检资料无法自动存储问题，也不能和医生共享资料。为了打通居家体检和社区家庭医生之间的信息共享通道，通过物联网技术将居家体检设备与云服务器连通，家庭医生和用户在通过互联网云服务器上共享体检数据，从而为医生评估健康状态提供量化指标。

医疗硬件与互联网之间势必要互联互通，实现对用户进行远程医疗服务，能够让用户及时地得到就诊建议，让用户的就诊信息在各级医院之间实现共享，提高医疗技术[2][3]。由于IPv4地址资源紧张，物联网医疗设备地址资源受限。近年来，IPv6和无线传感网络等技术的蓬勃发展为解决这种现状提供了可能。本文设计了一种基于IPv6的智慧社区医疗服务体系，构建一种泛在环境下提供社区医疗服务的物联网体系结构。通过使用人体生物体征感知设备，采集用户体征数据，通过无线网络将这些数据传递到远端的服务平台，建立人体生理信息库，实现从传感器到云端，再到APP和应用系统的数据通路，并进行相关数据分析。

2 IPv6的智慧社区医疗服务体系

IPv6的智慧社区医疗服务体系包括基于物联网技术的网络体系结构和应用层的智慧医疗服务，网络体系设计了一种基于IPv6构建的智慧医疗物联网。

2.1基于物联网的社区智慧医疗体系

随着无线通信技术的快速发展，无线网络已经得到广泛应用，无线城市已经实现了城市范围的无线网络覆盖[4]，为物联网服务提供了通信基础。基于物联网的社区智慧医疗通过以无线方式将附着于人体上的生物参数传感器进行连接，对采集不同的生理特征的数据（如体温、血压、心率，呼吸、血糖等）进行汇集融合，通过IPv6网关将这些数据传递到远端的数据中心并整合分布于社区家庭中的个体生理数据。通过可穿戴、可植入、可侵入微型医疗传感器采集人体活动的健康数据、运动数据；以无线互联方式建立便携可移动的体域网，并通过IPv6网关进行初步处理后通过IPv6网络向云数据存储发送。云数据中心以安全方式存储海量个人健康信息[6]。

采用基于IPv6的传感器节点，每个传感器都具有唯一的IPv6地址，并将采集到的数据通过Wi-Fi（蓝牙、Zigbee等）发送到IPv6网关，由网关通过IPv6网络发送到云端服务器进行存储，远程客户端通过IPv6网络访问云端服务器获取数据。同时为了避免采集数据混淆，在生理参数采集前，通过RFID标签认证个人的身份[5]，从而保证所传数据为本人生理参数。

通过对采集的数据进行分析，涵盖用户端与设备端，用户数据能够做到及时的上传和处理，大数据平台和后端服务相结合，可以对用户进行智能管理，最后社区医院和中心医院形成二级联动，家庭医生认为社区医院解决不了的问题及时转诊。基于社区智慧医疗物联网体系如图1所示，用户通过体征传感器采集用户数据经过网关送给服务器，医生和用户通过服务器访问数据。

2.2社区智慧医疗服务体系

采集到的用户健康数据通过路由器发送到云端服务器进行存储分析，家庭医生可通过计算机或者手机APP查看签约用户的健康数据，同时个人用户直接通过手机APP实时从云端服务器获取采集到的自身健康数据，另外云端服务器通过大数据分析功能，通过采集到的用户数据进行大数据分析，从而做到对健康状态可能发生的变化提前做出预警。

由于个人生理参数信息属于个体隐私数据，智慧医疗数据的安全保护是关键环节，如何让智慧医疗在有效的安全机制下逐步发展已经是必须要解决的问题[7]。通过在IPv6网关端增加数据加密模块，可以保障数据在互联网中的安全传输[3]。在服务端，采用第三方提供的安全可靠云服务器安全解决方案来保护数据的安全，实现安全可控的数据访问，从而实现个人敏感数据的安全。

社区智慧医疗服务体系如图2所示，设备端采集经过RFID认证的个体数据，用户通过手机或者计算机查看个人健康档案或者问诊医生。服务器端提供数据的存储与管理，进一步提供健康数据的分析。医生通过访问服务器根据用户生理数据和既往信息提出建议。

3硬件和软件设计

基于IPv6的社区智慧医疗服务需要在硬件上完成数据采集和射频发送，在网关上完成数据转发，在服务器和客户端实现软件设计。

3.1主要硬件

社区智慧医疗物联网系统硬件含有人体特征感知模块、通信模块以及嵌入式系统。感知模块用于感知和采集个体的生理参数，当前市场上一些生理参数感知的传感器可用于采集生理数据。如Dallas公司生产的DS18B20可用于准确测量体温的温度传感器，Maxim公司的MAX30102生物传感器可用于测量心率和血氧，亚德诺半导体生产的用于ECG及其他生物电测量模块AD8232等。这些传感器可用于实现对人体健康数据的采集。

在采集终端可采用意法半导体STM32系列单片机，集成51单片机的TI公司CC2530 等芯片，在采集精度上STM32单片机优于CC2530。在实际系统部署中可根据实际需求选用。通信模块可选用支持IEEE 802.15.4的CC2530，CC2630和JN5168等。为了兼容不同的通信協议，也可以选用支持Wi-Fi通信的通信模块，如乐鑫信息科技的ESP8266（Wi-Fi）模块等，此外提供单片机也可以连接蓝牙模块。

网关需要安装Linux以支持IPv6网关[8]，三种不同的节点模块以不同的方式与网关进行通信，为了支持不同的通信协议，IPv6 网关将三种不同的通信统一处理，保证Zigbee，蓝牙、Wi-Fi 子网同时在 IPv6 网关上通信。为了在采集人体生理参数的节点上实现IPv6通信，需要在单片机上运行支持IPv6的Contiki的操作系统。Contiki OS 包括一个多任务核心、TCP/IP协议栈（uIPv6）以及低能耗的无线通讯栈Rime[9]。单片机通串口与通信模块进行通信，将采集数据以IPv6格式数据报发送到网关。网关对应的通信模块接收数据并转发到互联网服务器上。

3.2 社区智慧医疗服务网站设计

为方便用户的使用和家庭医生的管理工作，本方案设计并制作了一个网站来提升用户体验和家庭医生的工作效率，用户只需输入网址并进行账号登录即可查看采集的个人健康数据，家庭医生也可在登录网站后对签约的用户进行健康管理。

3.2.1 功能设计

网站的页面只要有用户页面和家庭医生页面，使用不同账号登录显示的功能和页面会有所不同，并以用户和医生的需求为导向，逐步优化进行迭代升级。

图3功能设计流程图展示了用户和家庭医生使用账号和密码进行登陆，服务器自动识别账户类型从而进入相应的功能界面。

目前用户端的主要功能有查看个人实时健康数据、获取医生建议、健康预警机制和向医生咨询健康问题。医生端的主要功能有查看签约用户的健康数据和健康问题咨询。其中，健康数据从服务器数据中心中存储采集数据的用户健康数据库中提取，同时大数据分析功能可以及时向用户发出健康预警并供医生参考，用户咨询的问题进入数据中心的用户咨询数据库，可供医生进行提取查看并且所有的回复和健康建议进入建议数据库，方便用户进行提取查看。

3.2.2网站后台及服务器

为保护用户数据安全，同时缩短开发周期和节约开发成本，本方案使用阿里云服务器支撑网站的运营，并采用阿里云提供的IPv6解决方案，真正实现整个智慧社区医疗服务体系在IPv6网络下运行。

图4技术架构图所示为本方案使用阿里云ECS服务器配置IPv6服务和IPv6地址，并用RDS云数据库存储结构化数据，OSS对象存储来存储图片等非结构化数据。另外基于阿里云构建出一个相对安全和隔离的网络环境，即VPC专有网络，以此来保证整个体系的运行安全和数据安全。

3.3 APP设计

近年来移动互联网迅猛发展，故本方案也开发出一款APP方便用户使用，同时也能大大提高家庭医生的工作效率。

APP在设计之初就分别开发了用户端和医生端，使用账号和密码并选择不同的身份登录进入相应的界面。用户端可查看个人健康数据和获取医生建议，医生端可查看签约的用户健康数据以及发送建议。所有的健康数据依然是从服务器数据中心用来存储采集数据的健康数据库中调取，并且APP中用户咨询和医生建议流程与网站功能的流程基本相同。图5显示了用户访问的界面。

4结束语

从“看病难、看病贵”的背景到“家庭医生”政策的出台，可以看出我国一直致力于改善医疗服务环境。随着时代的发展和技术的进步，及时引入前沿技术对医疗服务行业的进步起着至关重要的作用，而基于IPv6的社区智慧医疗服务体系构建正是为远程医疗的服务模式提供了一种良好的解决方案和思路，大大改善了传统家庭医生上门服务所带来的不便，用户和医生都只需通过采集健康数据的传感器就可以实时检测并查看健康数据，省去了上门采集的烦琐，同时APP和网站的开发建设也开拓了用户和医生的沟通渠道，使得家庭医生能够便捷地为签约用户提供更好的医疗服务。可以说基于IPv6的社区智慧医疗服务体系构建大大提升了用户体验和医生工作效率，可是这还远远不够，我们将更加致力于深入挖掘用户需求，加速产品迭代和架构升级，创新医疗服务模式，提高医疗服务能力，为我国医疗服务行业发展做出贡献。

参考文献：

[1] 张荣荣，李晓春.我国家庭医生制服务中存在的问题及对策分析[J].中国药物经济学，2018，13（6）：105-108.

[2] 吴宗涛.嵌入式Linux操作系统在数字化医疗设备中的实践[J].数字技术与应用，2015：215.

[3] FulongChen，Yonglong Luo， Ji Zhang，JunruZhu，ZiyangZhang，Chuanxin Zhao， Taochun Wang. An infrastructure framework for privacy protection of community medical internet of things， World Wide Web，2018，1（21）：33-57.

[4] 赵传信，陈付龙，王汝传，赵诚.融合信道分配的无线Mesh网络多目标网关部署，计算机研究与发展，2015，52（8）：1831-1841.

[5] Chuanxin Zhao，Changzhi Wu，Jian Chai，Xiangyu Wang， Xinmin Yang， Jae-Myung Lee， Mi Jeong Kim.Decomposition-based multi-objective firefly algorithm for RFID network planning with uncertainty，Applied Soft Computing， 2017，55（6） 549-564.

[6] Liu， Chao.， Chen， Fulong.， Zhao， Chuanxin.， Wang， Taochun.， Zhang， Cheng.， & Zhang， Ziyang. IPv6-Based Architecture of Community Medical Internet of Things. IEEE Access， 2018（6）： 7897-7910.

[7] 沈为濂.关于智慧医疗中信息安全运营的探讨[J].中国卫生标准管理，2018，9（16）：2-4.

[8] 王伟，杨仲乐，马振玲.嵌入式Linux操作系统在数字化医疗设备中的应用[J].医疗设备信息，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.

【通联编辑：光文玲】