智慧养老平台构建研究*

马顺帅 代振鲁 张亚茹 李 敏 张 冉 胡珊珊

(济宁医学院医学信息工程学院 日照 276826)

1 引言

随着社会发展我国人口老龄化程度不断加深，养老和医疗问题日益突出[1-2]。根据国家卫健委统计数据，我国超过70%的老年人患有至少一种慢性疾病，且一半的老年人同时患有两种以上慢性病[3-4]。慢性病的高发病率不仅影响老年人生活质量，更加重家庭和社会的负担[5]。养老和医疗是老年人最重要的两大需求，推动养老与医疗结合成为我国老龄化社会发展的必然趋势[6-7]。国家先后出台多项政策，加强老年健康服务，推进医养结合[8]。在该背景下加快建设医养结合的养老服务体系，实现养老与医疗服务资源有机整合，探索满足老年人多元化需求的新型养老模式成为社会关注的热点[7,9]。随着互联网、物联网和大数据技术的应用与发展，“互联网+养老”的智慧养老服务模式成为解决传统养老难题的重要途径[10]。智慧养老是指以信息网络技术为依托，综合运用互联网、物联网和大数据等技术，构建面向老人、社区和养老机构的物联网信息平台，整合政府、社会、社区和家庭资源，对老年人日常生活、医疗健康、休闲娱乐等方面进行智能化管理，为其提供便捷、舒适、高效养老服务[1,11]。本文从老年人养老和医疗服务需求出发，提出构建医养结合模式下的智慧养老服务平台，为老年人提供生活照料、医疗保健、休闲娱乐等多元化的养老和医疗服务。同时将数据挖掘技术应用于该平台，对老年人日常生活、医疗数据进行挖掘分析，探索其中规律，为老年人提供智能化健康管理。

2 系统设计

2.1 平台架构

2.1.1 概述 平台架构分为3部分：数据采集组、数据传输、数据服务器。为确保音频、视频通讯顺畅，采用支持公共交换电话网(Public Switched Telephone Network，PSTN)协议的IPPBX软交换机。为保障Internet接入安全及网络通畅，部署相应防火墙和交换机[12]。平台总体架构，见图1。

图1 平台架构

2.1.2 数据采集组 终端设备以智能手机为核心，通过穿戴式心率监测等设备采集老年人实时体征数据，通过蓝牙等方式将数据传送到智能手机，以智能手机作为中转，将数据汇总、封装上传至服务器。用户通过手机移动网络访问医院、家政公司等有关官网，实现医院在线挂号、家政服务、药物查询等功能。

2.1.3 数据传输 设备将原始测量信息封装成帧，通过传输介质发送至路由器，路由器收到数据后先进行循环冗余码校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)，分析IP数据报后，重新封装数据，根据路由器内存中的路由表将数据转发至服务器，数据封装详细过程，见图2。

图2 数据封装过程

2.1.4 数据服务器 服务器收到数据后首先对报文消息进行校验，若消息不合法则将其抛弃，若消息合法则继续下一步。获取到正确封装数据后，将数据写入数据库。

2.2 数据库[13]

2.2.1 基本信息 对老年人基本情况信息进行登记，如年龄、性别、教育程度、职业、住址、联系方式、经济状况、生活自理能力、紧急联系人等。

2.2.2 服务需求 记录老年人服务需求，包括家政、医疗保健、生活照料、精神慰藉等，针对不同服务需求提供个性化养老服务。

2.2.3 健康档案 为老年人建立电子健康档案，包括家族病史、既往病史、慢性病史、现病史、临床诊疗及用药情况、健康体检结果以及生活方式、饮食习惯等健康相关信息。

2.2.4 社会养老资源 登记家政服务公司、医院、养老机构、老年活动中心、超市等社会养老资源及服务人员信息，包括规模、地址、使用及闲置情况、服务人员数目、技能等级、联系方式等，实现养老服务供给和需求有效对接。

3 基于移动端的智慧养老平台功能(图3)

图3 智慧养老平台功能布局

3.1 紧急呼救

主要用于紧急事件处理，可立即将求救电话拨打至120或亲属。实现该功能首先需要添加android.permission.CALL_PHONE拨打电话权限，编辑activity_main.xml增加Button按钮，然后使用Uri.parse方法直接拨打120。通过获取输入框属性可将紧急呼救电话设置为亲属电话。

3.2 通讯

主要用于老年人与家人的交流沟通，增加老年人幸福感。该功能主要借用FFmpeg开源跨平台视频和音频流方案。使用会话初始化协议(Session Initiation Protocol，SIP)建立会话；实时传输协议(Real Time Protocol，RTP)/实时传输控制协议(Real Time Transport Control Protocol，RTCP)管理音视频数据发送与接收；会话描述协议(Session Description Protocol，SDP)描述会话建立时的一些基本信息，如编解码格式、会话创建者名字等信息。

3.3 生活服务

主要为老年人提供综合性生活服务，如定期保洁、日间照料等。点击生活服务功能，显示与本平台合作且通过审核的家政服务公司。选择某家政服务公司名称，自动跳转至其官网，根据需要选择并提交相应服务。此外可进入社区服务专栏，使用在线物业缴费功能，在家中完成各项物业费用缴纳。在线支付功能主要使用第3方支付平台，对接其他网银接口。通过初始化支付通道编码列表、支付请求及结果参数实现信息传递。为保证数据安全，缴费信息使用MD5加密算法和密钥封装为hmac码，易宝支付平台将传递数据再次加密，对比两次数据是否相同，相同即为有效并对接网银接口进行付款。

3.4 医疗服务

3.4.1 预约挂号 老年人在家中便可完成预约挂号。该功能主要通过发送显式Intent来启动指定浏览器打开对应医院官网，选择相应科室进行挂号。

3.4.2 远程医疗 通过手机APP与医生进行远程交互式医疗咨询和问诊，使老年人足不出户即可获得所需医疗咨询服务。该功能主要以视频形式进行，实现方法与通讯功能类似。显示合作医院专家医生，选择并视频对话，进行远程医疗咨询。

3.4.3 用药指导 提供个性化用药指导与服务。每天按时推送用药提醒，包括用药时间、用量与药品不良反应等消息，在提高老年人服药依从性的同时减少药品不良反应发生。用药提醒利用长轮询实现，前端设置PNS接口(pnsUrl)，负责推送消息至前端；pnsErrorInterval设置重新调整接口的时间间隔；msgTypes设置推送消息类型等。医生设置用药提醒后，长轮询会在设置的时间点查询老年人是否有用药提醒业务，然后以消息推送形式将用药提醒每隔5分钟发送1次。此外可通过国药准字号查询等服务查询药品相关信息，通过发送显式Intent启动指定浏览器打开国药准字查询网站，输入需要查询的信息点击查询即可。

3.4.4 健康管理 通过采集老年人身体状况、用药情况和生活习惯等健康数据，利用智慧养老平台数据挖掘功能分析老年人健康情况，实现对老年人健康监测、疾病预警、药品推荐和生活指导等健康管理，使其建立健康生活方式，促进慢性病预防、治疗和康复。

3.4.5 医疗知识推广 主要是普及医疗保健和慢性病防控知识，提高老年人健康素养和自我保健能力。医疗知识通过第3方平台推送，以语音形式播报，推送者为管理员指定的专业医生。

3.5 休闲娱乐

为社区组织休闲娱乐活动提供辅助通知功能，通知消息通过第3方平台推送。考虑到老年人视力问题，引入科大讯飞平台语音框架，增加语音播报功能。

3.6 定位和监测

3.6.1 定位 通过平台移动定位技术获取老年人位置信息，当发生突发紧急状况时及时掌握具体位置，提高救援效率。百度定位提供GPS、基站、WIFI等多种定位方式，性能优越，该模块使用百度地图的集成定位软件开发工具包(Software Development Kit，SDK)，设置相应参数实现定位功能。

3.6.2 监测 实时测量心率信息，随时了解个人健康情况。使用目前较为普遍的BMD101心电采集模块，对收集到的信号依次进行扩大峰值、滤波降噪、转换数字信号等处理后暂存于缓存器中。由于安卓版本不同和设备兼容性的问题,本平台使用较普遍的BK3231芯片。通过View的继承类SurfaceView来绘制波形，提供最直观的体验。

4 基于数据挖掘的健康管理

4.1 健康管理服务

4.1.1 概述 针对老年人慢性病高发现状，利用数据挖掘技术对收集到的老年人身体状况、用药情况和生活习惯等健康数据进行挖掘分析，发现其中规律，提供药品推荐、疾病风险预测、危险因素分析等健康管理服务，帮助其预防和治疗慢性病。

4.1.2 药品推荐 在医疗大数据时代，慢性病患者处方用药数据大量积累，利用数据挖掘技术发现其中的频繁项集和关联规则，从而找出治疗某种慢性病最常用的药品、药品组合以及多种药品之间的关联规则，为指导老年人慢性病用药提供偱证医学支持，最终完成药品推荐。

4.1.3 疾病风险预测 利用数据挖掘技术分析慢性病患者体征数据，如血压、血糖、血脂和可穿戴设备监测的数据等，分析这些体征数据与某种慢性病的关联。基于老年人体征数据预测其患慢性病的风险，对潜在患者提供早期预警。此外还可挖掘不同慢性病之间关联，如高血压与冠心病、糖尿病之间的关联性，根据数据挖掘产生的关联结果，对强关联慢性病做好预防和干预工作。

4.1.4 危险因素分析 通过监测慢性病患者生活习惯和行为方式，挖掘慢性病影响因素，对老年人生活行为方式进行科学干预。监测因素包括年龄、性别、体检频率、吸烟情况、饮酒情况、饮食口味、运动情况、体型、情绪等。通过对这些因素进行数据挖掘，找出影响慢性病发生的主要危险因素，如吸烟、饮酒、不经常参加锻炼、高盐高油饮食、肥胖等不良生活方式和行为，指导老年人养成正确合理的生活习惯，预防慢性病发生。

4.2 关键技术

4.2.1 数据离散化 老年人健康数据中有许多连续的数值型数据，在进行数据挖掘之前需要将这些连续型数据离散化。在参考医学书籍并咨询医学专家的基础上，确定健康数据离散化的临界值。如收缩压≥140mmHg或舒张压≥90mmHg判定为血压异常，记为1，否则记为0；空腹血糖≥6.1mmoL/L判定为血糖异常；每日平均酒精摄入量≥25g(男性)或≥15g(女性)判定为饮酒过量；每周运动≥3次、每次运动时间≥30分钟判定为经常运动；饮食方面，每日摄入食盐超过6g判定为高盐饮食，每日摄入食用油超过25g判定为高油饮食。

4.2.2 数据挖掘 指从大量有噪声、不完全、模糊且随机的数据中发现隐含其中、事先未知但潜在有价值的信息或知识[14-15]，常用方法主要有关联规则、决策树、神经网络、聚类、回归分析等[16]，本平台使用关联规则算法对老年人健康数据进行挖掘。健康数据经过预处理后，利用关联规则Apriori算法挖掘其中的频繁项集和关联规则，通过设置不同支持度、置信度和提升度参数，发现老年人用药规律，体征数据、行为因素等与慢性病的关联规则以及不同慢性病之间的关联规则。

5 结语

随着老龄化社会到来，养老问题成为我国社会热点问题之一。面对老年人养老需求和医疗需求的双重压力，基于医养结合的智慧养老模式成为新思路。本文基于智慧养老理念，以互联网、物联网、大数据等技术为支撑，构建医养结合的智慧养老服务平台，对平台架构设计、模块布局和实现技术等进行详细阐述。该平台从老年人实际需求出发，确定智慧养老服务内容，为老年人提供多元化养老服务。同时针对老年人慢性病管理需要，将数据挖掘技术应用于智慧养老平台，通过挖掘老年人健康数据发现其中规律，为老年人提供智慧化、个性化健康管理服务。