基于便捷终端的智慧医疗数据传输存储与显示设计及测试

胡 静，蒋亚林*

（亳州市人民医院信息中心，安徽 亳州）

智慧医疗系统能够全天候的采集用户的血压、心率、血氧等多种生命体征，这些数据快速传递到微处理器进行处理后，以图像形式直观呈现，方便医护人员或用户随时掌握生命体征，从而在体质监测、疾病预防和诊断等方面发挥了重要作用。在系统开发过程中，如何实现数据同步传输和结果动态呈现成为系统设计与研究的关键点。

1 智慧医疗数据传输设计

1.1 网络编程技术的选择

前端设备采集患者的生命体征后，利用5G 网络将数据传输至流数据中心，再经过局域网传输至基于便捷终端的智慧医疗系统。为了使智慧医疗系统可以实现对生命体征的连续采集、动态存储、实时传输，对设备之间的网络通信提出了较高的要求。目前常用的网络编程技术有Socket 编程、HTTP 编程、FTP 编程等若干种。其中，Socket 编程采用套接字技术，主要应用于创建客户端、服务器应用程序，具有操作简便、功能丰富、支持双端通信等特点，因此本文选用Socket 网络编程技术进行智慧医疗数据传输设计[1]。

1.2 基于Socket 的网络通信链路设计

基于便捷终端的智慧医疗系统，既要在生命体征采集设备与流数据存储中心、流数据存储中心和便捷终端之间建立通信。使用Socket 编程技术可以构建一条完整的网络通信链路，提高了智慧医疗系统内不同设备之间的通信效率。另外，Socket 根据通信协议的不同提供了多种通信模式，例如面向TCP 通信协议的Socket_Stream 模 式， 面 向 UDP 通 信 协 议 的Socket_Dgram 模式等。本文选择Socket_Stream 模式完成无线通信，在便捷终端上运行Socket 后，分别向生命体征采集设备、流数据中心发出请求，在响应请求后建立起通信链路，并上传智慧医疗系统所需的数据，通信实现流程见图1。

图1 便捷终端与数据中心之间的Socket 通信

2 智慧医疗数据存储设计

2.1 数据库的选择

由于智慧医疗系统在运行过程中需要不间断的采集生理数据，数据体量庞大；同时，智慧医疗系统还需要实时调用数据并展开智能分析，实现对患者身体状况的监测。基于上述特点，对系统数据库的存储容量、响应速度等均提出了严格要求，选择合适的数据库对智慧医疗系统的可靠和高效运行有积极帮助。本文选择了主流的MySQL 数据库，作为一种关系数据库，采用关系数据模型建立数据表，能够对前端设备采集到的生命体征进行自动分类，并填入对应的数据表中，这就为数据的存储和调用提供了便利[2]。除此之外，MySQL 数据库还具有源代码公开、操作方便、易于开发等特点，能够较好地适配智慧医疗系统的数据存储需求。

2.2 基于MySQL 数据库的存储设计

当数据库内的数据接近或达到存储上限后，新存入的数据会自动覆盖最早存入的数据，从而造成部分数据的丢失。基于便携终端的智慧医疗系统用于慢性病的预防和预测时，需要进行长期不间断的监测，获取大量的生理信息数据，因此对于数据的保存时限、对数据库的存储容量均提出了较高的要求。本文采用了基于Innodb 共享表的空间存储方式，将生理数据按照来源或时间进行分类后，保存在一个单独的表空间，每个表空间包含若干个压缩文件，从而减少了对存储空间的占用。当智慧医疗系统需要调用生理数据时，再进行解压以满足数据使用要求。

另外，为了保证MySQL 数据库内存储数据的完整性和可用性，本文提出了一种基于用户ID 结合采集最小间隔时间作为唯一标识的生命体征存储方式。数据库内的所有行数据被添加唯一标识，在智慧医疗系统检索数据时，可以根据标识快速锁定目标数据，从而提高了数据库的响应速度[3]。同样的，该标识还能起到约束作用，保证存储到MySQL 数据库中的数据都是真实、有效的，提高了数据的利用价值。

3 智慧医疗数据显示设计

基于便携终端的智慧医疗系统采用“前端设备→流数据中心→智慧医疗终端”二级通信方式，数据上传和数据处理都会花费一定时间，因此从采集数据到数据显示会存在时间间隔。为了优化智慧医疗系统的使用体验，必须最大程度上降低延时，实现数据的实时显示。本系统采用多线程技术达到实时信号显示的效果，其原理是采用“绘图滚动”方法，将采集到的数据在绘图区域进行多次滚动刷新显示，让用户能够一目了然的观察到生命体征的动态与实时变化[4]。在多线程技术下，智慧医疗系统中的生命体征可以看作指令的有序集合，在程序运行时对数据执行的动态操作可以看作进程（Process）。每个进程表示对于一组数据的一个动态操作，通过创建多个进程实现了对生理数据动态采集和实时呈现。为了避免多个进程之间出现通信冲突的情况，本系统采用互斥逻辑关系优化了多个进程对资源的占用关系。当智慧医疗系统同时运行2 个及以上的进程时，按照时间的先后顺序或者是进程的重要程度进行排序，当前一个进程结束、释放资源后，其他互斥进程才能按照顺序使用该资源[5]。

4 基于便捷终端的智慧医疗系统测试

4.1 数据传输测试

4.1.1 测试目的与测试环境

基于用户的生命安全考虑，智慧医疗系统从采集用户生理信息，到完成数据存储，再到数据直观呈现，整个过程中必须要尽量减少时间的占用，降低系统的延迟。从这一点出发，对智慧医疗系统的数据传输性能进行了测试。测试环境如下：

（1） CPU：Intel CPU 芯片CoreTM2Quad。

（2） 主频：2.68 GHz。

（3） 内存：4 G。

（4） 网络：中国联通5G 网络。

测试环境布局见图2。

图2 数据通信测试环境布局

4.1.2 测试结果

系统数据传输测试结果见表1。

表1 数据传输测试结果

由表1 数据可知，无论是在5G 网络环境下还是局域网环境下，便捷终端的发包数、监听程序的收包数与数据库接收包数始终相等，说明在数据传输过程中不存在丢包情况，前端采集到的数据可以完整的传输到终端，保证了智慧医疗系统准确无误地监测和反映用户的各项生理数据，达到了将采集数据准确写入数据库的目的。横向对比来看，通过5G 网络发送840个数据包用时为90 秒，但是将这些数据写入数据库用时为1 分48 秒，两者之间存在18 秒的时间差，存在延迟情况。分析认为，与生理数据写入数据库时的网络延迟有关。通过局域网发送925 个数据包用时为88 秒，将数据写入数据库用时为1 分30 秒，两者之间存在2 秒的时间差，延迟明显降低。分析认为，与发送端与接收端的连接方式有关。为了验证这一猜想，设置了对照试验，分别采取网络直接连接和连接后数据传递2 种方式，对比局域网内数据发送与接收的延迟情况，测试结果见表2。

表2 局域网内数据发送与接收延迟测试

由表2 数据可知，当发送端首次与接收端连接并进行数据传递时，可能存在2 秒左右的延迟；当连接建立后再次传输数据，可以将延迟控制在1 秒内，此时智慧医疗系统基本上能够做到数据的同步传输和实时显示。

4.2 数据显示测试

基于便携终端对智慧医疗系统，除了保证数据传输的时效性，还要做到数据的直观呈现，把繁杂的数据转化为直观的图像，从而提高系统的人机交互体验。基于此，本文使用与上文相同的测试环境开展智慧医疗系统显示效果的测试，测试对象分别为心电信号和呼吸信号，结果见图3。

图3 心电图实时动态显示结果

在采集用户的心电信号时，将智慧医疗系统读取数据库的频率设定为1 秒/次，用于判断是否有新的数据写入数据库。当数据库更新心电数据后，智慧医疗系统会自动将数据添加到显示屏上，从而保证心电图曲线的连续性。按照同样的处理方法，该系统也能对用户的呼吸信号进行直观显示，见图4。

图4 呼吸信号实时动态显示结果

智慧医疗系统也能用于用户体温的监测，考虑到体温信号不需要采取动态波形的方式显示，将其设计成数字显示模式。从测试结果来看也能准确显示用户的实时体温，并且只有当体温发生变化时才会更新显示结果。综上，数据显示测试结果表明基于便携终端的智慧医疗系统的用户界面简洁、人机交互体验良好。

5 结论

随着大数据、互联网、人工智能等技术在医疗领域的成熟应用，为智慧医疗系统的推广应用提供了良好基础。基于便携终端的智慧医疗系统，不仅实现了对用户心跳频率、呼吸频率、体温等生命体征的不间断监测，而且还能进行长时间存储和直观化呈现，在慢性病的长期观测和预防预测等方面表现出独特优势。融合了Socket 通信和多线程技术的智慧医疗系统，降低了通信延迟，提高了系统响应速率，实现了监测数据的实时显示，可靠性和实用性较好，具有广泛的应用前景。