基于动态血糖监测的糖尿病远程管理系统设计

戴 炜，关 阳，李 韵，王鑫鹏，祝 娅，李惠子*

（1.火箭军特色医学中心全科医学科，北京 100088；2.北京中器华康科技发展有限公司，北京 100195）

0 引言

糖尿病主要表现为高血糖，是由多种因素相互作用而引起的代谢异常综合征。伴随着人们生活水平的日益提高以及饮食结构等方面的变化，糖尿病的发病率有逐渐增高的趋势。近年来，我国糖尿病患病率及致残率逐年升高且呈上升趋势，2015—2017年成年人患病率达11.2%，其中以2 型糖尿病为主[1]。2 型糖尿病带来的一个严重危害就是导致心脑血管疾病，甚至致死、致残[2]。同时2 型糖尿病创伤愈合障碍是临床上最常见且最棘手的并发症之一[3]。虽然目前我国糖尿病的知晓率（36.5%）、治疗率（32.2%）和控制率（49.2%）近几年来有所改善，但仍然处于低水平[4]。监测血糖有利于合理制订降糖治疗方案，是糖尿病患者管理中非常重要的环节[5]。

临床上评估血糖的方法有糖化血红蛋白监测、毛细血管血糖监测及其他监测方法，如动态血糖监测等。目前国内常用糖化血红蛋白监测来了解患者当前的血糖控制状况及预测病情发展变化，其检测结果可反映近2～3 个月的血糖平均水平，但无法体现每日血糖波动情况。而患者的自我血糖监测（如家庭血糖仪检测末梢血）只能提供单点的血糖值，不能显示血糖的变化趋势，无法发现夜间低血糖和无症状低血糖等情况，存在监测频率不足影响判断的情况，同时过于频繁的监测也增加了疼痛，容易引起患者的焦虑情绪[6]。动态血糖监测是利用置于皮下的感应器中的葡萄糖氧化酶与皮下组织间液中的葡萄糖发生化学反应，从而产生电信号，这些电信号通过感应器传输到分析软件中转换为血糖读数。动态血糖监测能提供可靠、全面、连续的血糖信息，了解血糖波动趋势，监测隐匿性高血糖及低血糖，特别是餐后血糖偏高、夜间及无症状性低血糖[7-8]。因此，对糖尿病患者进行动态血糖监测，对于加强血糖控制、提高患者自我管理效果、延缓糖尿病进展具有重要作用[9]。

《中国2 型糖尿病防治指南（2020 年版）》已明确制定了糖尿病防治中的三级预防目标[4]，而无论是治疗还是预防糖尿病及其并发症，将血糖控制在理想水平范围内是糖尿病管理中至关重要的环节。当前医院对于糖尿病患者治疗的监管手段较为局限，仍以定期复诊为主，医护人员难以做到实时、高效监测血糖水平。虽然少数的医院对糖尿病患者进行信息化管理，但是仍局限于手工录入、储存及查找数据，大多数医院在血糖管理上还是存在院内血糖管理效率低、院内外血糖管理“脱节”等问题[10-12]。

目前市场上基于动态血糖监测的管理系统一般需要用户通过扫描或输入方法传输数据，或者系统主动抓取的数据有限，造成特殊时间段（如睡眠时间）的数据获取不全，数据报告的完整度和可信度下降；同时，对于血糖记录，多数仍停留在单点血糖的记录和计算，不能通过人工智能（artificial intelligence，AI）辅助诊断来预测和评估血糖的变化趋势和整体水平；多数糖尿病管理系统只能实现客户端监测和查看与企业管理端的互动，不能打通各级医疗机构和医护端的联动，没有真正搭建远程医疗信息平台来实现有效的血糖管理；另外，患者体验较差，相关事件（如运动、用药、锻炼、胰岛素等事件）信息记录功能缺失。

因此，本研究设计一种基于动态血糖监测的糖尿病远程管理系统，以期解决既往糖尿病管理中传统手工采集血糖数据、信息单向流通以及院外血糖管理不到位等问题，达到完整连续采集血糖数据、打破医患信息沟通壁垒[13]以及规范院外血糖监测的目标，真正实现糖尿病远程管理的信息化、智能化、专业化。

1 系统设计

基于动态血糖监测的糖尿病远程管理系统重点围绕血糖监测、营养评估、药物治疗、运动处方、患者教育等业务功能展开设计。

1.1 设计思路

本系统采用软件即服务（software as a service，SaaS）数据平台，融合院内、院外和居家多场景数据，利用AI 主动健康核心算法，实现实时监控、多向交互、智能预警、风险预判功能，达到远程医疗、个体化治疗和扩展医疗照护服务的目的，使患者参与度和自我管理效能提高、医务人员工作效率提升以及医疗服务范围扩大。

1.2 系统开发环境

本系统采用Java EE 分布式微服务架构，应用Spring Boot、Spring Cloud&Alibaba、Vue、Element 等技术实现动态血糖管理、血压管理、指尖血糖管理、心电管理及营养评估等功能。系统使用前后端分离的方式进行开发。其中前端使用Vue 设计用户界面，后端使用支持Java 语言的IntelliJ IDEA 开发工具进行开发。

1.3 系统架构

系统架构图如图1 所示，由数据交互层、应用系统层和数据存储层组成。数据交互层包括医生端App、患者端App 和后台管理端。应用系统层主要实现数据采集、数据上传、数据录入、数据分析、患者管理等功能。数据存储层设置了5 个数据库，分别为报警数据库、数值存储库、数值审计库、配置数据库和AI 数据库。其中报警数据库和数值存储库负责存储配置管理和安全审计操作日志管理数据，数值审计库负责存储用户管理、日志管理和权限分配数据，配置数据库和AI 数据库负责存储接口转发、请求过滤数据。

图1 基于动态血糖监测的糖尿病远程管理系统架构图

1.4 系统设计流程

系统设计流程图如图2 所示。医院内多科室住院患者和门诊患者通过佩戴血糖监测设备，实时抓取动态血糖监测和相关事件数据，医生端可线上及时指导及处置，两端数据呈现于各病区血糖监护站并汇集到医院糖尿病管理系统，各科室和患者可以在各自的权限范围内获得需要的信息。院外的门诊或居家患者通过佩戴动态血糖监测设备进行居家式血糖监测，实现血糖数据实时传输，各级医疗机构可同步进行线上糖尿病医疗照护管理。云平台汇集院内和院外的患者信息数据，负责实时分析、对比、统计、计算和存储相关数据，生成血糖情况相关报告和预警提醒，及时反馈到各级医疗机构，实现医生管理端在线上诊室及时为用户提供诊疗建议和咨询答疑。

图2 基于动态血糖监测的糖尿病远程管理系统设计流程图

2 功能模块设计

本系统主要包括医生端App、患者端App 及后台管理端3 个部分，功能模块结构图如图3 所示。医生端App 包括用户管理模块、数据查看模块和干预随访模块。患者端App 包括数据监测模块、事件记录模块及医患沟通模块。后台管理端包括用户管理模块、数据管理模块和设备管理模块。医生通过登录医生端App 进行医患绑定，能完成远程实时监控患者血糖值及血糖波动，读取所属患者AI数据智能分析报告，在线上诊室及时为用户提供诊疗建议、答疑及随访。患者端可实时查看自身血糖值、血糖图谱及各种相关参数，接收血糖异常的预警提示，记录饮食、用药及运动情况等相关事件，查看动态血糖智能分析报告，以及保存历史记录并建立电子档案。后台管理端可定时定人群推送相关疾病咨询科普，分析患者情况并进行分类分层管理，通过AI 大数据分析进行数据分析、对比及统计，存储各端口相关数据，以及完成设备管理任务。

图3 基于动态血糖监测的糖尿病远程管理系统功能模块结构图

2.1 医生端App 用户管理模块

医生端App 用户管理模块可完成医患线上绑定、患者分类及患者分级管理（如图4 所示）功能。通过用户端和医生端线上绑定，可按照自定义类型区分患者，实施重点干预管理或常规管理，实现管理团队对患者的个体化、多对一及一对多管理，提升管理效率。该模块基于uni-app 框架开发，使用Keystone工具包实现用户与医生的关系绑定、分配用户权限与用户行为追踪，包括身份验证、令牌发放和校验、服务列表、用户权限定义等。

图4 患者分级管理界面

2.2 医生端App 数据查看模块

医生端App 数据查看模块可实现查看绑定患者数据、AI 大数据智能分析和异常血糖预警功能。医生登录医生端App 后可随时查看患者健康信息、全天血糖数据及智能分析报告，实现实时监控，同时对于患者过高或过低血糖值有预警提醒功能，辅助医生及时掌握患者情况。该模块采用Spring Cloud&Alibaba 提供后端技术框架，从MySQL 中获取动态血糖数据，利用患者端数据监测及计算结果，对计算出的平均血糖值、葡萄糖目标范围内时间（time in range，TIR）、葡萄糖超出目标范围时间（time out of range，TOR）、变异系数（coefficient of variation，CV）等数据汇总进行智能诊断分析，生成智能评估报告（如图5所示），并利用临床决策支持系统（clinical decision support system，CDSS）对患者数据进行初步判断，为医生提供辅助诊疗和干预建议。

图5 血糖智能评估报告

2.3 医生端App 干预随访模块与患者端App 医患沟通模块

医生端App 干预随访模块与患者端App 医患沟通模块能够实现医患线上互动交流、患者复诊提醒、医生干预管理及推送科普宣教指导等功能。医生登录医生端App 后可以与绑定的患者进行线上沟通交流，支持电话、图片、文字等交流形式。当患者血糖发生异常状况时，医生可根据患者实际情况随时进行干预，同时可进行定期复诊提醒，实现多样化随访。针对患者情况，医生端App 可向患者端推送科普宣教资讯（如图6 所示）实现知识沉浸，为患者教育提供便利工具，提升患者自我管理意识，提高干预管理的效果。医生端App 干预随访模块和患者端App医患沟通模块都是基于uni-app 框架开发，通过传输控制协议（transmission control protocol，TCP）使医生和患者建立长期稳定的连接，可直接进行数据传输。这2 个模块使用即时通信（instant messaging，IM）和实时音视频（real-time communiication，RTC）实现在线医疗场景，支持图文、电话、视频问诊，全面覆盖医疗场景下各类问诊形式的需求，如医院导诊、医院线上问诊、家庭医生一对一视频问诊等（如图7 所示）。

图6 科普宣教资讯推送界面

图7 线上随访界面

2.4 患者端App 数据监测模块

患者端App 数据监测模块可实现医生及亲友查看数据、血糖预警提醒、实时血糖监测及查看数据报告功能。患者佩戴微创植入式血糖传感器，由血糖发射器传输血糖值，通过蓝牙信号和手机用户端App 实现实时数据自动传输，每3 min 传输一次数据，24 h 传输480 次数据，可持续佩戴15 d。基于以上数据，可以提供全天血糖信息及相关数据分析，如实时血糖、TIR[14]、血糖水平、血糖波动及预估糖化血红蛋白值等（如图8 所示）。根据患者的情况，可进行高血糖和低血糖设置管理，当监测到血糖高于或低于设定的范围之后可进行报警提醒，防止血糖过高或过低引起的不良事件，实现安全预警管理（如图9所示）。同时医生可授权亲友实时查看用户血糖信息。该模块采用Spring Cloud&Alibaba 提供后端技术框架，从MySQL 中获取动态血糖数据，通过Java 算法多线程进行TIR、葡萄糖低于目标范围时间（time below range，TBR）、葡萄糖高于目标范围时间（time above range，TAR）统计计算。

图8 全天血糖信息及相关数据分析界面

图9 异常血糖提醒设置流程及界面

2.5 患者端App 事件记录模块

患者端App 事件记录模块能够实现患者饮食记录、运动记录及用药记录功能（如图10 所示）。患者通过该模块记录全天发生的事件，为医生提供饮食、运动、用药情况，便于医生全方位分析患者血糖管理情况，对患者进行个体化健康管理。该模块采用MySQL 记录数据信息，通过MyBatis-Plus 完成数据查询，并根据血糖智能分析报告与相应的事件记录进行分析，最后进行展示。

图10 相关事件记录界面

2.6 后台管理端用户管理模块

后台管理端用户管理模块可实现查看佩戴用户比例和用户分级的功能（如图11 所示），可实现后台集中管理、分析用户使用情况。该模块首先采用TCP/IP 传输患者数据，数据经过Data Visualization实现差异分析、聚类分析等，可对多个异构的数据集进行进一步集成处理或整合处理，将来自不同数据集的数据进行收集、整理、清洗、转换后，生成一个新的数据集，为后续查询和分析处理提供统一的数据视图与可视化信息。

图11 后台管理端用户管理界面

2.7 后台管理端数据管理模块

后台管理端数据管理模块实现数据智能分析和数据留存功能。用户资料可以批量导入，也可以与医院信息系统（hospital information system，HIS）进行接口开发，建立用户的个人信息、门诊资料、住院资料、健康资料、随访资料和联系资料等电子档案，便于医护人员进行存储、管理以及数据分析。该模块采用Sybase 数据库及客户端/服务器（Client/Server，C/S）体系结构，通过超文本传输协议（hypertext transfer protocol，HTTP）将数据以可扩展标记语言（eXtensible markup language，XML）的格式发送到指定的统一资源定位系统（uniform resource locators，URL），实现对患者电子档案的传输、存储和分析。

2.8 后台管理端设备管理模块

后台管理端设备管理模块对血糖监测设备状态进行分析，如设备分型、监测量、使用率、设备故障率、预警列表以及佩戴结束提醒。该模块采用Data Visualization 技术，通过采集设备关键节点的电流信号，全方位智能监测设备的整体与局部的状态信息，感知设备的健康状况、计算剩余佩戴日期，提高设备利用率和管理效率。

3 系统应用效果

本系统可以实现对患者从就诊前的血糖监测，到就诊中的病情诊断，最后到诊疗结束的随访干预的全流程管理。本系统自2021 年12 月上线应用后，实现了院内院外、线上线下统一，实现了糖尿病管理远程化、智能化，提高了工作效率和糖尿病患者管理效果。

3.1 实现院内血糖信息化监测

在医院内，院内住院患者采集血糖是在床旁通过蓝牙传输技术自动将血糖值通过血糖发射器传到床旁移动端监测设备上，再通过网络传输发送到数据中心服务器上。医生、护士、营养师可以随时登录系统实时查看患者的血糖波动情况、饮食情况、用药情况及电子病历，及时掌握患者情况为患者进行个体化治疗，同时可以通过系统提供的患者的血糖、用药、饮食情况进行信息化查房和会诊，实现集中化血糖管理。

本系统应用后，相比上一年同期院内住院患者的血糖监测情况，患者对自己全天血糖情况的知晓率由89.4%上升至100%，控制血糖达标比例由37.6%上升至53.9%，夜间低血糖发现率由45.1%上升到78.8%，大大降低了血糖过高或过低引起的不良事件的发生率。患者对糖尿病管理的满意率由76.3%上升到92.9%，同时提高了医生、护士、营养师的工作效率。

3.2 实现院外血糖远程管理

糖尿病健康管理团队由医生+护士/营养师/健康管理师组成，可为患者提供“多对一”的团队式专业服务，提高了管理的高效性和专业性。在院外，患者佩戴动态血糖监测设备，利用蓝牙传输技术自动将血糖值通过血糖发射器传输到院外移动端监测设备上，再通过网络传输发送到数据中心服务器上。医生、护士、营养师和健康管理师可随时进行远程监测，实时查看患者血糖、饮食及用药情况，不受任何场地、场景的约束。本系统还可以进行分级管理，从医院层辐射到二级医院或社区医院等医联体单位，实现血糖分级管理，社区监测数据可实时同步于医院端，实现用户健康数据统一化、用户管理统一化，便于专家会诊服务以及诊疗转诊服务。医院内与医院外、线上与线下一体化协同，实现了医院、社区和患者的联动[15]。家属也可以登录系统进行远程监测、参与管理。同时系统可以推送糖尿病相关宣教信息，引导患者建立良好的生活方式，降低血糖水平。

4 结语

血糖监测对糖尿病患者疾病管理具有重要意义。基于动态血糖监测的糖尿病远程管理系统将院内院外任何场景作为干预环境，可以实时获取患者血糖波动、饮食、用药、运动等情况，对患者进行个性化干预，并通过相关知识的教育，提升健康意识，同时可对患者糖尿病病情进行评价和提供治疗方案。本系统利用互联网实现了糖尿病患者院内外之间的实时连接，可有效帮助患者长期科学控制血糖，提高医疗服务质量。

虽然本系统自应用以来达到了预期的设计目标，但还存在一些不足。目前部分老年人登录用户端，上传饮食、用药和运动情况等操作还需要亲友辅助，独立完成有一定困难，造成信息采集不全面。另外，本系统功能的全面实现需要与医院内HIS 和实验室信息系统的衔接，如果限制医院开放权限，会影响院内信息获取不全或不能自动抓取。下一步将逐步完善本系统，实现使用界面更友好、简便，与院内软件和硬件对接更加顺畅、稳定，满足医院的信息化要求。未来本系统会以慢病全生命周期管理为目标，并逐步开发糖尿病及其并发症的数字疗法，如动态血压监测、肾脏筛查、动态心电监测、眼底筛查等，实现糖尿病预防—早期筛查—诊断—治疗—康复—随访的闭环式、智能化管理。