基于物联网技术智慧病房的建设与实现

关键词：智慧病房；ThinkPHP5框架；MVC设计模式；图像识别；灰度直方图

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）36-0029-03"开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

伴随物联网技术的日益完善以及全球范围内医疗需求的持续增长，智慧医疗应运而生，成为医疗行业发展的必然趋势。而医院作为医疗服务的核心场所，智慧病房的建设意义尤为重大。智慧病房旨在实现患者与医护人员之间的高效沟通，能够对患者身体指标进行全天候监测，并对潜在风险进行预警与干预，从而提升住院服务的质量水平，优化医患关系。本项目提出了基于物联网技术的智慧病房构建方案，旨在实现“床旁知天下”的愿景[1]。

传统病房通常依赖于纸质病历和简单设备，管理模式相对滞后，导致资源调配效率低下且信息交流不畅。智慧病房则通过引入智能设备和信息化管理系统，提高医疗服务质量、管理效率和患者体验。智慧病房在管理模式上以患者为中心，整合信息流和工作流，为医护人员提供实时数据支持，实现高效资源调配与优化工作流程。通过利用皮肤纹理特征灰度直方图监测患者表情变化，医生能够实时关注患者状态，从而优化医院整体形象，并直观呈现信息化建设成果。

1 开发技术

在项目的设计与实现中，本系统采用了在Web开发领域中较为流行的脚本语言PHP。同时，Think⁃ PHP5框架作为PHP脚本语言的一个备受欢迎的框架，在智慧病房的构建与实现过程中发挥了重要作用，并结合了多种前沿开发技术[2]。

1.1 PHP 与ThinkPHP5框架

本项目选用了PHP这一在Web开发中广泛应用的脚本语言，而ThinkPHP5框架在其中占据了关键地位。ThinkPHP5框架基于MVC架构和面向对象的设计理念构建[3]。自2006年创立以来，ThinkPHP5框架始终秉持简洁实用的原则，在确保性能的同时注重代码的精炼性，并极为重视开发体验和易用性。其独特的功能特性为Web应用和API开发提供了坚实的技术支持。

1.2 技术组合

1.2.1 MySQL概要

MySQL是一款安全性高、效率高且跨平台的数据库系统，与PHP、Java等语言紧密结合。该数据库因其小巧、快速、成本低等特点，在中小型网站中被广泛应用。其开源特性使许多公司能够通过使用MySQL 来节省成本，用户可以直接从网络下载并使用。

1.2.2 Apache简述

Apache是一款著名的Web服务器软件，具有高性能和高可靠性，能够处理大量请求。它具有良好的可扩展性和跨平台特性，支持多种操作系统。同时，Apache提供了多种安全机制，能够有效保障服务器与数据的安全[4]。在智慧病房系统中，Apache作为Web服务器，负责接收和处理请求并返回数据，为前端展示和交互提供重要支持。

1.2.3 系统网络架构

在基于物联网技术的智慧病房建设中，系统网络架构无疑占据着极其关键的地位。该架构由众多传感器与智能终端设备组成，例如生命体征监测仪等，用于采集病房内的各类数据信息。在数据传输过程中，借助高速且稳定的通信技术，确保感知层数据能够安全、及时地传输至数据处理中心。

数据处理中心通过服务器和相关软件对感知数据进行存储、分析和挖掘，并通过算法和模型提取有价值的信息，为医疗决策提供支持。在应用过程中，系统涵盖了面向医护人员和病人的多种应用系统，例如电子病历系统等，为医护人员提供高效的工作平台，同时为病人提供优质的服务体验。各层面之间相互协作，共同构建起高效智能的系统网络架构，为提升医疗质量和服务水平奠定了坚实基础。

图示呈现中，横轴表示人脸的各个部位，如额头、鼻子等，纵轴体现各部位的图像特征值。从图中可以看出，眼睛的特征值最为显著，其次是额头较为明显，而鼻子、嘴唇和颧骨的图像特征值差异相对较小。

对于圆形度变化的状态说明：首先需要确定人脸区域，得到圆心坐标 R（x，y）以及圆上任意选取的三点坐标 A、B、C。随后采集皮肤纹理特征的相关参数，主要是对所选区域的外接圆进行解释，以说明病人的情况。通过计算的面积阈值和圆形度，并结合质心的变动，可以实现对特定状态的评定。例如，当质心产生较大偏离时，可能表明病人存在异常活动[10]。

圆形度作为一种形状特征，通常通过轮廓的周长与面积的比值来表示。通过计算外接圆形框的像素点数量及其半径和圆心坐标，可以精确描述病人图像的形状特征。这对于辅助分析和识别病人表情变化具有重要意义，例如判断病人是否处于疼痛状态。当病人处于病重状态时，其脸部表情可能会发生明显变化，从而导致皮肤纹理特征和圆形度发生相应改变。通过对这些特征的分析，可以及时发现病人的异常状态。

2 系统结构设计

2.1 本系统架构方案

本系统采用 ThinkPHP5 框架推进开发进程。该框架是一种高效、兼容性强且使用便捷的国产 PHP 开发框架，基于 Apache2 开源协议发布[11]。它采用了 MVC（模型-视图-控制器） 架构模式，并融入了多种优秀的设计理念。本系统的架构体系如图5所示。

M（Model） 模型：主要负责处理数据逻辑，包括数据的读取、存储以及验证等相关任务。

V（View） 视图：负责数据的呈现，将模型中的数据以适当的方式展示给用户。

C（Controller） 控制器：负责响应用户的输入，管理用户与视图之间的交互，是连接模型与视图的重要桥梁。

在该架构中，各模块之间的交互方式如下：用户的请求首先由控制器接收，控制器根据请求的类型和内容调用相应的模型进行数据处理。模型完成数据处理后，将结果反馈给控制器，控制器再将数据传递至视图进行展示。数据流的流动方向从用户发起请求开始，经过控制器和模型的处理流程，最终在视图中呈现给用户。

2.2 系统架构

系统架构如图6所示。

本系统的图像处理架构旨在发现病人的不同特征，其流程为：数据采集通过病房摄像头获取面部图像并收集相关人员信息；数据处理包括图像预处理、平滑处理与噪声过滤。预处理通过增强、归一化等操作提升图像质量与可读性；平滑处理利用算法去除噪声；噪声过滤则用于消除干扰信息，确保特征提取的准确性。皮沟纹理特征检测通过灰度直方图特征提取和圆形度描述分析表情变化。前者依据皮肤纹理特征变化在直方图中的体现，计算灰度级别像素数量变化程度以描述向量变化；后者根据脸部表情变化的圆形度变化，通过计算区域面积等参数判断状态。在表情识别模型中，直方图变化状态识别通过设定阈值分析当前图像与原始图像特征，经平滑处理后利用有效直方图判断表情状态；圆形度变化状态识别则先获取人脸区域，描述连通区域的圆形度，确定坐标等信息，采集皮肤纹理特征参数，分析外接圆面积，并依据阈值和圆形度变化，通过质心变化评估病人的异常活动。通过上述方法，系统能够准确发现病人特征，及时监测表情和身体状态变化，为医护人员提供预警与决策支持。

3 智慧病房发展趋势

随着物联网信息互联技术在医疗领域的不断深入应用，智慧病房已成为未来医院的重要发展方向。其具备远程监护、智能预警和数据分析等功能。远程监护能够让医护人员实时监测患者生命体征，及时发现并处理异常情况，提升医疗服务的及时性与准确性，从而提高服务质量。智能预警可以提前察觉潜在风险，降低医疗事故发生率及医院损失，节省医疗成本。数据分析能够对患者数据进行深度剖析，为医院管理和决策提供科学依据，优化资源配置，提高运营效率。

智慧病房具备多重效益。自动化与信息化管理能够降低人工及物资的消耗，智能预警功能则可有效降低医疗事故及并发症的发生率，从而减少治疗和赔偿方面的成本。在收益增长方面，优质的服务以及高效的管理能够吸引更多患者，促使门诊和住院量增加，提升医疗收入。同时，特色和增值服务还能拓展收入来源[12]。在运营效率提升方面，智慧病房表现为对医疗流程的优化，可减少患者的等待时间，提高病床周转率。

4 总结

在信息时代迅猛发展的背景下，智慧病房的建设具有极为重要的意义。鉴于病房健康管理系统的特殊性，其安全保障和稳定性至关重要。通过采用加密技术、设置严格的权限管理、定期进行漏洞扫描和安全测试等措施，可确保系统的安全与稳定，并在开发过程中进行充分的测试与验证。从功能结构来看，该项目的业务逻辑相对简单，ThinkPHP5框架能够满足开发需求，但仍需根据实际情况进行评估与选择。

系统通过灰度直方图处理病人图像，提取相关特征信息，并结合其他传感器数据判断病人状态，及时将信息传输给医生，实现远程监测与预警。

智慧病房具有显著的社会效益和经济效益，能够提升医疗资源利用效率，缓解资源紧张状况，提高患者就医体验，降低医院运营成本，提高医护工作效率，同时还可带来商业机会。然而，智慧病房的发展尚处于初期阶段，仍需持续引入创新技术，健全建设标准和管理规范，以推动其实现更优质的发展。