基于“互聯(lián)網(wǎng) +”的生理參數(shù)遠(yuǎn)程采集管理系統(tǒng)

引 言

近年來，人們越來越重視健康問題，隨著互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)的深度結(jié)合，“互聯(lián)網(wǎng) +”備受關(guān)注，將傳統(tǒng)醫(yī)療和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合是未來醫(yī)療的重要發(fā)展方向 [1]。醫(yī)院的工作人員每天對患者進(jìn)行查房時(shí)都會(huì)對其血壓、心率等生理參數(shù)進(jìn)行測量并記錄，過程繁瑣，且單次記錄無法形成一個(gè)長期的走勢折線圖，不僅不便于醫(yī)生對患者的身體狀況進(jìn)行分析， 而且對歷史數(shù)據(jù)的查找也存在較大困難。

目前現(xiàn)有的健康管理系統(tǒng)雖然已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展， 但仍存在一些弊端 ：

(1) 系統(tǒng)操作復(fù)雜，需要對管理系統(tǒng)的使用人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，學(xué)習(xí)相關(guān)設(shè)備的使用方法 ；

(2) 管理系統(tǒng)的硬件設(shè)備體積龐大，不便于移動(dòng) ；

(3) 不能夠及時(shí)將患者的信息傳達(dá)給醫(yī)生，實(shí)時(shí)性較差。

與現(xiàn)有的健康管理系統(tǒng)相比，基于“互聯(lián)網(wǎng) +”的生理參數(shù)遠(yuǎn)程采集管理系統(tǒng)所涉及的服務(wù)器端人機(jī)交互界面和患者手機(jī)軟件操作步驟簡單，所需設(shè)備組成較少且成本低，可以實(shí)現(xiàn)對病患生理參數(shù)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集和存儲(chǔ)功能，對病患進(jìn)行全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)測。所開發(fā)的管理系統(tǒng)不僅降低了醫(yī)療數(shù)據(jù)手動(dòng)輸入的差錯(cuò)率，減輕了醫(yī)護(hù)人員的工作量，而且醫(yī)生也可以通過觀察由患者近期數(shù)據(jù)繪制的折線圖為患者提供更加有針對性的治療方案 [2]。

1 系統(tǒng)組成

基于“互聯(lián)網(wǎng) + 健康”的生理參數(shù)遠(yuǎn)程采集管理系統(tǒng)包括 6 個(gè)袖帶式血壓計(jì)、6 個(gè)內(nèi)嵌有健康監(jiān)測軟件的安卓手機(jī)、6 個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像頭、1 個(gè)路由器、1個(gè) POE交換機(jī)和服務(wù)器端人機(jī)交互界面。通過路由器搭建局域網(wǎng)，護(hù)士站電腦與安卓手機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸在局域網(wǎng)下進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)攝像頭通過 POE 交換機(jī)實(shí)現(xiàn)供電和數(shù)據(jù)傳輸，安卓手機(jī)與袖帶式血壓計(jì)通過藍(lán)牙通信。系統(tǒng)總體框圖如圖 1 所示。

2 系統(tǒng)的工作原理

2.1 基于 TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信原理

TCP/IP 協(xié)議是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，可靠性較高。通過TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行 Socket 通信需要先在通信兩端各建立一個(gè)Socket，其中一端作為服務(wù)器端進(jìn)行監(jiān)聽，另一端作為客戶端對服務(wù)器端優(yōu)先發(fā)出連接請求，連接成功后便可在虛擬鏈路中完成數(shù)據(jù)傳輸 [3]。IP 協(xié)議的作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而TCP 協(xié)議能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o差錯(cuò)，客戶端通過連接服務(wù)器端的 IP 地址和指定端口號(hào)完成與服務(wù)器的連接，向 Socket 中寫入和讀取數(shù)據(jù)完成通信過程 [4]。

2.2 血壓測量原理

本文采用的袖帶式血壓計(jì)通過示波法實(shí)現(xiàn)高壓、低壓和心率等生理參數(shù)的測量。將袖帶綁在使用者的前臂，檢測由使用者心臟跳動(dòng)而輸送出的血液壓力和袖帶作用造成的壓力共同產(chǎn)生的脈搏波的幅值變化，即為血壓，脈搏波的頻率即為心率 [5]。如圖 2 所示，當(dāng)脈搏波處于第一個(gè)拐點(diǎn)時(shí)，對應(yīng)收縮壓的數(shù)值，脈搏波包絡(luò)線峰值后的第一個(gè)拐點(diǎn)對應(yīng)舒張壓的數(shù)值，收縮壓和舒張壓通常對應(yīng)高壓和低壓 [6-7]。

2.3 系統(tǒng)硬件電路

血壓計(jì)的系統(tǒng)硬件主要由藍(lán)牙模塊、血壓計(jì)模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)組成。壓力傳感器將采集到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)血壓計(jì)模塊的單片機(jī)處理后輸出高壓、低壓、心率，獲得的生理信息數(shù)據(jù)經(jīng)藍(lán)牙模塊與外部設(shè)備通信，由總開關(guān)對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行控制 [8]。系統(tǒng)硬件電路如圖 3 所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為安卓端手機(jī)軟件部分和服務(wù)器端人機(jī)交互界面部分，在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)要求安卓手機(jī)和服務(wù)器端處于同一局域網(wǎng)下。

3.1 安卓端手機(jī)軟件設(shè)計(jì)

安卓手機(jī)軟件在 Android Studio 平臺(tái)下用 Java 語言開發(fā)。實(shí)際使用時(shí)，用戶打開安卓手機(jī)軟件，首先判斷用戶是否為首次登錄，如果是首次登錄的用戶，需進(jìn)行初始化信息的錄入，依次填寫用戶姓名、親情號(hào) 1、親情號(hào) 2、服務(wù)器的 IP地址和本機(jī)手機(jī)號(hào)碼 [9]。點(diǎn)擊“登錄”按鈕后，選擇彈出界面中的藍(lán)牙設(shè)備并連接，同時(shí)安卓手機(jī)自動(dòng)與服務(wù)器端連接，之后進(jìn)行血壓測量并完成數(shù)據(jù)上傳 ；如果是非首次登錄的用戶，打開手機(jī)軟件后可直接進(jìn)入主界面，手機(jī)端自動(dòng)連接預(yù)設(shè)地址的服務(wù)器端，藍(lán)牙自動(dòng)連接上次已成功連接的藍(lán)牙設(shè)備，等待測量 [10]。手機(jī)軟件流程如圖 4 所示。

3.2 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

文中所采用的人機(jī)交互界面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 5 所示，在Visual Studio 平臺(tái)上通過 C# 語言編寫。打開人機(jī)交互界面后需要進(jìn)行新用戶注冊，已注冊的用戶可通過賬號(hào)、密碼登錄進(jìn)入主界面，在主界面上可以查看患者信息、歷史測量信 息，還可通過攝像頭對患者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與遠(yuǎn)程測量。此外， 主界面還具有菜單、監(jiān)控、系統(tǒng)設(shè)置和幫助功能。菜單功能 便于退出系統(tǒng)、對用戶信息進(jìn)行查詢、對用戶檔案進(jìn)行管理 ； 監(jiān)控功能能夠調(diào)取更加詳細(xì)的監(jiān)控畫面并同時(shí)顯示患者相關(guān) 信息 ；系統(tǒng)設(shè)置可以添加新的患者信息并對監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；幫助功能可以更詳細(xì)地介紹有關(guān)本系統(tǒng)的使用 [11-12]。

4 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果

打開人機(jī)交互界面后，在用戶登錄界面輸入用戶名和密碼即可進(jìn)入主界面，圖 6 所示為人機(jī)交互界面。

圖 6 人機(jī)交互界面

進(jìn)入主界面后可通過監(jiān)控?cái)z像頭查看被監(jiān)測的畫面，通過資料卡片獲取患者的信息以及近期測量信息，右側(cè)的直方圖和折線圖更加清晰地展示了患者近期測量值的變化趨勢， 方便醫(yī)生對此給出更具有針對性的建議。此時(shí)服務(wù)器端處于監(jiān)聽狀態(tài)，患者可隨時(shí)上傳測量信息。主界面如圖 7 所示。

圖 7 主界面

手機(jī)端軟件的登錄界面如圖 8 所示。首次登錄需要依次輸入患者姓名、本機(jī)手機(jī)號(hào)、醫(yī)生親情號(hào)、親屬親情號(hào)和服務(wù)器端 IP 地址等信息，非首次登錄則直接進(jìn)入主界面，無需重復(fù)輸入。首次登錄需要進(jìn)行手機(jī)與血壓計(jì)的藍(lán)牙配對，非首次登錄手機(jī)將自動(dòng)搜索并連接上次成功連接的藍(lán)牙設(shè)備。

手機(jī)端軟件測量顯示界面如圖 9 所示。用戶可自行啟動(dòng)血壓計(jì)進(jìn)行測量，醫(yī)生也可以通過攝像頭對患者進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視并遠(yuǎn)程啟動(dòng)血壓計(jì)測量，待測量完成后，患者手機(jī)軟件主界面與電腦端軟件均會(huì)顯示患者測量信息?；颊叩臏y量信息將以短信形式自動(dòng)發(fā)送至醫(yī)生和親屬。

5 結(jié) 語

患者每次測量后得到的生理信息數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)、自動(dòng)傳輸至服務(wù)器端存儲(chǔ)，減輕了醫(yī)院工作人員手動(dòng)錄入患者數(shù)據(jù)的工作量，同時(shí)也降低了數(shù)據(jù)錄入的差錯(cuò)率。

醫(yī)生可以在服務(wù)站對患者狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與遠(yuǎn)程測量，實(shí)時(shí)得到患者的血壓、心率等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對患者的全天候監(jiān)護(hù)。

醫(yī)生可以直接在服務(wù)站讀取患者的近期生理信息數(shù)據(jù)，也可通過人機(jī)交互界面繪制出折線圖以直觀了解患者近期的身體狀況變化趨勢，及時(shí)提出合理建議。

患者測量數(shù)據(jù)可通過短信方式實(shí)時(shí)發(fā)送至醫(yī)生和患者親屬，便于醫(yī)生和親屬了解患者的身體狀況。

實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)具有可行性，可被應(yīng)用在醫(yī)療系統(tǒng)中來減輕醫(yī)療人員的工作負(fù)擔(dān)，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展。