基于Java 的3G 远程医疗监护系统应用

◆史森中 曾 凡 黄 昊 刘 洋

史森中 曾 凡 黄 昊 刘 洋

第三军医大学大坪医院 重庆 400042

目前患者生理监护设备多见于监护病房中的床边监护仪［1］。病人的各种生理信号通过传感器测量后传导到监护仪上，监护仪进行实时分析，并能在异常的时候报警。但这些仪器都是由专业人士或在专业人士指导下使用，且这些监护仪器往往体积庞大，不便于携带，医护人员必须守候在科室内进行监护，不便对患者进行远程监测。

3G 移动通信网络结合标准化流程和一系列独特的服务可为客户提供高品质的互联网体验［3］。在其高带宽的传输率下，可实现大量的数据，如照片、影像和应用程序文件等的传输。

把3G 智能移动电话引入到移动监护系统中，可实现远程病人监护，即基于3G 网络、体积小巧、携带方便的远程监护系统。该软件系统在手机上可实现3 个主要的监护功能:(1)实时波形数据监测;(2)列表趋势数据监测;(3)病人信息检查。因此，医护人员可以通过这种3G 智能移动电话显示的患者生命体征生物信号，监测ICU /CCU 患者的实时情况。

1 系统总体架构

远程患者监控系统的结构设计如图1 所示。该系统主要由3 部分组成:患者监控系统、远程数据分析服务器和3G 移动电话，通过互联网和3G 移动网络链接。患者监控系统由床边监护仪与医院监护中心工作站组成。

患者信息可以通过床边监测仪收集并存储到监护中心工作站。中心工作站监测的患者信息，包括数字信号数据、文本数据和波形实时数据，通过远程服务器信息提取和转换成手机可识别的基于Java的应用模式。医护人员在使用3G智能移动电话进行互联网访问和3G 移动网络语音通话期间，仍然可以通过Java 应用程序接收患者数据信息。整个过程是基于PHP(Personal Home Page)的Web 服务器端执行。

2 信息采集端

2.1 患者监护系统

包括患者床边监测系统和中心站监控系统。我们采用了目前使用 比 较 广 泛 的ds－ 7100 和di－8700。床边监测仪可以监测患者的ECG(心电图)、RESP(呼吸频率)、SpO2(动脉血氧饱和度)、ETCO2(呼气末二氧化碳)、IBP(有创血压)以及TEMP(体温)。中心工作站从床边监护仪监测、提取、存储取波形数据，连续存储容量的上限约为96 小时。同时，医护人员还可以通过局域网的PC 机，远程访问患者数据分析服务器，监测患者的状况。

图1 系统总体架构

图2 系统通讯流程

2.2 远程数据分析服务器

远程数据分析服务器是该系统数据传输过程中的重点。我们选用的是以SUSE Linux Enterprise 为开放式台的Web 服务器，无论对桌面应用还是对数据中心而言，它都是功能最先进、成本最低、可互操作性最强的企业计算平台。SUSE Linux 9/10 自 带Apache Tomcat 软件、YaST 2 图形管理工具，比较适合对Linux 命令不是很熟悉的工作人员，配置方法也很简单方便，同时运行Web 服务稳定、可靠、安全［4］。SUSE Linux Enterprise 还 包含了用于帮助台式机、服务器里的应用程序抵御内外部攻击、恶意应用程序和病毒的 Novell AppArmorTM，这是最有效且易用的安全解决方案。总的来讲，整个过程是通过调用和运行服务器上SUSE Linux操作系统的Apache 软件来创建HTML 动态页面和进行超文本预处理［5］。

2.3 生理信息通讯流程

如图2 所示，医护人员可以使用3 G 移动电话和PC 远程访问数据分析服务器。移动电话通过PHP 应用程序从监护中心工作站中提取特定数据，如病人的资料数据、事件数据和报警数据。这些数据由Java 应用程序转换成移动电话能识别的信息。使用PC 机时，医务人员可以通过网页浏览器访问服务器来获得所需的数据。

3 移动监护终端系统设计

搭建系统平台时我们采用了Android 平台，它是基于Linux 内核平台的开源手机操作系统。该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件等组成，是对第三方软件完全开放的平台，开发者在为其开发程序时拥有更大的自由度，突破了iPhone 等只能添加为数不多固定软件的枷锁［6］。同时与Blackberry、Symbian 和Windows Mobile 等厂商不同的是，Android 操作系统针对开发人员是免费的，这样可节省很大的成本。Android 作为一个使用Linux 内核的智能手机操作系统，要求手机CPU 至少为ARM9 200MHz 的主频才能带动Dalvik(Java 级虚拟机)［7］。

3.1 应用程序框架

Android 应用程序由一个或多个组件组成，Android 应用程序为应用程序层的开发者提供APIs(应用程序接口)。由于上层的应用程序是以Java 构建的，因此本层次提供包含了UI(用户界面)程序所需要的各种控件。Android 附带的一些核心应用程序包括E－mail 客户端、短信程序、日历、地图、浏览器和通讯录等。所有的应用程序都是由Java 语言开发完成。应用程序框架开发人员拥有访问核心应用程序框架API 的全部权限。应用体系结构设计避免了各组件之间的重用，任何第三方的应用程序都可以分发自己的组件，而任何其它应用也可以使用这些分发的组件(应用的使用方法需遵循框架的安全性约束)。这个机制对用户来说同样适用，他们也可以替换组件。应用程序是无界限的，可以再平等条件下创建，还可以嵌入Web，也可以并行运行。

3.2 手机监护软件系统

该系统以Android 智能手机作为手机终端开发平台，主要包括以下部分:与生理信号采集终端的通信部分、生理信号预处理部分、生理信号数据存储部分、手机界面和3G 移动网络数据传输部分。服务端采用Client/Server 的网络架构，整个软件系统操作简单，运行流畅。手机端需要完成的是生理信号数据的处理、分析和波形展现。由于是波形的实时分析和展现，就需要使用多线程的模型，以保证数据的接收和展现能同时进行。Android 系统对此有很好的接口支持，Service 后台服务组件能够解决这个问题。

3.3 与远程数据分析平台的通讯

在手机端完成生理信号数据的分析和展现之后，需要将数据通过移动网络上传到远程数据分析平台，考虑到数据文件的大小和3G 制式的区别，我们设计了基于HTTP 协议的网络传输模式，以实现各种制式的兼容性。Android 系统提供了几种用于网络开发的接口，如标准的java、Apache 和Android.net。

4 系统应用

移动电话上的Java 的应用系统可以实现3 种功能，分别是实时波形数据监测、列表趋势数据监测和病人信息检查。

4.1 实时波形数据监测

实时波形数据监测与延迟20秒后的床边监测仪同时监测病人生理讯号。医生可以通过系统菜单查询入院信息。以心电波形为例，通过菜单选择项里的人力资源，约6秒左右波形就可以在手机屏幕显示，屏幕的底部显示波形的基本信息，包括病人身份、波形名字、床边监测时间和病人的心脏率等。

4.2 列表数据趋势监测及病人信息检查

列表数据趋势监测能让医生复查过去4 天患者的数据。显示的数据包括心电、血压血氧饱和度等参数。医生可以选择任意时间点，采集每10 分钟的参数变化趋势数据。此功能帮助医生分析数据并做出正确诊断。病人信息查询功能显示病人的基本信息，可实现对一些参数初始值的监测。

4.3 系统性能测试

我们对系统进行了一些测试，其中一个最重要的测试就是时间延迟问题。不同的移动电话产生的时间延迟不同，以三星GALAXY Note II 为例:(1)实时监视波形的延迟时间约20 秒;(2)用于从开始申请的平均总时间为17.3 秒;(3)在接收实时波形的平均时间是4.7 秒;(4)平均接收列表的趋势数据的时间是8.1 秒;(5)接收病人信息的平均时间是4.6 秒;(6)平均传输速率大约是512kbps。这意味着，它能足够快速的提供实时监测［8］。

5 结论

本系统对远程监护已达到了要求，取得了一定的效果。使用本系统，医生能够监控患者的实时数据、列表趋势数据和病人检查信息。可以迅速和准确地帮助医生诊断病情。但是还有一些问题需要解决，如当移动电话不在服务区或其它未知原因无法连接到基站，实时监测波形数据将会非常混乱。另外，应用服务启动时间较长。因此，远程病人监控系统采用更加先进智能手机，基于更先进的操作系统，以上问题便可以得到解决。

移动远程医疗是医疗领域的一个重要发展方向，它将使患者与医生更加紧密的交流［9］。无线通讯更大的带宽和更高的速度将为移动远程医疗提供更加宽广的平台［10］。

［1］曹 彦，龙 夏，刘 原.基于zig-Bee 的集散多参数医疗监护系统的设计［J］.自动化与仪器仪表，2010(1):61－66.

［2］顾亮亮，黄林鹏.基于代理的OSGi服务平台的容错扩展［J］.计算机技术与发展

2012，22(12 ):29－32.

［3］韩丽娟，马清龙.日本3G 业务发展的营销启示［J］.中国新通信，2013(2):27－29.

［4］陈 航，白 铁，吕 冰，等.基于Web 服务的门诊医生协同工作系统研究［J］.中国卫生质量管理，2012，19(04):6－9.

［5］陈 波.准周期生理信号的数据预处理方法研究［D］.安徽:中国科学技术大学，2011.

［6］JIA NING.Detecting human falls with a 3－axis digital aceelerome－ter［J］.Analog Dialogue，2009，43(7):1－7.

［7］史森中，黄 昊，姬晓波.平板电脑结合3G 技术在医院诊疗及管理中的应用探析［J］.现代医学，2011，39(1):15－18.

［8］李 昕，王秀清，宋佳霖，等.心电信号预处理方法研究与评价［J］.测试技术学报，2008，22(1):31－37.

［9］曹茂诚，陈 旭，何及夫，等.服务器虚拟化技术在构建数字化医院中的应用［J］.中国卫生质量管理，2012，19(5):79－81.

［10］苏 毅.移动多媒体推送业务终端功能研究［D］.北京:北京邮电大学，2009.