基于移动P2P的医疗信息平台

王晔，刘红，雷长海，王琳

1.第二军医大学 信息中心，上海200433；

2.解放军第八五医院 眼科，上海200052

基于移动P2P的医疗信息平台

王晔1，刘红1，雷长海1，王琳2

1.第二军医大学 信息中心，上海200433；

2.解放军第八五医院 眼科，上海200052

基于智能手机终端的医疗信息采集、分发和管理平台具有成本低、操作简单、覆盖面广的优势，利于大型公共医疗信息系统在全国范围的推广。针对目前手机通信网络覆盖在偏远地区的不足、手机网络通信费用对于低收入群体过于昂贵等问题，本文提出不使用商业网络连接，建立一个基于分布式智能移动终端P2P通信框架的低成本医疗信息采集、分发和管理平台，支持多种移动终端系统，并能够在系统中形成一个自组织的医疗信息社交网络。目前该系统的通信平台已用于偏远地区怀孕妇女体检和新生儿疫苗注射等医疗信息的传输及管理，取得良好的社会效益。

医疗信息平台；移动P2P；医疗信息；社交网络

1 背景

近年来随着移动互联网应用和智能手机客户端的快速发展，越来越多的医疗系统开始采用移动平台进行医疗信息的传输、共享和管理[1]。由于移动智能客户端的成本快速下降，以及移动数据网络快速提升了覆盖范围，一些公共医疗平台开始采用移动终端进行偏远地区低收入群体的医疗信息采集[2]，如我国卫计委提出在2013年70%以上的非城镇人口每人都要有医疗卡、医疗保险和电子医疗纪录。这就要求达到所有乡村卫生所应覆盖手机信号、电视信号和互联网，10%以上的乡村卫生所配备移动PDA设备。针对偏远地区怀孕妇女体检和新生儿疫苗注射等医疗信息的传输及管理的困难，已有中国移动和卫计委共同开发了基于手机SMS短信的怀孕妇女体检提醒和疫苗注射提醒的服务平台。

然而目前已有的移动医疗信息系统大都使用了已覆盖的手机通信底层网络[3]，如各运营商的2.5G网络或者3G/4G网络，但在无手机信号覆盖的偏远地区目前还无法使用，即使有信号覆盖，这类系统使用时会产生较大的手机网络流量费用，对于偏远地区的低收入群体来说，这是一个沉重的经济负担，也影响了公共医疗平台推广到每人每户的普及程度。

2 建设目标

本研究的目标是建设一个基于开源系统的低成本分布式移动平台，使用随时随地临时组网的移动P2P平台传输信息，在用户端不使用商业网络，用于偏远地区怀孕妇女体检和新生儿疫苗注射信息的传输和管理。系统的主要特点：① 采用移动终端P2P平台，支持3G/4G、局域网Wi-Fi、Wi-Fi Direct、蓝牙等多种网络和通信环境，并可随时切换；② 支持多种智能移动终端平台，包括苹果iOS系统、谷歌安卓系统、微软Windows Phone，Windows RT系统等；③ 采用分布式存储架构和数据冗余机制，支持移动终端医疗数据的离线状态采集和使用，支持离线医疗数据的在线导入及同步；④ 系统自底向上形成一个自组织的医疗信息社交网络，使用系统移动客户端可进行医疗信息在社交网络内的共享传输。

3 系统的工作流程

在农村偏远地区，以下的工作流程是非常普遍的：镇或者县医院的医生定期到乡村卫生站为孕妇和待接种疫苗的新生儿做检查，然后医生会在乡村卫生站写下记录，并带回到医院进行数字化录入并存储。我们开发的系统不会改变目前基本的工作流程，不给医生增加额外的负担。但我们使用新技术，以帮助医生使用移动客户端简化其工作过程。系统主要工作过程，见图1。

图1 医生和社区卫生工作者的主要工作过程

由图1可见，系统结合了人与人之间的实地交流和移动终端之间的P2P数据通信，在医院和偏远地区用户之间架起一座低成本的沟通桥梁。医生从县镇医院的服务器下载新的医疗保健数据到自己的移动设备，然后去乡村卫生站；在乡村卫生站通过P2P网络，卫生工作者采集医疗数据并分发最新的数据（包括检查结果、通知、政策法规等），社区卫生工作者和居民使用移动终端在P2P网络进行数据接收、注册等；社区卫生工作者通过移动P2P网络在更偏远的乡村地区传播最新的公共医疗信息，他们返回医院后可上传采集到的数据。

4 支持跨平台的移动P2P系统

本系统的关键技术就是使用支持多系统的移动P2P框架作为通信底层平台。P2P是一种分布式的对等网络框架，开始应用于计算机网络[4]，随着移动互联网络的发展，基于多个智能终端随时随地的局部无线P2P组网也越来越受到重视，具体的通信模式可采用多种，包括使用智能终端做为Wireless Tether无线热点建立局域网Wi-Fi环境，或者使用Wi-Fi Direct建立点对点的无线连接，甚至使用蓝牙作为无线连接的底层通信平台。我们采用跨平台移动P2P框架作为系统的通信底层，主要基于4个方面的考虑：

（1）偏远地区的手机信号覆盖不足，因此不能通过目前商业网络有效的传递医疗信息到每个用户，这种情况下，P2P通信就是一个很好的替代平台。

（2）医疗信息中可能包含大量图片甚至视频，采用商业网络传输此类数据会产生高昂费用，因此分布式P2P的传输模式更为经济。

（3）移动智能终端的价格越来越低，但是种类却在增多，而能够支持多个主流移动系统的跨平台P2P框架提供了更加灵活的通信接口和系统兼容性。

采用开源的P2P通信协议实现系统的通信层要考虑多个因素，包括设备发现、服务发现、连接配对、连接安全性等。2001年SUN公司提出了第一个开源的P2P协议实现框架JXTA（Juxtapose）[5]，该框架基于XML消息传递，可以实现在多种设备上，但是对于手机终端来说JXTA协议还是过于复杂[6]。为此IBM提出了一个基于Java的JXTA的子集JXME（JXTA for Java Micro Edition）[7]，JXME的J2ME/ MIDP 1.0可以应用在所有支持JAVA的手机上[8]。

我们采用了高通公司ALLJoyn框架开发系统的P2P底层，Alljoyn是高通公司创新中心（QIC，Qualcomm Innovative Center）在2011年推出的一个移动应用通信层开发框架，也是基于JXME的P2P设计，性能优于J2ME/MIDP 1.0。目前ALLJoyn支持的系统平台包括了苹果iOS、苹果Mac系统、谷歌安卓系统、微软Windows Phone/RT、微软Windows系列、Linux系统等，可以嵌入到各种移动APP或者桌面应用程序中。

在ALLJoyn框架中，每一个移动终端（台式机、笔记本终端等）同时是服务器Server和客户端Client，每个应用程序都可以在ALLJoyn框架上建立不同的服务器和客户端。应用程序彼此之间通信是通过一个虚拟数据总线（ALLJoyn Bus）进行的，见图2。

图2 高通Alljoyn通信总线

5 医疗信息的社交网络和分布式数据存储

在P2P网络交互中自然形成了医生、社区医疗工作者和用户之间的网状结构，这些结构信息存储在系统中，自底向上形成了一个医疗信息的社交网络，见图3。在这个社交网络中各种客户端可以相互通信、传输医疗数据、分享公共信息。构建这个实名的社交网络对于公共卫生政策在偏远地区的传播和执行有着重大意义，通过社交网络可以让医疗信息更有效地到达每一个用户。此外还可以通过社交网络的聚集特性更有效地分析出公共卫生资源分布的合理程度。

图3 医疗信息的社交网络

我们采用开源的社交网络平台Elgg和Elgg Mobile开发系统中的医疗信息社交网络，Elgg是一款免费开源的社交网络SNS源码程序[9-11]，基于PHP+Mysql开发，原本用于教育领域，以Blog为中心，可根据Tag来寻找和组织朋友。Elgg Mobile是Elgg在智能移动终端上的实现，我们在各类用户的移动终端应用程序中同时嵌入了Alljoyn和Elgg Mobile，用户就可以在P2P网络连接和使用过程中自动添加Elgg社交网络中的好友。

由于系统的数据很多是由不同的离线客户端上传而来，需要大量的协调和同步，所以数据存储我们也同样采用了分布式的存储架构。由于存储的大量医疗信息数据是XML文档（包括电子医疗记录EHR和临床文档CDA等），比较适合NonSQL的存储方式。因此，我们使用了开源的ZooKeeper＋HBase＋Hadoop。HBase是一个开源的面向列数据（适合存储多属性XML文档）的分布式存储系统[10]，类似于谷歌的BigTable，基于HDFS和Hadoop实现。在HBase系统中，具体数据存储在分布式的HRegion服务器中，同一个文档可以分列存储在不同的HRegion服务器上，具体查询时再从不同服务器上组合数据，而HMaster服务器在HBase中用来分配HRegion服务器完成负载均衡。ZooKeeper则安装在一组分布式的服务器上，用来协调和同步整个HBase系统。

6 结语

基于开源框架Alljoyn和Elgg，为医院医生、社区卫生工作者和用户设计了低成本的医疗信息的P2P通信平台，医生在医院可以通过互联网（或者医院专网）平台登录自己的移动设备，获取最新的医疗信息，获得偏远地区用户注册信息、检验结果或者预备注射疫苗的信息，用于下乡前的准备工作。在乡村卫生站医生和社区卫生工作者可以在P2P网络环境下共享这些医疗数据，或使用移动客户端进行信息采集。用户则可以在乡村卫生站使用移动客户端通过P2P网络获取医疗信息，或者在更偏远的地区给其他用户通过P2P网络共享公共的医疗信息。同时系统通过Elgg平台形成了一个自组织的医疗信息社交网络，在这个社交网络中各类用户可以有效地相互通信、传输医疗数据、分享公共信息。

致谢

该系统是作者团队与加利福尼亚大学圣巴巴拉分校计算机系合作的美国国家自然科学基金（NSF）课题VillageNet（编号：NSF-CNS-1064821）中的一部分，系统中的P2P通信平台已部署于非洲赞比亚的南部城镇Macha的医疗卫生平台，用于怀孕妇女体检和新生儿疫苗注射信息的收集和管理。感谢所有参与该课题研究和项目开发的人员。

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Medical Information System Based on Mobile P2P

WANG Ye1, LIU Hong1,LEI Chang-hai1, WANG Lin2
1.Information Center, The Second Military Medical University, Shanghai 200433, China;
2.Department of Ophthalmology, The 85thHospital of PLA, Shanghai 200052, China

Gathering, distributing and managing medical information based on mobile phones terminals enjoy more advantages on cost, convenience and coverage, which is helpful to the national wide spread of public medical information. However, in rural remote regions, the coverage of mobile networks is not adequate enough, and the cost remains too expensive for low-income groups. Therefore, this paper aims to build a low-cost, mobile P2P based platform to gather, distribute and manage health care information. Various kinds of mobile terminals can be used in this platform and can form a self-organized social network service. Now, this platform has been applied in some remote regions to manage and distribute physical examination information for the pregnant and infant vaccination information, and has achieved good social benef i ts.

medical information system; mobile P2P; medical information; social network service

TP277

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.10.014

1674-1633(2014)10-0046-03

2014-03-03

2014-04-09

美国国家自然科学基金课题（NSF-CNS-1064821）。

本文作者：王晔，第二军医大学网络中心副主任，复旦大学计算机系博士。

王琳，主治医师，医学博士。

作者邮箱：wanglininn@163.com