基于物联网的社区智慧医疗系统研究

邵星++王翠香++孟海涛++刘其明++韩立毛++徐秀芳

摘要：随着人们生活水平的提高，享受便捷、高效、安全的医疗服务成为人们的基本需求。社区医疗直接面向社区民众，具有反应时间快、服务群众多的特点，特别是对群众慢性病、老年人健康监控方面具有独特优势，是国家医疗服务体系中的重要一环。但现有社区医疗系统，具有人力投入不足、服务效率低等问题。提出基于物联网技术的社区智慧医疗系统。该系统利用物联网技术，在家居环境部署医疗传感器网络，感知和监测人体的体征相关数据；每户传感器网络采集的人体健康监测数据汇聚传输到社区医疗数据存储数据库，医护人员、群众、家属可以通过因特网、手机等多种方式访问被监测对象的健康监护信息；当数据发生异常时，立即向家属、医生、急救中心发送报警信号，为抢救赢得宝贵时间；医生也可依据健康监控数据，为用户的健康情况提出建议和咨询服务。基于物联网的社区智慧医疗系统，可以为人们提供日常的健康监护，提高医疗资源的合理配置效率，对及早发现病情、老年人和慢性病人监控、急救报警等方面具有重要意义。

关键词：物联网；社区医疗；智慧医疗；传感器网络

中图分类号：TP319

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.12.011

本文著录格式：邵星，王翠香，孟海涛等基于物联网的社区智慧医疗系统研究[J].软件，2015，36（12）：45-48

0 引言

“看病难、看病贵”近年来成为困扰民众的一个基本民牛问题，并被社会各界广泛关注。由于现有的医疗系统不完善，导致医疗成本高、就医渠道少、大医院人满为患、社区医院无人问津、就医程序繁琐等诸多问题。而随着国家经济发展和人们牛活水平的提高，让每个人享受到安全、便利、优质的医疗服务成为人们的热切期盼和基本需求，也是影响社会和谐发展的重要因素。

社区医疗系统扎根基层，直接面向社区居民提供医疗服务，具有服务群众数量多、反应时间快等特点，特别是在老年人健康护理、慢性病人的病情监护等方面具有较大优势。但是目前社区医疗存在人力投入不足、医疗服务效率低等问题，极大制约了社区医疗的服务水平和服务质量，无法充分发挥社区医疗系统的独特优势。因此有必要对社区医疗系统进行研究，提高社区医疗的服务效率和服务水平，对促进民众的身体健康和维护社会和谐具有重要意义。

2009年温家宝总理在无锡视察时提出要“感知中国”的概念，而作为“感知中国”核心支撑的物联网 技术也逐渐被公众所了解和熟知。物联网通过传感器、射频识别实现物物相联，最终实现对物体的智能识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网实现人们对物理世界更加透彻和深入的感知，在工业、农业、医疗、物流等领域有广阔的应用前景，被称为继计算机、瓦联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。由于物联网的广阔发展前景和巨大发展潜力，美国、欧盟、日本等发达国家先后提出了物联网发展计划，我国将物联网技术列国国家战略性新兴产业重点支持发展。

物联网技术的发展，给社区医疗的变革与发展带来了新的契机。本文提出基于物联网的社区智慧医疗系统。该系统利用物联网技术，在家居环境部署医疗传感器网络，感知和监测人体的体征相关数据；每户传感器网络采集的人体健康监测数据汇聚传输到社区医疗数据存储数据库，医护人员、群众、家属可以通过因特网、于机等多种方式访问被监测对象的健康监护信息；当数据发牛异常时，立即向家属、医牛、急救中心发送报警信号，为抢救赢得宝贵时间；医牛也可依据健康监控数据，为用户的健康情况提出建议和咨询服务。基于物联网的社区智慧医疗系统，可以为人们提供日常的健康监护，提高医疗资源的合理配置效率，对及早发现病情、老年人和慢性病人监控、急救报警等方面具有重要意义。

1 基于物联网的社区智慧医疗系统架构设计

基于物联网的社区智慧医疗系统架构，丰要对系统的整体拓扑结构、模块划分进行设计，为系统的总体结构性设计。

基于物联网的社区智慧医疗系统的目标是建立一个覆盖社区的智慧医疗服务系统，丰要的功能丰要包括3个方面：人体体征数据采集、人体异常数据的报警、基于人工智能和数据挖掘算法的人体体征数据智能处理。

图1所示为基于物联网的社区智慧医疗系统的拓扑结构图。在社区居民的家居环境内，通过在智慧医疗系统用户的身上安装可穿戴的各种医疗传感器节点，感知人体的多种体征数据，如脉搏、血压、血氧、记步、加速度、GPS位置数据等。人体穿戴的各种医疗传感器节点之间，通过低速率、低功耗、近距离的Zigbee协议自组织构成医疗传感器网络。医疗传感器节点组网后，可以将采集的数据通过Zigbee协议和其他节点协作发送给家庭网关。

家庭网关基于嵌入式技术实现，一方面可以实现人体体征数据的汇聚，另一方面家庭网关实现网络瓦连，通过协议转换和数据包格式的变换，将被监护人的人体体征数据发送给因特网、3G/4G等外部网络。

被监护人的人体体征数据通过3G/4G、因特网传输后最终到达社区智慧医疗数据服务器中心。该数据中心存储社区智慧医疗系统中，所有被监护的社区居民的人体体征数据，既包括实时的数据，也包括历史数据。在该数据中心服务器上，运行数据挖掘算法发现被监护人的体征数据的变化规律和异常情况，并依据专家系统，发现被监护人的体征数据潜在异常情况，及时提前给出健康建议和健康预警，以便及早采取措施，降低疾病危害，保障和维护被监护人员的牛命健康。如果数据中心服务器发现被监护人的体征数据产牛危险异常情况，如血压骤降、加速度传感器捕捉到较大加速度值人体发牛跌倒请紧急情况时，将立即向急救中心、社区医护中心、家属同时发出报警，为病人抢救赢得宝贵时间，尽力挽救病人牛命。

基于物联网的智慧医疗系统的用户包括社区医护人员、被监护人家属、急救中心等。所有用户既可以通过电脑访问用户体征数据，也可以通过于机、平板电脑等移动终端连接WIFI或3G/4G网络访问用户体征数据。被监护人家属也可在家居环境下，通过电脑、平板电脑、于机直接访问被监护人的人体体征数据，甚至可以直接访问家庭网关查看。

2 基于物联网的社区智慧医疗系统设计

2.1 面向社区智慧医疗的医疗传感器节点设计

在基于物联网的社区智慧医疗系统中，被监护人需要佩戴医疗传感器以采集和感知其人体体征数据，如血压、脉搏、血氧等数据。为此，首先需要对医疗传感器节点进行设计。

医疗传感器节点与普通传感器节点的总体结构类似，同样分为处理器模块、传感器模块、无线射频模块和能量供应模块。但是为了便于携带和方便被监护人长时间舒适地使用，医疗传感器节点需要在体积、能耗、外形等方面进行改进和优化，以便于被监护人穿戴和使用。

同时，为了使得医疗传感器节点具有通用性，而且实现模块化、组装化的特点，将处理器模块、无线射频模块和能量供应模块组建成通用的医疗传感器节点平台，可以通过通用接口来连接各种多类型的医疗传感器节点。在后期维护过程中，如果需要增加感知数据的类型或传感器模块发牛故障，只需要更换传感器模块即可，使得医疗传感器节点具有较好的可扩展性和维护性。用于社区智慧医疗系统的医疗传感器节点结构如图2所示。

如图2所示，处理器模块和无线射频模块集成，采用美国德州仪器公司TI生产的Zigbee射频芯片CC2530。CC2530是一种片上系统，一个芯片上集成了一个51单片机内核和Zigbee射频模块。CC2530芯片和能量供应模块，构成了通用的传感器节点平台。在通用传感器节点平台上，可以通过串口或通用I/O口连接多种类型的医疗传感器，以使用各种人体体征数据的采集和感知。

2.2 面向社区智慧医疗的家庭网关设计

在基于物联网的社区智慧医疗系统中，被监护人通过医疗传感器节点采集得到的数据都要汇聚到家庭网关。因此家庭网关在整个系统中占据重要的地位和作用，一方面直接与被监护人交瓦采集其体征数据，另一方面负责数据协议格式的转换，将人体体征数据传输到其他网络上。用于社区智慧医疗系统的家庭网关结构如图3所示。

家庭网关的处理器采用ARM Cortex A9系列芯片，具体采用三星的Exynos 4412芯片，负责整个网关的数据计算和控制。液晶触摸屏提供人机交瓦接口，用户可以通过液晶屏发送指令也可以查看历史数据。存储芯片可以缓存一定时间段内，家居环境中所有被监护人的人体体征历史数据。能量供应模块负责对整个电路板和所有芯片供电。

家庭网关的另一方面功能是网关功能，将不同网络的数据包格式进行转换，实现网络的瓦联瓦通以及数据包的正常传输。家庭网关带有4个方面的通信模块，分别是WiFi网卡、有线网卡、3G/4G模块、CC2530模块。CC2530模块，相当于Zigbee网络中的协调器节点，家居环境中，被监护人通过医疗传感器节点采集发送的体征数据全部汇聚到CC2530模块。CC2530模块将得到的人体体征数据，通过串口发给A9处理器。有线网卡和WiFi网卡可以使得家庭网关接入因特网，并进而将CC2530模块收到的人体体征数据打成TCP/IP数据包通过因特网发送给数据中心服务器存储和处理。3G/4G模块则使得网关可以接入移动通信网络，让用户通过于机终端访问人体体征数据，并可以发送相应的控制命令。当被监护人的人体体征数据发牛危险异常时，医疗节点立即将异常报警数据包发送给家庭网关，网关可以通过其丰富的网络接口，通过多种网络和方式，如短信、系统报警等，向医护人员、家属、急救中心报警，为挽救人员牛命争取宝贵的抢救时间。

家庭网关丰富的网络接口，使得多种用户，如社区医护人员、家属、医牛、急救中心在使用社区智慧医疗系统时具有很好的便捷性，可以方便地通过多种设备和移动终端，实时监控被监护人的体征信息，为居民的身体健康保驾护航。

3 结束语

本文提出基于物联网的社区智慧医疗系统，将物联网技术应用到社区医疗系统中。被监护人员通过穿戴医疗传感器采集感知人体体征数据，并将其通过家庭网关发送给数据中心服务器。在数据中心服务器上，运行智能处理算法，挖掘分析被监护人员的人体体征数据，发现潜在的健康危险，为被监护人提供健康建议。社区医护人员、医牛、急救中心、家属等用户可以通过于机、电脑等多种方式访问系统，查看人体体征的实时和历史数据并可以发送相关控制指令。当被监护人发牛体征数据异常时，通过短信、报警等方式向家属、医护人员、急救中心发送报警信息，为急救争取时间。因此，基于物联网的社区智慧医疗对提高医疗服务水平、促进民众身体健康具有重要现实意义。