一种远程社区智慧医疗监护平台设计与实现

周新淳

(宝鸡文理学院 物理与光电技术学院，陕西 宝鸡 721016)

一种远程社区智慧医疗监护平台设计与实现

周新淳

(宝鸡文理学院 物理与光电技术学院，陕西 宝鸡 721016)

随着社会节奏的加快与我国老龄化程度的加深，空巢老人数量迅速增加;空巢老人的身体健康成为各社区医疗服务站与其子女尤为关心的首要问题;提出一种远程社区智慧医疗监护平台设计方案，依托互联网大数据，将空巢老人身体健康指标数据通过无线网络远程传送到社区医疗服务站与其子女手机的终端APP;远程社区智慧医疗监护平台由监护端与采集端两大模块组成，能保证24小时不间断守护老人;仿真实验证明，提出的远程社区智慧医疗监护平台设计方案有效可行 。

远程；智慧医疗；监护平台；无线网络

0 引言

近年来，随着社会发展速度进程加快，城市的生活节奏逐步增快，趋于老龄化的我国出现大批留守空巢老人。老人突发疾病死亡上升率中，留守老人所占比重高达55%。留守老人健康监护成为社区医疗服务站与其子女迫切需要解决的问题。因此，留守老人的健康监护和健康管理显得尤为重要，决定了医疗模式从医院治疗到社区预防的转变，将传统有病就医治疗模式转变为以社区家庭为中心、预防监护为主的医疗模式[1-2]。然而，我国的社区医疗服务建设还不完善，缺乏对普通留守老人身体健康数据采集与科学管理平台的支持。

互联网发达时代，借助无线网络覆盖，采用数据传送点对点的形式，提出一种远程社区智慧医疗监护的平台设计方法。平台由监护端与采集端两大模块组成 。监护端由社区医疗服务站计算机应用平台程序与手机APP组成，能动态实时直观了解被监护人的身体健康数据，保证突发疾病发生时及时抢救。采集端采用便携高集成化设计，集成心率采集芯片、血氧采集芯片、双频wifi模块、gps模块和主控芯片组成，能够对监护人健康状况进行实时监测，通过wifi 2.4G与5G高速网络发送到计算机监控端的应用平台，便于医疗救护人员分析救助。

1 远程社区智慧医疗监护平台设计与实现

1.1 采集端构造与功能

远程社区智慧医疗监护平台采集端采用腕带设计方案，便于高龄老人佩戴。检测腕带内侧设计有血氧采集探针，采用最新微血检测技术，对毛孔进行微电压刺激，出血量极少、无痛感，同时，采用血氧联动检测方式，通过心率芯片二次采集生物反射信号，血氧辅助检测模块综合分析对比两组数据，得出被检测人血氧含量的均度值，保证结果准确度。探针更换采用一次性微力按压方式，操作简单，方便老人使用。探针下方设计有高精度心率采集传感器，实时采集被检测人的生物反射信号 。采集端背面设计样式如图1所示。

图1 采集端背面设计样式

1.1.1 心率采集芯片的工作原理

心率采集芯片采用最新RXV-985C芯片，解决了传统芯片心率采集单一的问题，运用生物反射原理进行健康数据采集。采集端心率采集芯片工作原理为：

1)通过反射原理，检测人体红细胞的含氧量。

2)通过检测脉搏传导速率的方法，计算心电检测和脉搏检测的时间差，得到血压信息。

3)通过内外两侧的温度感应，获得更加准确的人体温度值。

4)通过代谢热整合法，检测代谢的热量，血氧饱和度、血流速之后，计算出血糖浓度值。

RXV-985C芯片最大突破是实现了体征数据，得到的无创，对人的干扰小。血压、血糖、体温变化值分别对高血压患者、糖尿病患者、这几类人群的身体数据检测有很大帮助。工作原理如2所示。

图2 心率采集芯片工作原理

传统心率采集方式是通过单一心率采集传感器，将被监测人心跳产生的震动信号进行收集，收集信号以低频电子信号传送给主控芯片，主控芯片根据振动信号进行心电信号转换。转换过程极为复杂，转换算式如下：

(1)

(2)

(3)

式(3)中，F为心电信号强度，φ为心电信号时间间隔。当F系数值减小，φ系数值不变，可以得出被监护人出现心衰现象；F系数值增大，φ系数值减小，说明被监护人出现心率过速现象；F系数值减小，φ系数值增大，表明被监护人出现心悸、心脏偷停现象。但由于采用振动信号采集方式，容易受外界因素影响，如跑步、跳绳、下楼或剧烈碰撞，导致检测结果不准确。

设计远程社区监护平台采集端的心率采集芯片，很好的解决了外界因素干扰带来的监测数据不准确的问题。同时，22纳米高度集成化工艺，将血糖检测、血氧辅助检测模块集成一体，真正做到一芯三用。RXV-985C芯片采用全新数字传输分频算法，简化算法，提升数据精准度，减少采用传统算法转换造成的能源消耗。数字传输分频算法如下：

(4)

数字传输分频算法将单一信号中带有的多元信息进行分频处理，利用分频使各数据拥有独立信道频率，互不干扰，避免信号冲突造成数据丢失问题，大大提升了运行速度，减轻主控芯片工作负担。减小自身体积，为全新独立陶瓷温度芯片节省设计空间。

1.1.2 独立陶瓷温度芯片

设计的远程社区智慧监护平台采集端体温采集芯片采用独立陶瓷温度芯片设计方法，利用陶瓷成型技术，将温度独立芯片封装在陶瓷腔内。利用陶瓷本身具有的抗电磁干扰与隔热性，避免外界温度对芯片的干扰，提升了监测精确度。温度芯片与陶瓷外腔之间加入了防电磁干扰物质，有效防止低频信号对温度芯片的干扰。独立陶瓷温度芯片设计结构如图3所示。

图3 独立陶瓷芯片构造图

远程社区智慧医疗监护平台设计对温度芯片参数做了优化提升，能准确检测体温细微变化。滤除外界因素对温度的的干扰，如周围温度、太阳光照辐射等。

1.2 采集数据传送与定位设计

1.2.1 双频增益wifi模块

为了保证采集数据安全快速的传送，远程社区智慧医疗监护平台中设计了双频增益wifi模块。数据传输速度较传统wifi模块提升50%以上。支持最新802.11ac Wi-Fi协议，采用2.4 GHz与5 GHz双频设计，双频并发数据传输率最高可达1167 Mbps，满足数据高速传输需求。在wifi天线设计上采用2x2内置陶瓷天线设计，分别负责2.4 GHz与5 GHz的信号传输。采用波束成形Beamforming技术[3]，根据终端设备的位置进行智能信号跟随。独立设计功率增益放大器，能有效加强信号的强度与穿透力。

1.2.2 GPS定位模块设计

远程社区智慧医疗监控平台采集端加入了GPS定位模块设计，保证被监护人出现突发状况时能够快速准确定位被监护人的所在位置，采取救助措施。与传统的GPS芯片不同，设计采用增强型STAR2-591J芯片。具有输出功率大、覆盖范围广、工作能耗小的特点。同时结合A-GPS基站辅助定位，通过周围2G、3G、4G基站信号覆盖范围，辅助锁定被监护人所在位置。针对GPS绕地轨道卫星距离我国上空最近的11颗卫星坐标范围数据进行快速检索，进行信号增强处理，速度比传统GPS芯片提升42%以上。

增强型STAR2-591J芯片采用动态射频算法，对定位信号波段频率实时调整，在波段受外界入侵波动信号干扰状态下，STAR2-591J芯片自动调整波段频率(2 100～33 000 Hz)，保证信号畅通，监护端应用平台接收到的被监护人位置坐标准确。

1.3 监护端应用平台与APP设计

1.3.1 远程监护服务器搭建

个人健康数据检测产品全球范围内有很多,这些传统个人健康数据检测设备只针对健康数据单一指标采集与分析,缺乏数据连带性整体分析[4]。远程社区智慧医疗监护平台以数据指标规范化、指标分析综合化、检测结果准确化为设计原则,对上述的监护终端采集的生理参数和指标进行数据综合分析和数据整合储存管理等操作,对被监护人进行整体化动态分析。该服务器系统结构如图4所示,采用 B+/S 网络结构,在 Visual Studio 2013 环境下使用 C++和ASPN.NET 进行Web服务器的构建,远程社区智慧医疗监护平台数据库管理与维护方案则采用Microsoft SQL Server 2012。

图4 远程监护服务器结构

1.3.2 远程监护平台软硬件搭建

本文提出了依托互联网技术远程社区智慧医疗监护平台设计，并利用互联网数据传输技术和生物电子科学技术实现了远程社区智慧医疗监护平台初步搭建，如图5所示。

图5 远程社区智慧医疗监护平台初步搭建

该平台初步设计了针对户外移动监护的1款腕带式远程健康数据监护采集终端,具有LED冷光显示功能的腕带式健康数据监护采集终端,可适用于离线模式,实现心电、心率、血氧等生物感知功能和姿态角度判定,基于Android6.0设计开发的远程社区智慧医疗监护平台APP，实现健康指标数据的采集上传等信息数据交互操作;通过APP个人账户注册[5]，创建私人健康远程监护空间，iOS9.3的远程社区智慧医疗监护系统APP界面,可利用iPhone与腕带检测采集终端通过无线wifi进行连接，实现单导联/多导联心电、心率、血氧等健康数据采集。

设计的远程社区智慧医疗监护平台移动监护终端界面,其利用安装有windows10系统的移动终端实时检测被监护人心电数据、呼吸频率、血压数据、体温数据、血氧数据、脉搏数据等健康数据指标,还可根据被监护人身体健康状况对监护控制参数进行动态调整。监护管理系统还集成了被监护人个人信息、用药详情、健康百科等功能,实现远程社区智慧医疗监护平台的健康指导功能。

该平台还设计实现了包括接收发送健康数据量统计、健康数据指标综合分析、患者留言等功能在内的远程社区智慧医疗监护平台管理服务器。该服务器数据库采用最新Microsoft SQL Server 2012，针对健康数据采集整理进行架构优化，Web页面采用html5最新编码方式分别对社区医疗服务站服务人员和用户提供相关的主页检索导航服务，设置百医连线功能，通过远程社区智慧医疗监护平台，可对社区周边医院和中心医院远程视频连线，进行视频专家会诊操作，及时有效对患者进行救治。

2 实验与结论

对设计的远程社区智慧医疗监护平台进行仿真实验测试，仿真实验设置1家社区医疗服务站进行远程社区智慧医疗监护平台安装，5名测试人员将传统健康采集穿戴设备与远程社区智慧医疗监护平台腕带式采集终端同佩戴，测试时间为一周。测试采集5名患者1周的心率、血压生理健康指标，与传统健康采集设备采集数据进行对比，证实设计的有效性与可行性，具体测试参数如表1和表2所示。

表1 心率测试参数

表1 心率测试参数

上述表2、表3数据，经过医院专业医疗检测设备监测数据对比，远程社区智慧医疗监护平台采集终端采集健康数据值与专业医疗检测设备检测数值相符率达99.5%，并且设计采集终端还具备传统健康采集终端不具备的血氧、体温等数据采集功能。对采集终端数据传送信号做了对比，对比曲线如图6所示。

图6 采集终端数据传送信号强度曲线

图6中可以看出，远程社区智慧医疗监护平台采集端设计采用双频增益wifi模块，信号强度高于传统健康采集终端信号强度。传统健康采集终端信号出现断层现象，设计终端信号稳定，满足远程社区智慧医疗监护平台数据交互要求。

3 结束语

针对我国老龄化程度加深与留守老人增加等现状，结合互联网数据传输技术与生物电子终端开发，提出远程社区智慧医疗监护平台设计方案，建立了完整的远程社区智慧医疗监护平台初步搭建，同时设计开发远程腕带式健康数据采集终端和相关配套APP，构建了具有丰富数据资源的数据服务器。远程社区智慧医疗监护平台设计初步实现为社区医疗服务、科技完善提供技术支撑，远程社区智慧医疗监护平台设计与实现未来发展前景广阔。

[1] 卫 兵,张 磊,李 斌,等.基于物联网的新型远程医疗监护系统的设计与研究[J].宿州学院学报,2014,29(6):74-77.

[2] 李胜旭.基于物联网的远程慢病监护数据网络设计[J].软件工程师,2015，12(2):14-16.

[3] 王中生,黄动力,陈国绍,等.基于ZigBee的远程医疗监护系统研究与实现[J].现代电子技术,2014,10(2):98-99.

[4] 任慧朋,郭建斌,潘大钊.利用数据挖掘技术实现LIS数据共享的开发实践[J].电子设计工程,2014，2(18):14-16.

[5] 王 峰,宣伯凯,杨 鹏.基于Android的家庭移动医疗监护系统的设计[J].计算机测量与控制,2015,23(5):1586-1588.

A Remote Medical Monitoring Platform Design and Implementation of Community Wisdom

Zhou Xinchun

(Institute of Physics & Optoelectronics Technology, Baoji University of Arts and Sciences，Baoji 721016, China)

With the speeding up of the social rhythm and the degree of aging in our country, empty-nesters has increased rapidly.Empty nest elderly health become the primary problem the community health service stations and their children are particularly concerned about.In this paper, a remote community wisdom medical ward design platform, relying on Internet big data, the empty nest elderly health indicators data remote transmission through wireless network to the terminals of the community health service station with their children mobile phone APP.Remote medical care community wisdom platform by monitoring terminal with the acquisition of two modules, can guarantee 24-hour guard the old man.The simulation experiments show that the proposed remote community medical monitoring platform designis practical wisdom.

remote; medical wisdom; monitoring platform; wireless network

2016-08-30；

2016-09-22。

宝鸡市科技局项目(16RKX1-16)。

周新淳(1983-)，男，陕西宝鸡人，硕士研究生，讲师，主要从事通信技术、单片机及嵌入式系统方向的研究。

1671-4598(2017)02-0146-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.02.040

TP393.1

A