基于云计算和物联网技术的智慧医疗系统研究

林元模 许朝阳 闻辉 姚丽菡

摘   要：随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，享受便捷、高效、安全的医疗服务已成为人们的迫切需求。但现有医疗系统，具有人力和物力投入不足、医疗资源两极化、服务效率低等问题。基于此，文章提出了一种基于云计算与物联网技术的智慧医疗系统，通过云平台进行信息综合处理，实时反馈给查询终端，从而实现医疗设备互联互通、信息融合技术和共享协作。该系统可以让更多的人共享有限的医疗资源，提高了医院的医疗服务质量，对智慧医疗具有重要指导意义和市场价值。

关键词：射频识别;云计算;物联网;智慧医疗;负载均衡

智慧医疗是隶属于智慧城市战略规划中民生经济带动下的经济增长点和产业升级的一项重要应用领域[1]。它将物联网技术、云计算技术、大数据处理技术等应用于医疗领域（医院信息化、健康管理信息化、区域医疗信息化）。智慧医疗体系主要包括4个阶段：信息数据采集主要由物联网技术，通过射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术实现;信息网络传输主要通过WiFi无线局域网络接入;数据智能分析依托于云计算实现大数据处理。信息服务由云服务和医疗终端组成。

基于云计算技术与物联网技术的智慧医疗系统通过物联网通信系统的中间件来实现不同产品之间的互通，采用无线射频技术进行WiFi无线局域网络的各接入点的负载均衡。在医院内部署传感器网络、射频识别装置，可实现随时随地将前端采集的监测数据写入到智慧医疗后台的分布式数据库当中。专家、医生、病人及家属亦可通过电脑以及移动设备访问智慧云平台，实时查看相关诊断结果，进行相关数据的查询。从医院的病人管理、医疗设备管理、药品管理、问诊等方面入手，建立案例共享库，实现资源共享，智慧医疗云服务为各医院之间提供病友案例协作功能，促进医疗资源共享，提高医疗服务质量[2]。

1    智慧医疗系统数据采集系统设计

RFID为阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信。基于RFID的智能医疗系统涵盖了病人、员工、药品标签以及其他资产标签等，主要包括：信息服务中心管理、住院病人管理、医务人员管理、急诊病人管理、医疗设备管理、药品库管理等功能模块。智慧医疗系统通过RFID对门诊和住院部的病人等实现标签化管理，通过扫描标签，可实时查询病例、用药、化验等医院内部相关数据。

该系统为医生、病人及亲属、医疗设备、药品等发放电子标签，并分配相应权限;在这些人或物活动的场所设置读写器和天线，如药房、急诊处、化验室、特护病房等[3]。

1.1  有源RFID模块

该系统采用RFID射频模块来识别病例、床位、药物使用、挂号、就诊、缴费等信息，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别的距离最大可达到几十米。根据读写方式的不同，可以输入数千字节的信息。该模块从读取标签信息的设备以及标签中写入信息，实现不同射频卡的各种信息功能和作用，并且具备安全性、自动识别等功能，可工作于不同环境。

1.2  WiFi/RFID阅读器

通过读取患者佩戴的电子腕带RFID标签，就可以自动感应到储存的患者信息、用药情况、检查结果报告等传输入医院数据库。护士和患者就能随时掌握用药、检查和医嘱的执行情况。

参数要求：读取范围：0～50 m;频率：2.4 GHz ISM;调制方式：GFSK;数据速率：1 Mbps;防冲突：同时读取100 Tags。

2    智慧醫疗系统物联网信息平台设计

物联网信息平台以光载无线交换机和上层应用程序为核心，把医院内的各种物联网终端设备包括传感器、射频识别读卡器等，通过与无线接入控制器、无线接入点以及现有的有线网络交换机、路由器建立物联网内部局域网。

目前，医院内部以部署无线集中控制器（Access Controlle，AC）+瘦无线接入点（Access Point，AP）的架构来进行布网，用2.4 GHz和5.8 GHz（主要用于视频监控和视频医用影像）无线基站混网构建高速的无线通信网络，从而实现WiFi基站的统一管理，信道资源的统一分配。通过WiFi网络建立一套高速通讯网，通过RFID-WiFi读卡器，实现RFID标签与后端服务器的连通，通过物联网信息管理系统实现对RFID标签的管理。将WiFi无线局域网技术、光通信技术和射频识别技术融为一体，组成多种无线网络统一物联网信息平台[4]，为各类应用软件、传感器、视频图像实现医院内无线网络的无缝覆盖，如图1所示。

3    智慧医疗系统的云平台设计

医院每天会产生大量医疗健康数据，这些数据24 h不间断地传到智慧医疗云平台上。云服务后台利用大数据技术对这些海量医疗健康数据进行高效的分析处理，通过分析相关数据，协助医院对医疗信息进行快速、准确、高效的管理，进一步提供及时的病征预警、远程咨询处置、精准疾病干预以及个性化健康服务[5]。

3.1  负载均衡

负载均衡是将数据处理或者其他业务分配到其他多个操作单元上执行。在负载均衡中，中心服务器将所有请求转发到某个具体的后端服务器上处理。在智慧医疗系统中，采用高性能HTTP和反向代理服务器Nginx实现负载均衡中心服务器，如图2所示。

在upstream配置模块中server后的配置代表每个后端服务器，weight=1代表负载的权值，值越大权重越大，分配到此服务器的请求越多。down配置表示此服务不参与负载均衡，此配置用于在某个后端服务器出现故障的情况下，临时取消此服务器的负载分配。Backup在所有其他服务器服务负载忙或者不可用时，请求会转发到该台服务器。

3.2  Web服务软件设计

云计算包括资源的网站和基于抽象的底层基础设施可弹性扩展的服务。智慧医疗系统的软件服务采用浏览器和服务器（Browser/Server，B/S）架构，开发Web服务，轻松解决跨平台的系统使用问题。软件服务可动态更新、发布服务，无需重复下载和更新，对用户来说毫无感知。在通信协议上采用https进行加密传输，敏感数据部分使用MD5散列函数对用户的数据进行加密，为智慧医疗系统的安全保驾护航。

前端采用Vue.js，JQuery，Bootstrap前端框架，进行前后端分离方式开发，调用后端提供的用户中心、信息管理、权限管理、医护管理等服务接口，实现数据驱动页面响应，如图3所示。

后端服务采用谷歌开源的GO语言进行开发，能够解决单台服务的高并发。在后端采用微服务框架，微服务将系统分割成一个个小的基础服务，服务间通过RPC通信，降低模块间的耦合性，提高服务器的稳定性和灵活性。主要实现微服务包括：数据存储查询服务、就诊服务、病例服务、住院服务、结算服务、权限管理服务等，如图4所示。

住院管理是对住院病人信息的集中式管理，在此模块中可查看病人的病房号，负责的护士以及住院期间的生活习惯，如作息、运动等基础信息。同时，此模块与信息采集端实时联动、查看住院患者的体温、脉搏、心率等信息。

信息管理主要包括医院的重要会议、通知等信息。门诊病人包括预约、挂号、诊断、病历等子模块。

权限管理模块主要是将医院工作人员分配成不同的角色，不同的角色有着不同的权限，根据登陆用户权限的不同，前端展示的页面菜单也不尽相同。如超级管理员有权限管理菜单、门诊病人、信息管理、医护管理、住院管理等所有的菜单权限，对于护士来说只有医护管理权限。

智能化药房系统将药品存储和流通全部实现智能化管理，并可对存储的温湿度、药品库存情况等环境参数实时监测。能自动记录各种药品的使用规律，如药品的质保期、患者使用药量统计等。通过大数据分析和智能计算，自动完成药房药品的采购清单，最大限度地降低药品的库存量[6]。

4    结语

智慧医疗系统以物联网技术为核心，基于RFID技术的信息实时采集和处理技术。通过对门诊、住院部的病人实现标签化管理，可实时查询病人病例、生理信号、化验结果、用药情况等数据，实现病人的智能化管理。医生通过病患回传到云端数据库的数据进行分析下药，并把问诊记录回传到每个病患专属的电子病例当中，利用物联网和云计算技术，促进医疗资源共享和提高医疗服务质量。

[参考文献]

[1]王曲.基于信息集成平台的智慧医院研究与实现探讨—以智业软件方案为例[J].信息技术与信息化，2017（12）：172.

[2]武琼，陈敏.智慧医疗的体系架构及关键技术[J].中国数字医学，2013（8）：98-100.

[3]韩成.RFID技术在医院信息系统中的应用[J].医疗装备，2012（1）：10-11.

[4]梅仲豪.基于光载无线技术搭建的智慧港口物联网平台[J].港口装卸，2015（5）：55-56.

[5]过骏愈.基于云计算和大数据的医院信息化建设[J].电子技术与软件工程，2018（5）：179.

[6]刘哲.物聯网技术在智能医疗中的应用[J].中国公共安全（综合版），2012（2）：115.