基于医疗物联网的青少年视力健康监护平台研究与构建

刘菁 申峰

（1、徐州爱睿视光学科技有限公司，江苏 徐州221008 2、徐州医科大学，江苏 徐州221008）

我国学生近视患病率已居世界第二位，近视的发生机制和发展因素依然有待于多年深入的研究。近视作为中小学生最常见的眼病，不仅在学习和生活中给其带来诸多不便，而且随着近视度数的加深还可导致较多眼部并发症（例如高度近视性视网膜脱离黄斑裂孔巩膜葡萄肿等）的发生，青少年近视的发病率逐年上升已倍受医生、青少年、家长等人的担忧，早期发现并制定近视防控措施对于降低青少年近视患病率非常关键。现有视力相关数据的统计分析，是预防青少年近视的第一步，也是近视防控研究的基础，以往关于视力健康相关数据统计分析多以调查问卷和人工统计的方式完成[1]，这种数据收集分析方式具有很大的局限性，存在统计方法复杂、统计过程不可控、统计人数有限、数据的地域局限性、数据的有效性有待提高等问题。物联网技术的发展，使医疗卫生信息化从过去的医院卫生机构信息化和区域医疗卫生信息化，延伸到了面向家庭和社区的医护信息化。研究基于医疗物联网的青少年视力健康监护平台，以互联网为切入点，以健康云为依托[2]，结合健康物联网相关技术，面向青少年视力健康信息大数据平台，实现家庭、社区、学校、视力矫正服务机构、地区医院的视力健康相关数据的统一融合，解决传统视力健康信息统计方法的局限性，为青少年视力健康监护提供基础数据平台。

1 系统总体架构

基于医疗物联网的青少年视力监护平台构建运用物联网技术、隐私保护技术、传感监测技术、大数据分析技术以及相关眼视光检测诊断技术，打造一个集患者、专家、医生、视光师、用户的综合用户体系，囊括眼科医院、眼镜服务终端机构、眼视光科研机构、眼视光教学机构等多个子平台为一体的青少年视力监护平台[3]，平台包含：青少年视力健康信息大数据平台、“爱睿视”视光健康服务APP、青少年视力健康状况及相关因素模型、青少年用眼环境与用眼卫生实时监测预警系统四部分。如图1 所示。

图1 系统总体架构图

2 系统总体设计

2.1 青少年视力健康信息大数据平台设计

大数据平台数据服务对象范围广，为了对青少年视力健康状态信息进行存、跟踪和分析需要存储大量相关信息，对基础数据平台的服务能力提出了较高要求。数据平台需要满足大量用户数据传输需求并能够并行的为大量用户提供业务服务，因此云服务中心数据存储服务器需具有高吞吐率和高传输效率的特点[4]。利用虚化技术将重新对云服务中心的软、硬件格局进行部署，实现软件服务器和硬件设备等计算资源的动态分配和备份机制，提高系统架构的灵活性和健壮性。考虑到客户关于个人隐私，信息安全和服务质量的需求，云服务中心的安全性和可靠性是影响服务能力重要因素，对大规模的数据存储数据加密和安全性保证进行研究，提高云平台的安全性[5]。大数据平台建设的一个重要目的是实现各医疗物联网系统的数据融合，将分散的物联网数据集中形成可共享可复用的综合性物联网信息库，并为各物联网系统直接有效通信建立桥梁，充分发挥出医疗物联网系统的先进性与完整性优势。青少年视力健康信息数据来源种类多，视力矫正机构，医院，家庭，学校分别位于不同的物联网子系统下，分别承载不同类型的视力健康相关数据，各数据源有效信息内容侧重不同，数据的格式各异，存在结构化和非结构化的信息。因此需要在中间件中对数据进行转换和管理，从而兼容HL7、XML 和DICOM等各种格式，项目需要将现有各类不同类别的信息能够统一接入，从而达到数据格式的标准化。平台整体功能架构如图2 所示。

图2 青少年视力健康信息大数据云平台大数据平台技术架构

2.2“爱睿视”视光健康服务APP 设计

本文基于Android&iOS 智能移动客户端设计实现“爱睿视”视光健康服务APP，软件完成的功能包括：即时通信、护眼资讯、问卷调查、意见反馈、视光档案、预约挂号、资讯收藏、周边店铺、视光文章、视光课程列表，学员管理、客户管理、课程管理等。

APP 程序与服务端通过TDP 连接，通过访问服务端API 接口，以JSON 数据格式实现交互式信息数据的通信。客户端的用户登陆、账户配置、视光档案查询、视光资讯等工作是通过向服务器发送请求来实现的，服务器端处理请求后，返回处理成功或失败的消息，客户端再根据服务器返回的消息来更新用户界面通知用户所请求服务的执行情况。客户端之间的即时通信采用环信服务器实现。

2.3 青少年视力健康状况及相关因素模型设计

青少年近视问题的发生和分布式多个因素综合作用的结果，因此平台在整体上把握各种因素和近视之间的关系，基于海量视力健康相关数据，利用Apriori 算法研究多因素与视力健康状态之间关联规则[6]，构建健康状况及相关因素的关联模型。整体上分为两个模块：2.3.1 求解视力健康大数据平台库D 中的所有频繁项目集(简称频繁集)，即所有支持度不低于用户有给定的最小支持度min_sup 的项目集fitemset。2.3.2 基于已求解得到的频繁集束生成所有关联规则，对每一个频繁项目集A，找到A 的所有非空子集a，如果比率support(A)/support(a)＞=min conf，就生成关联规则a-＞A-a。并且，为提高原算法的效率，我们提出了几种Apriori 算法的改进策略：基于散列的技术；事务压缩；划分；选样；动态项集计数。

2.4 青少年用眼环境与用眼卫生实时监测与预警系统设计

青少年正处于养成正确用眼习惯的重要阶段，科学合理的用眼环境和用眼习惯对于他们视力的保护具有重要意义，通过在特定环境部署监测传感器，搭建光照环境传感网络，对当前环境的照明质量及相应信息进行监测，同时通过图像处理技术和高准确度坐姿监测算法，实现对监测者躯干弯曲、颈部弯曲、头部位置以及静止坐姿时长等坐姿参数的检测[7]。通过爱睿视APP 软件将以上数据传输至视光健康云进行决策分析，得出当前环境下用户的用眼卫生判断，并且将分析结果推送至用户APP，实时提醒用户改正坐姿；系统结合物联网技术，各子系统采集到的用眼卫生和用眼习惯信息将被实时传输到爱睿视健康云[8]，云端将信息进行融合、整理、分析，并将结果推送至用户端，为用户提供护眼专业建议。

3 平台特点

3.1 综合运用物联网技术、隐私保护技术、传感监测技术、大数据分析技术以及相关眼视光检测诊断技术，构建了患者、专家、医生、视光师、用户的综合用户体系，囊括眼科医院、眼镜服务终端机构、眼视光科研机构、眼视光教学机构等多个子平台为一体的青少年视力监护平台。

3.2 运用云服务技术、大数据技术，构建了青少年视力健康信息大数据平台，解决了大量数据存储困难及视力健康数据格式不统一的问题，实现了健康数据的标准化。

3.3 运用传感器技术，构建了青少年用眼环境与用眼卫生实时监测与预警系统设计，通过对用户室内环境的监测，包括光照、坐姿等，实时提醒用户改正坐姿及调整光照。

结束语

本文分析了目前青少年近视率居高不下的现状，综合运用物联网技术、隐私保护技术、传感监测技术、大数据分析技术以及相关眼视光检测诊断技术，构建了基于医疗物联网的青少年视力健康监护平台。首先介绍了平台的总体架构，包括青少年视力健康信息大数据平台、“爱睿视”视光健康服务APP、青少年视力健康状况及相关因素模型、青少年用眼环境与用眼卫生实时监测预警系统四部分。接着，对平台的各个部分进行详细设计与实现。实践表明，该青少年视力健康监护平台功能全面，有利于提高青少年视力健康相关的预防、保护和改善。