基于物聯(lián)網(wǎng)的人工智能家庭醫(yī)護系統(tǒng)的實現(xiàn)

文/徐金農(nóng) 姚虎 祁鴻姬 樊明成 張爾東

隨著醫(yī)療信息化發(fā)展步伐加快，未來針對醫(yī)療產(chǎn)品的設(shè)計將會向個性化、移動化方向發(fā)展。即通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)患者、醫(yī)護人員、醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療機構(gòu)之間的互動溝通，目的是圍繞患者（用戶），通過智能化，網(wǎng)絡(luò)化的手段提供醫(yī)療服務(wù)，達到在服務(wù)成本、服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)效率三方面的和諧發(fā)展。

1 研究目的與意義

據(jù)社科統(tǒng)計，現(xiàn)時中國老齡化逐年增長速度為3.4%，到2020年，中國老年人口將達到2.48億，老齡化水平將達到17.17%，空巢老人的數(shù)量在不斷增加；另一方面由于對兒童缺乏有效看護，導致的安全問題也日益受到廣泛關(guān)注。本項目設(shè)計重點在于通過用戶戴的智能設(shè)備對其生命體征和所處環(huán)境信息進行實時監(jiān)控，以無線傳輸方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器并對其進行實時處理和反饋，同時用戶、家人及醫(yī)護人員也可以通過手機APP實時掌握用戶的生命體征信息和所處環(huán)境信息，減少用戶（老人、兒童及特殊人群）疾病的突發(fā)率，便于預防和及時治療。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

硬件系統(tǒng)采用Arduino Mega2560和Arduino Uno作為核心控制器，多種傳感器協(xié)同工作，實時監(jiān)測用戶生命體征數(shù)據(jù)。其中通過MDL0019腕帶心率測量模塊，配合Pulse Sensor脈搏傳感器佩戴至指尖、耳垂等多個部位監(jiān)測脈搏數(shù)據(jù)能夠提高精準性，減少誤差；GSR皮膚電流傳感器監(jiān)測用戶的情緒波動；MLX90615紅外體溫傳感器監(jiān)測體表溫度；AD8232單導心電模塊監(jiān)測患者的心電數(shù)據(jù)并生成心電圖。同時，利用ESP8266Wif i模塊把數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，進行智能化分析。

另外，考慮到某些病患和特殊用戶的身體狀況受環(huán)境條件影響較大，系統(tǒng)還加入了環(huán)境監(jiān)測模塊。利用PM2.5粉塵傳感器、GY-68 BMP180 BOSCH溫度氣壓模塊、光敏傳感器構(gòu)成外界環(huán)境檢測系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)還具備急救功能，如實時監(jiān)測到外界環(huán)境或用戶體征數(shù)據(jù)異常時，服務(wù)端會向用戶家屬和醫(yī)護人員發(fā)出急救警報，從而及時為患者提供醫(yī)護幫助，整體硬件系統(tǒng)組成如圖1所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和核心分析服務(wù)器

（1） 基 于Tomcat和Django框 架、MySQL數(shù)據(jù)庫和SQList搭建物聯(lián)云轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器；

（2）采用 Vert.x 框架。Vert.x框架基于事件和異步，依托于全異步Java服務(wù)器Netty，并擴展了很多其他特性，輕量、高性能、支持多語言開發(fā)；

（3）數(shù)據(jù)傳輸采用AES加密，Base64編碼簡單、可并行計算、誤差不傳遞；不容易主動攻擊（誤差傳遞）、適合長報文，是SSL、IPSec標準；分組轉(zhuǎn)變?yōu)榱髂Ｊ剑杉用苄∮诜纸M數(shù)據(jù)。

3.2 Android端移動APP

（1）采用RxAndroid架構(gòu)與傳統(tǒng)的Android框架相比RxAndroid可以方便實現(xiàn)返回AndroidUI的主線程對象；

（2）運用獨立設(shè)計圖表控件——FlaskChart可實現(xiàn)折線圖、曲線圖、條形圖的繪制，可更改線條顏色，可對繪制的圖表進行拉伸，也可以進行多個圖表聯(lián)合展示。

3.3 手機APP端實現(xiàn)的功能

（1）查看用戶實時體征數(shù)據(jù)和外界環(huán)境數(shù)據(jù)；

（2）通過網(wǎng)絡(luò)實時查看用戶心電圖、歷史數(shù)據(jù)，為用戶提供病情分析，記錄用戶用藥詳情，添加用藥提醒功能，并通過分析歷史數(shù)據(jù)，為病人提供專屬醫(yī)護建議；

（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生異常，APP自動向醫(yī)護人員和患者家屬報警。手機APP端主頁面如圖2所示。

3.4 Web端可視化管理系統(tǒng)

為保證用戶監(jiān)控數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，在高性能物聯(lián)云轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的基礎(chǔ)上增加了MySQL數(shù)據(jù)庫方便對監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理和存儲，并且使用bootstrap框架結(jié)合ECharts可視化框架搭建了Web端可視化管理系統(tǒng)，通過可視化展示，可以更直觀的展示病患的各項數(shù)據(jù)，方便醫(yī)護人員和患者家屬對病人的病情進行管理。Web可視化管理系統(tǒng)如圖3所示。

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的人工智能家庭醫(yī)護系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計目的在于合理整合醫(yī)療資源、個性化服務(wù)多種群體、減輕社會公共醫(yī)療保障體系的壓力，順應“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)下的信息化醫(yī)療方式的發(fā)展方向。主要考慮以下幾方面：

（1）基于產(chǎn)品個性化設(shè)計角度分析產(chǎn)品可用性、易用性；

圖2：APP界面圖

圖3：Web可視化管理系統(tǒng)界面示意圖

（2）基于交互設(shè)計角度分析用戶需求及體驗感受；

（3）基于系統(tǒng)設(shè)計角度提出構(gòu)建云計算平臺的智能就醫(yī)體系，使產(chǎn)品、人、系統(tǒng)三者相輔相成，且易于操作，兼容性、擴展性、實際應用性較強。