基于物联网技术的社区医疗在线监测系统

张 锋，郑皓桦

（广东石油化工学院 电子信息工程学院，广东 茂名 525000）

0 引 言

目前，我国正在进入老龄化社会，且我国人口基数大，医疗资源较为紧张[1]。社区医疗扎根基层，直接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。但目前社区医疗存在投入不足、医疗服务效率低等问题，极大地制约了社区医疗的服务水平和服务质量[2]。

现代新兴的物联网技术促进了社区医疗的发展[3]。近年来社区医疗系统蓬勃发展[4-9]，但也存在系统设施复杂、兼容性差等问题。借鉴国内外相关经验及成果，本文提出基于物联网技术的社区医疗在线监测系统，该系统实现了对社区病人健康的实时监控、诊断、治疗，为社区民众的身体健康起到了保驾护航的作用。

1 智能社区医疗系统总体架构

本设计由硬件设备和云服务器平台组成。硬件设备包含两部分，分别为智能社区医疗家庭端和智能社区医疗医院端。智能社区医疗医院端系统主要包含4个功能模块，分别是用户管理、医生管理、预约登记、数据入库。智能社区医疗系统家庭端主要包括5个功能模块，分别是健康测量、健康历史、健康常识、预约挂号、紧急呼叫。整体架构如图1所示。

图1 智能社区医疗系统架构

2 系统硬件模块设计

智能社区医疗（家庭端）是由树莓派、Arduino2560、心率传感器、血压传感器、血氧传感器、体温测量传感器、脑电传感器以及摄像头共同组成。家庭端整体硬件框图如图2所示。Mega2560搭载了各种生理传感器，用于采集用户数据，将采集完的用户数据根据通信协议进行封包，再通过串口发送到树莓派。用户可以通过树莓派上面的UI界面发送指令控制Mega2560让传感器工作。

图2 家庭端整体硬件框图

2.1 核心主控板

本项目采用树莓派作为整个系统的控制核心。因为Raspberry Pi具备一个PC上面完整的功能，可以实现程序的编译以及运行，也可以直接使用树莓派集成的蓝牙、WiFi等模块；同时考虑到成本，树莓派物美价廉、成本低、功能强。

2.2 血压采集模块设计

本项目选用臂式测量血压脉搏传感器HKB-08A，用于测量用户血压、心率数据。通过传感器对应的芯片手册，可以让单片机控制传感器的睡眠，工作在低功耗模式下，节省功耗；通过控制指令将其唤醒，使其进入工作模式，在工作模式下可以通过命令控制启动、停止测量。在测量过程中，传感器会通过串口回传测量数据给单片机。

2.3 血氧采集模块设计

采集血氧数据采用HDXZ-30102血氧模块，其优势在于无创检测。血红蛋白对660 nm红光吸收量较多，而对940 nm红外光吸收量较少，氧合血红蛋白则反之。用分光光度法测定红外光吸收量与红光吸收量之比，确定血液中的氧气含量。血氧模块通过I2C接口与功能板连接，进行数据交换。

2.4 脑电采集模块设计

ThinkGear AM模块（TGAM）是一款世界上非常受欢迎的脑电技术应用模块，它利用一个干式电极从人脑中检测到微弱的脑电信号。TGAM中的 ASIC芯片集成了脑电波信号采集、滤波、放大、A/D转化、数据处理及分析等功能[10]。

3 智能社区医疗系统软件设计

3.1 家庭端软件工作流程

智能医疗（家庭端）设备的软件运行流程如图3所示。上电之后首先对界面进行初始化，接着用户登录，判断是否登录成功，否则重新输入。登录成功之后进入初始功能选择界面，有五大功能，分别是健康测量、健康历史、健康常识、预约医生、紧急呼叫。用户在佩戴传感器之后可以进行健康测量，通过健康历史来查看用户的测量历史记录，通过测量结果根据健康常识确定自己一些身体状况信息。紧急呼叫则是在出现紧急情况时一键通知家人或社区医生的功能模块。

图3 家庭端系统工作流程

3.2 医院端软件工作流程

智能医疗（医院端）设备的软件运行流程如图4所示。上电之后首先对界面进行初始化。接着用户登录，登录成功之后进入初始功能选择界面，有四大功能，分别是用户管理、医生管理、预约记录、数据入库。社区医生可以通过用户管理功能来增加或者删除社区用户信息，通过预约记录可以查看社区用户的预约情况。数据入库功能则是录入现场问诊的用户身体信息，方便日后社区用户的档案管理。

图4 医院端系统工作流程

3.3 智能社区医疗公众号工作流程

用户可以通过扫描二维码关注社区医疗的公众号。关注之后绑定账户，这个账户是在社区医院的时候，社区医生为用户建档立卡时的账号。在绑定完成之后，用户可以通过公众号页面下方的功能菜单获取到健康测量的历史数据，以及根据用户的历史数据所形成的一个雷达图。功能菜单还提供了意见反馈模块，社区用户对于社区医院的意见可以通过此通道反映到社区医院的相关负责人。公众号工作流程如图5所示。

图5 公众号工作流程

4 系统测试

4.1 生理参数测量

功能板等待用户在上位机界面发送数据，通过串口发送数据到功能板，启动传感器工作进行测量，并把数据返回给树莓派，在界面上呈现出来。用户可以立即看到自己的测量数据、脑电图以及人脸采集等结果。生理参数测量界面如图6所示。

图6 生理参数测量界面

4.2 主要功能

家庭端功能如下：用户可以实时测量相关身体信息，并且上传数据；通过图表形式查看历史数据，还可以查看一个阶段的数据；分析用户的生理数据，公众号为其推送相关保健知识；用户可以在线预约社区医生；紧急报警，通知家人。

医院端功能如下：查看预约记录，查看整个社区用户身体情况，录入用户数据，上传相关保健文章，用公众号推送给用户，社区接警。

云服务器端如下：对用户数据进行数据分析，通过深度神经网络算法对用户进行分类，并将相应保健内容通过公众号推送给用户。通过强化学习算法，不断对推送内容进行精准优化，让用户在使用过程中体验。根据已有数据来推送内容，再根据用户反馈进行强化学习，增强推送准确度。

5 结 语

本社区智能医疗系统由家庭端终端、医院端终端以及云服务器三个部分组成。服务端对数据进行处理、分析、挖掘，预测出患者所患疾病，并反馈给医生。医生根据科学预测的病情为用户治疗、提出建议和咨询服务。本系统为人们提供日常的健康管理以及医疗资源的合理配置，对及时发现病情和病人监护、急救报警等方面具有重要意义[2]。