基于Java 的3G 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用

◆史森中 曾 凡 黃 昊 劉 洋

史森中 曾 凡 黃 昊 劉 洋

第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院 重慶 400042

目前患者生理監(jiān)護(hù)設(shè)備多見于監(jiān)護(hù)病房中的床邊監(jiān)護(hù)儀［1］。病人的各種生理信號(hào)通過傳感器測(cè)量后傳導(dǎo)到監(jiān)護(hù)儀上，監(jiān)護(hù)儀進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并能在異常的時(shí)候報(bào)警。但這些儀器都是由專業(yè)人士或在專業(yè)人士指導(dǎo)下使用，且這些監(jiān)護(hù)儀器往往體積龐大，不便于攜帶，醫(yī)護(hù)人員必須守候在科室內(nèi)進(jìn)行監(jiān)護(hù)，不便對(duì)患者進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

3G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化流程和一系列獨(dú)特的服務(wù)可為客戶提供高品質(zhì)的互聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)［3］。在其高帶寬的傳輸率下，可實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)，如照片、影像和應(yīng)用程序文件等的傳輸。

把3G 智能移動(dòng)電話引入到移動(dòng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程病人監(jiān)護(hù)，即基于3G 網(wǎng)絡(luò)、體積小巧、攜帶方便的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)在手機(jī)上可實(shí)現(xiàn)3 個(gè)主要的監(jiān)護(hù)功能:(1)實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè);(2)列表趨勢(shì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè);(3)病人信息檢查。因此，醫(yī)護(hù)人員可以通過這種3G 智能移動(dòng)電話顯示的患者生命體征生物信號(hào)，監(jiān)測(cè)ICU /CCU 患者的實(shí)時(shí)情況。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

遠(yuǎn)程患者監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。該系統(tǒng)主要由3 部分組成:患者監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析服務(wù)器和3G 移動(dòng)電話，通過互聯(lián)網(wǎng)和3G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)鏈接?；颊弑O(jiān)控系統(tǒng)由床邊監(jiān)護(hù)儀與醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心工作站組成。

患者信息可以通過床邊監(jiān)測(cè)儀收集并存儲(chǔ)到監(jiān)護(hù)中心工作站。中心工作站監(jiān)測(cè)的患者信息，包括數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)和波形實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過遠(yuǎn)程服務(wù)器信息提取和轉(zhuǎn)換成手機(jī)可識(shí)別的基于Java的應(yīng)用模式。醫(yī)護(hù)人員在使用3G智能移動(dòng)電話進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)訪問和3G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音通話期間，仍然可以通過Java 應(yīng)用程序接收患者數(shù)據(jù)信息。整個(gè)過程是基于PHP(Personal Home Page)的Web 服務(wù)器端執(zhí)行。

2 信息采集端

2.1 患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

包括患者床邊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和中心站監(jiān)控系統(tǒng)。我們采用了目前使用 比 較 廣 泛 的ds－ 7100 和di－8700。床邊監(jiān)測(cè)儀可以監(jiān)測(cè)患者的ECG(心電圖)、RESP(呼吸頻率)、SpO2(動(dòng)脈血氧飽和度)、ETCO2(呼氣末二氧化碳)、IBP(有創(chuàng)血壓)以及TEMP(體溫)。中心工作站從床邊監(jiān)護(hù)儀監(jiān)測(cè)、提取、存儲(chǔ)取波形數(shù)據(jù)，連續(xù)存儲(chǔ)容量的上限約為96 小時(shí)。同時(shí)，醫(yī)護(hù)人員還可以通過局域網(wǎng)的PC 機(jī)，遠(yuǎn)程訪問患者數(shù)據(jù)分析服務(wù)器，監(jiān)測(cè)患者的狀況。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖2 系統(tǒng)通訊流程

2.2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析服務(wù)器

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析服務(wù)器是該系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過程中的重點(diǎn)。我們選用的是以SUSE Linux Enterprise 為開放式臺(tái)的Web 服務(wù)器，無(wú)論對(duì)桌面應(yīng)用還是對(duì)數(shù)據(jù)中心而言，它都是功能最先進(jìn)、成本最低、可互操作性最強(qiáng)的企業(yè)計(jì)算平臺(tái)。SUSE Linux 9/10 自 帶Apache Tomcat 軟件、YaST 2 圖形管理工具，比較適合對(duì)Linux 命令不是很熟悉的工作人員，配置方法也很簡(jiǎn)單方便，同時(shí)運(yùn)行Web 服務(wù)穩(wěn)定、可靠、安全［4］。SUSE Linux Enterprise 還 包含了用于幫助臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器里的應(yīng)用程序抵御內(nèi)外部攻擊、惡意應(yīng)用程序和病毒的 Novell AppArmorTM，這是最有效且易用的安全解決方案。總的來(lái)講，整個(gè)過程是通過調(diào)用和運(yùn)行服務(wù)器上SUSE Linux操作系統(tǒng)的Apache 軟件來(lái)創(chuàng)建HTML 動(dòng)態(tài)頁(yè)面和進(jìn)行超文本預(yù)處理［5］。

2.3 生理信息通訊流程

如圖2 所示，醫(yī)護(hù)人員可以使用3 G 移動(dòng)電話和PC 遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)分析服務(wù)器。移動(dòng)電話通過PHP 應(yīng)用程序從監(jiān)護(hù)中心工作站中提取特定數(shù)據(jù)，如病人的資料數(shù)據(jù)、事件數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)由Java 應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換成移動(dòng)電話能識(shí)別的信息。使用PC 機(jī)時(shí)，醫(yī)務(wù)人員可以通過網(wǎng)頁(yè)瀏覽器訪問服務(wù)器來(lái)獲得所需的數(shù)據(jù)。

3 移動(dòng)監(jiān)護(hù)終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

搭建系統(tǒng)平臺(tái)時(shí)我們采用了Android 平臺(tái)，它是基于Linux 內(nèi)核平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)。該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件等組成，是對(duì)第三方軟件完全開放的平臺(tái)，開發(fā)者在為其開發(fā)程序時(shí)擁有更大的自由度，突破了iPhone 等只能添加為數(shù)不多固定軟件的枷鎖［6］。同時(shí)與Blackberry、Symbian 和Windows Mobile 等廠商不同的是，Android 操作系統(tǒng)針對(duì)開發(fā)人員是免費(fèi)的，這樣可節(jié)省很大的成本。Android 作為一個(gè)使用Linux 內(nèi)核的智能手機(jī)操作系統(tǒng)，要求手機(jī)CPU 至少為ARM9 200MHz 的主頻才能帶動(dòng)Dalvik(Java 級(jí)虛擬機(jī))［7］。

3.1 應(yīng)用程序框架

Android 應(yīng)用程序由一個(gè)或多個(gè)組件組成，Android 應(yīng)用程序?yàn)閼?yīng)用程序?qū)拥拈_發(fā)者提供APIs(應(yīng)用程序接口)。由于上層的應(yīng)用程序是以Java 構(gòu)建的，因此本層次提供包含了UI(用戶界面)程序所需要的各種控件。Android 附帶的一些核心應(yīng)用程序包括E－mail 客戶端、短信程序、日歷、地圖、瀏覽器和通訊錄等。所有的應(yīng)用程序都是由Java 語(yǔ)言開發(fā)完成。應(yīng)用程序框架開發(fā)人員擁有訪問核心應(yīng)用程序框架API 的全部權(quán)限。應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免了各組件之間的重用，任何第三方的應(yīng)用程序都可以分發(fā)自己的組件，而任何其它應(yīng)用也可以使用這些分發(fā)的組件(應(yīng)用的使用方法需遵循框架的安全性約束)。這個(gè)機(jī)制對(duì)用戶來(lái)說(shuō)同樣適用，他們也可以替換組件。應(yīng)用程序是無(wú)界限的，可以再平等條件下創(chuàng)建，還可以嵌入Web，也可以并行運(yùn)行。

3.2 手機(jī)監(jiān)護(hù)軟件系統(tǒng)

該系統(tǒng)以Android 智能手機(jī)作為手機(jī)終端開發(fā)平臺(tái)，主要包括以下部分:與生理信號(hào)采集終端的通信部分、生理信號(hào)預(yù)處理部分、生理信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分、手機(jī)界面和3G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸部分。服務(wù)端采用Client/Server 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，整個(gè)軟件系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行流暢。手機(jī)端需要完成的是生理信號(hào)數(shù)據(jù)的處理、分析和波形展現(xiàn)。由于是波形的實(shí)時(shí)分析和展現(xiàn)，就需要使用多線程的模型，以保證數(shù)據(jù)的接收和展現(xiàn)能同時(shí)進(jìn)行。Android 系統(tǒng)對(duì)此有很好的接口支持，Service 后臺(tái)服務(wù)組件能夠解決這個(gè)問題。

3.3 與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的通訊

在手機(jī)端完成生理信號(hào)數(shù)據(jù)的分析和展現(xiàn)之后，需要將數(shù)據(jù)通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，考慮到數(shù)據(jù)文件的大小和3G 制式的區(qū)別，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于HTTP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，以實(shí)現(xiàn)各種制式的兼容性。Android 系統(tǒng)提供了幾種用于網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的接口，如標(biāo)準(zhǔn)的java、Apache 和Android.net。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

移動(dòng)電話上的Java 的應(yīng)用系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)3 種功能，分別是實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、列表趨勢(shì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和病人信息檢查。

4.1 實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與延遲20秒后的床邊監(jiān)測(cè)儀同時(shí)監(jiān)測(cè)病人生理訊號(hào)。醫(yī)生可以通過系統(tǒng)菜單查詢?nèi)朐盒畔ⅰＲ孕碾姴ㄐ螢槔?，通過菜單選擇項(xiàng)里的人力資源，約6秒左右波形就可以在手機(jī)屏幕顯示，屏幕的底部顯示波形的基本信息，包括病人身份、波形名字、床邊監(jiān)測(cè)時(shí)間和病人的心臟率等。

4.2 列表數(shù)據(jù)趨勢(shì)監(jiān)測(cè)及病人信息檢查

列表數(shù)據(jù)趨勢(shì)監(jiān)測(cè)能讓醫(yī)生復(fù)查過去4 天患者的數(shù)據(jù)。顯示的數(shù)據(jù)包括心電、血壓血氧飽和度等參數(shù)。醫(yī)生可以選擇任意時(shí)間點(diǎn)，采集每10 分鐘的參數(shù)變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)。此功能幫助醫(yī)生分析數(shù)據(jù)并做出正確診斷。病人信息查詢功能顯示病人的基本信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一些參數(shù)初始值的監(jiān)測(cè)。

4.3 系統(tǒng)性能測(cè)試

我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了一些測(cè)試，其中一個(gè)最重要的測(cè)試就是時(shí)間延遲問題。不同的移動(dòng)電話產(chǎn)生的時(shí)間延遲不同，以三星GALAXY Note II 為例:(1)實(shí)時(shí)監(jiān)視波形的延遲時(shí)間約20 秒;(2)用于從開始申請(qǐng)的平均總時(shí)間為17.3 秒;(3)在接收實(shí)時(shí)波形的平均時(shí)間是4.7 秒;(4)平均接收列表的趨勢(shì)數(shù)據(jù)的時(shí)間是8.1 秒;(5)接收病人信息的平均時(shí)間是4.6 秒;(6)平均傳輸速率大約是512kbps。這意味著，它能足夠快速的提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)［8］。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)已達(dá)到了要求，取得了一定的效果。使用本系統(tǒng)，醫(yī)生能夠監(jiān)控患者的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、列表趨勢(shì)數(shù)據(jù)和病人檢查信息?？梢匝杆俸蜏?zhǔn)確地幫助醫(yī)生診斷病情。但是還有一些問題需要解決，如當(dāng)移動(dòng)電話不在服務(wù)區(qū)或其它未知原因無(wú)法連接到基站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)波形數(shù)據(jù)將會(huì)非?；靵y。另外，應(yīng)用服務(wù)啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。因此，遠(yuǎn)程病人監(jiān)控系統(tǒng)采用更加先進(jìn)智能手機(jī)，基于更先進(jìn)的操作系統(tǒng)，以上問題便可以得到解決。

移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療是醫(yī)療領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向，它將使患者與醫(yī)生更加緊密的交流［9］。無(wú)線通訊更大的帶寬和更高的速度將為移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療提供更加寬廣的平臺(tái)［10］。

［1］曹 彥，龍 夏，劉 原.基于zig-Bee 的集散多參數(shù)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2010(1):61－66.

［2］顧亮亮，黃林鵬.基于代理的OSGi服務(wù)平臺(tái)的容錯(cuò)擴(kuò)展［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展

2012，22(12 ):29－32.

［3］韓麗娟，馬清龍.日本3G 業(yè)務(wù)發(fā)展的營(yíng)銷啟示［J］.中國(guó)新通信，2013(2):27－29.

［4］陳 航，白 鐵，呂 冰，等.基于Web 服務(wù)的門診醫(yī)生協(xié)同工作系統(tǒng)研究［J］.中國(guó)衛(wèi)生質(zhì)量管理，2012，19(04):6－9.

［5］陳 波.準(zhǔn)周期生理信號(hào)的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法研究［D］.安徽:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011.

［6］JIA NING.Detecting human falls with a 3－axis digital aceelerome－ter［J］.Analog Dialogue，2009，43(7):1－7.

［7］史森中，黃 昊，姬曉波.平板電腦結(jié)合3G 技術(shù)在醫(yī)院診療及管理中的應(yīng)用探析［J］.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)，2011，39(1):15－18.

［8］李 昕，王秀清，宋佳霖，等.心電信號(hào)預(yù)處理方法研究與評(píng)價(jià)［J］.測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，2008，22(1):31－37.

［9］曹茂誠(chéng)，陳 旭，何及夫，等.服務(wù)器虛擬化技術(shù)在構(gòu)建數(shù)字化醫(yī)院中的應(yīng)用［J］.中國(guó)衛(wèi)生質(zhì)量管理，2012，19(5):79－81.

［10］蘇 毅.移動(dòng)多媒體推送業(yè)務(wù)終端功能研究［D］.北京:北京郵電大學(xué)，2009.