周光清 张继瑜 梁妃学 邓亲恺 郭劲松
【摘要】本文描述了一种用于院外健康管理服务的生理参数远程诊断和健康管理服务系统的设计思路，以及根据这个思路设计的初步的系统。生理参数的检测由自主设计的生理参数远程诊断仪完成，该仪器以单片机为核心，针对院外使用环境而特别设计，可检测心电、心率、血压、血氧、体温；检测结果通过蓝牙传送到本地个人终端显示（运行ANDROID系统的手机或平板电脑），并可远程传送到网络数据库；用户和医生可随时通过健康管理服务网站调阅网络数据库中的数据，医生可查看用户的各种数据，并给出医嘱，用户可看到自己的检测结果和医嘱，而管理者能对医生和用户信息进行管理，包括增删、权限限制等。
【关键词】生理参数 健康管理 远程诊断
doi:10.3969/j.issn.1671-332X.2014.07.057
健康管理是指一种对个人或人群的健康危险因素进行全面管理的过程。新的健康管理的理念，就是要在日常生活中经常检测人体各项健康信息，及时调节生活习惯和状态，达到变被动的疾病治疗为主动的疾病预防的目的，以节约医疗费用支出、维护健康。但长期以来，因为没有时间、医院人满为患、价格上涨等原因，大部分人并不经常去医院检查，因此造成的后果就是全社会只有10%的人群（去医院的人）享受到了社会的医疗资源，而其它90%的人群没能享受到医疗服务，很多时候人们往往是疾病已经很严重才被发现，失去了早期、有效治疗的机会，一方面造成自身生命健康和财力的损失，另一方面也增加了全社会的医疗负担。
因此，健康管理必须走出院外，走进家庭和社区。以医院为中心的模式必然会回归到以预防为主、以社区医疗（含1家庭和个人）为中心的模式上来［1-6］，从而真正实现世界卫生组织提出的“21世纪人人享有保健”的动议。最近党中央、国务院《关于深化医药卫生体制改革的意见》（2009年4月6日发布）中指出：加快医疗卫生信息系统建设，构建乡村和社区卫生信息网络平台，积极发展面向农村及边远地区的远程医疗，这也要求我们加强构建面向乡村、社区、家庭的远程健康管理系统，将有限的医疗资源尽可能地发挥。
本文即是针对这一需求，设计了院外（社区、家庭）多生理参数诊断和健康服务系统。自主设计的远程生理参数诊断仪，可在社区和家庭中检测用户的心电、心率、血压、血氧、体温等生理参数，实时显示结果并自动上传到网络数据库保存；医生则可登陆网站查看自己管理的用户的健康数据，给出改进意见和建议；用户则可看到自己的检查结果和医生留言。
1系统设计与实现
1.1远程生理参数诊断仪的设计
院外健康管理服务系统的建立，首先依赖于院外医疗数据的获得。由于常规医院用检测仪器（如各种多参数监护仪）大多体积和重量较大、使用复杂不便，不适合用于社区和家庭。本系统采用了自行设计的远程生理参数诊断仪来完成这一功能。该仪器应能在院外（社区和家庭）检测人体的各项生理参数，同时具备显示、记录和远程传输的功能，一方面需要与常规医院用检测仪器一样，能准确检测各项数据，另一方面也要考虑社区和家庭使用的特点。
在现阶段检测条件下，我们选择了心电、心率、血压、血氧、体温五种常规生理参数作为检测的对象，仪器的核心采用了体积小、低功耗的单片机MSP430F1612。心电和心率检测采用三导联心电电极设计，四个导联线分别连接四个肢体电极，进入心电检测电路后，由单片机控制的导联转换电路选择检测的信号，经过初级放大、带通滤波、工频陷波、后级放大等电路处理后，由MSP430单片机的模数转换单元转换为12位的数字信号。同时心电信号经过心率检测电路转换为与R波同步的脉冲信号，连接到单片机，由单片机的计时器计算R波间隔时间，并转换为心率；血压检测采用基于示波法的无创检测方法，仪器内置血压气泵和气阀，气路连接到外部袖带。单片机控制气泵给袖带充气，同时通过压力传感器检测袖带内的气压，经过放大后由MSP430单片机进行模数转换并计算处理，根据袖带内的气压变化过程计算出收缩压和舒张压；血氧检测采用一般指套式血氧传感器，单片机驱动发光控制电路，使得血氧传感器内部的红光和红外光发光管轮流发光，透过指头后的剩余光强由光敏管检测，光强信号经过放大、滤波等处理后，由MSP430单片机进行模数转换并计算处理，得出血氧含量数据；体温检测则采用常规热敏电阻式体温传感器，体温变化转换为电阻值的变化，经过电路转换为电压的变化，由单片机读入并转化为体温数据。
基于方便使用的目的，该仪器的传感导联线采用了一体化设计。心电、血氧、体温传感和导联线经过一个开模制作的一体化导联线，成为一个接口进入远程生理参数检测仪内，减少了线的数量，消除了多根导联线带来的混乱和使用上的不方便。
仪器内部还集成了蓝牙传输模块，各项生理参数检测完成后，单片机能存储这些结果，并将他们转换为固定格式［7］的数据帧，通过单片机的串口发送至蓝牙模块，上传到具有蓝牙接收功能的个人终端。图1为集成了各生理参数检测和上传功能的远程生理参数诊断仪及配套传感器。
1.2个人终端的设计
一般检测仪器的设计，都需要有输入、输出部分，仪器需要键盘、触摸屏等输入元件来操作，也需要显示屏、声响、灯光等输出元件来显示结果，但这样无形中也加大了设计难度，也增加了仪器成本。
近年来，以手机、平板电脑为代表的嵌入式设备快速发展［8］，处理器、显示技术、触摸输入等技术都得到长足的进步，有完整的电池供电、充电管理能力，大部分内置了蓝牙等短程无线传输模块，可与外界交换数据，而且采用的操作系统也是开放式的，可以开发自己的程序。这就为仪器设计带来了新的思路，我们可以将检测仪器设计为不带输入、输出部分，只有蓝牙等无线传输模块，通过无线传输模块接受指令，发送结果；而所有的控制和结果显示功能都由运行在嵌入式设备上的程序完成。这样做的好处，一方面是降低了成本，检测仪器不需要再加入价值不菲的现实皮和其他按键、灯光、声响等原件，控制和显示结果用的嵌入式设备可以使用已有的智能手机；即使需要使用新购入的大屏幕平板电脑等，这些设备也可以作为家庭娱乐设备使用，增加了性价比。另一方面，减少检测仪器的输入输出元件也简化了检测仪器的设计，不用再考虑其电路设计、程序驱动和内部结构问题。这样的设计方案还有一个显著的优点，就是可以利用嵌入式设备成熟的远程传输功能（通过WIFI或3G等）来传输数据，程序可以很方便地调用函数将通过蓝牙接收的数据发送到远程网络数据库。
在具体的设计上，本系统采用了运行ANDROID系统的嵌入式设备，在ECLIPSE开发环境下，使用JAVA语言编写了设备程序，ANDROID操作系统的版本为4.1。其主要功能是控制各生理参数检测的开始、中断、结束，接收各项数据并显示。心电和心率测量时，可显示当前导联数、心电波形、心率数据；血压测量时可显示脉搏波和最后的收缩压、舒张压；血氧测量时也可显示脉搏波和血氧值；体温测量时，会显示体温上升的过程和检测完成还需要的时间。各项数据测量完毕后，点击菜单中的上传按钮，可以将检测数据通过WIFI和3G等联网方式上传到网络数据库保存。如果传送失败，数据不会丢失，可以重新传输。
在ANDROID程序的设计中，特别加入了一个用户登录的过程，每个测试者在进行检测前，必须先用自己的用户名登录，才可进入系统进行检测。这种设计是考虑到在社区和家庭中，不可能每人一台检测仪，而应该是一台检测仪可供多人使用。在这种情况下，就要求不同的用户有不同的用户名，各自的检查结果才不会混淆。个人终端的程序相应地有一个用户注册、管理功能，每一名用户必须先在本机注册，才能进行检测。
在仪器的的操作方式上，也应充分考虑社区和家庭的特点，操作者一般为非专业人士，很多甚至对电脑、手机等数码设备都不太熟悉。针对这一情况，本系统的个人终端程序尽量简化操作方式，设计为触摸式，只需要2个按键（确认、退出各一）即可完成全部操作，每按一次按键后，会有详细的专门定制的动画和语音提示下一步该做什么，怎么做。一个从未接触过本仪器，也不熟悉数码设备操作的用户，通过简单的学习，很快就可熟练掌握本仪器和个人终端的操作。图2为在手机上检测血氧的显示图。
除了上述重要生理参数外，个人终端还在程序中允许直接输入一些重要的个人健康信息，如体重秤测得的体重值、血糖仪测得的血糖值等，这些数据也将和检测得到的生理参数一起，上传到网络数据库，以便对健康状况有更完整的判断。
1.3网络数据库和健康管理服务网站的设计
个人终端获得了个人的各项数据，需要有网络数据库保存，而医生在需要时应该能调出用户的数据查看并评估，这两个功能分别由网络数据库和健康服务管理网站完成。
网络数据库应能接收个人终端上传的各种数据并保存，同时应能完成健康管理服务机构、用户的认证、收费，实现数据通讯、存储、转发、检索、查询、用户管理等功能。同时应有完善的数据库安全系统和备份机制，以保护数据的安全。
而健康管理服务网站是为整个系统的运行而搭建的人机交互环境与操作界面，与网络数据库结合，可为管理者（健康管理服务机构）、医生、用户三类人服务，实现以下功能：①管理者（健康管理服务机构）通过该界面可以对医生和用户进行管理，包括增删、设定医生服务对象，记录医生服务工作量，设定用户服务等级等。②医生通过该界面可以方便地了解被服务人群（用户）的日常诊断的生理病理信息，相关生理参数的趋势图表分析，计算机辅助诊断信息，病案信息等；并通过该终端系统与被服务对象完成信息沟通，提供医学咨询和指导。③用户通过该界面则可以了解自己的检测结果，得到服务医生的健康指导。
在本文所述的系统中，我们采用Apache作为Web服务器，MySQL作为数据库，PHP服务器端脚本解释器来设计健康管理用网络服务器和服务网站。由于这 3 个软件均为自由软件，同时，Apache、PHP和MySQL 的组合还可以跨平台运行，因此，这3个软件是架构数据库驱动的动态网站的最佳组合［9］。构建的健康管理用网络服务器和服务网站，网络服务器能接收个人终端通过各种方式（GPRS、3G、WIFI）传来的数据，并按不同的用户保存。而医生可以登录健康服务管理网站，调取、查看用户的各种数据，并给出医嘱，用户登录后可看到自己的检测结果和医嘱，而管理者能对医生和用户信息进行管理，包括增删、权限限制等。图3为登录网站后调取的检查记录、心率趋势、心电显示图。
1.4系统整体结构
综上所述，本系统的结构图如图4所示，位于家庭或社区的远程生理参数检测仪，在个人终端的控制下，可检测用户的各项生理参数，并传到个人终端上显示；而个人终端打包这些数据和直接输入的健康信息，通过联网上传到网络数据库保存；医生可随时登录健康管理服务网站查看用户信息，留下建议；用户也可随时登录健康管理服务网站查看自己的检查结果和医生的留言。
2结果与讨论
本论文设计的系统，以运行Android系统的手机或平板电脑为个人终端，成功实现了通过远程生理参数诊断仪检测人体基本生理参数（心电、心率、血压、血氧、体温），并上传到网络数据库。健康管理服务网站则能准确及时调取网络数据库中的数据，并按要求以固定格式显示。在测试中，生理参数的检测经与标准定标仪器对比，结果准确；个人终端上传到网络数据库和健康管理服务网站调用网络数据库数据无误，显示正确。整个系统基本实现了设计目标。
本文所实现的系统，还只是一个实验性质的系统。远程生理参数诊断仪仍需要连接较多的传感器，家庭用户使用上仍不够方便，将来可考虑将各参数的测量设计为单独的仪器，或采用可穿戴式传感器，使得仪器尽可能小，重量轻，使用方便。网络数据库和健康管理服务网站是自行设计的独立系统，容量、功能有限，未来应考虑与医院的整个管理、信息系统融合，成为医院医疗服务系统的一部分，用户（病人）的加入、分级、收费管理，医生的进入、权限、与用户的沟通方式等等，都需要通盘考虑，统一设计。
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