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一个以家庭为基础的健康信息采集系统

Yan Yan^1,2, Qi Li^1,2, Heping Li³, Xuejun Zhang³ and Lei Wang^1,2*

摘要：随着健康意识和人口老龄化的发展，医保需求与日俱增。同时，近年来在移动计算技术的快速发展使得能够在移动设备上进行远程医疗应用操作。技术和需求加速了不同类型的老年保健和医疗的家庭设备的发展。我们的重点是设计一个家庭医疗保健的信息系统，和一个能够采集综合心电图（ECG）、血氧、血压和体温的一种新的家庭采集终端。一种基于机顶盒的方法被操作者采用，生理数据可以通过相应的探测器获得。参数被机顶盒的收集和传输，并被数据服务器接收然后发送给医院的医务人员或医疗中心，专业的医疗建议或临床诊断将被提供。同时，采集的参数和反馈临床建议是存储在服务器上的，可以通过远程客户端如移动智能手机用户访问。该系统涉及多个生理参数而导致巨大的潜在普遍性，并在终端侧的机顶盒和IPTV的屏幕共享方案而带来易用性。进一步的进展投入在产品升级上因为IPTV屏幕共享已被使用，可能改善家庭需求。这个获取工具取得了中国国家食品药品监督管理局的认证。整个系统建立具有商业价值并且这些获得的数据在疾病筛查和公共卫生研究上具有很大的用处。

关键词： 远程医疗；以家庭为基础的医疗保健；信息系统；机顶盒

背景

大多数发达国家都面临着医疗卫生服务的重要的综合性问题：日益增加的老年慢性疾病，可访问性和效率需求等^[1]。这些挑战使家庭医疗保健转化为医保最快增长最快的地区之一^[2]。远程医疗方法被广泛应用在家庭医疗场景和应用程序，其正式定义为医疗信息的交换，通过电子通讯从一个地方到另一个地方来改善病人的临床状况，它包括越来越多的各种各样的应用和服务，利用双向视频、电子邮件、智能手机、无线通讯工具等技术[3]。这些技术保证病人和医护人员之间的沟通与便利性和保真度，以及医疗成像和医疗信息传输数据从一个站点到另一个的传输。利用远程医疗有助于消除距离的障碍，可以提高获得医疗及保健服务，使得基于家庭的医疗保健和慢性病监测成为可能[4-7]。早期的远程医疗通过电话的形式被用于决策和后续对于一些烧伤患者[8]和癌症患者的治疗[9]。随着Internet和Web技术的发展，网络技术应用于慢性病如糖尿病患者[10]和艾滋病毒/艾滋病患者。移动和无线技术使移动医疗系统[11,12]，不只是在家护理也在一些移动的情况下，如车辆[13]。电话或无线电已添加的视频电话，先进的诊断方法采用分布式客户端/服务器应用程序的支持，并与远程设备一起支持家庭护理[14]。

随着通信技术和计算机科学的发展，现代远程医疗和电子健康趋势是多场景的医疗应用和多用户数据的共享。利用数据共享机制，使得远程医疗和临床治疗中，系统支持多用户数据访问，其具有重要的科学意义并且对在家的老人和儿童给予关注。已发表的文献中关于远程医疗在慢性病管理包括糖尿病患者[15]、外伤和烧伤 [16]，心脏病[17]，中风[18]皮肤病[19]和高血压[20]。除此之外，健康监测中的应用是特别为家庭健康护理越来越受欢迎[21-24]。现代医学是依赖于患者的早期诊断和病情监测和疾病干预措施，在老年护理和身体检查具有非常重要的意义。

远程监控使用的新的医学模式来得到类似的服务与低得多成本和更高的便利。对于一般的健康检查，传统的方式可以在医院或康复中心的出现，但不可以在某些情况下出现，如农村和医疗条件有限的地方。尤其是对于一些慢性病，维持医疗会给患者带来沉重的经济负担。居家医疗设备将显著地降低成本和居住环境。例如，对于心血管疾病（CVD），心脏病患者监控系统起着至关重要的作用，通过提供明确的检测和监测频率，以帮助检测与监控，具有有效的协议的远程医疗系统可以帮助心脏病人从医院护理家庭护理的过渡，并且改进后续的护理和降低住院费用。另一方面，世界变得高度移动和医疗设施超负荷运转，近年来，远程访问更新的医疗信息的移动设备已经采用来减少误差，改进工作流程和提高数据安全性 [25]。广泛使用的智能终端，如PDA设备带概率的移动诊断更谈不上移动的关注。通过无线通信网络，获取已搜集数据和遥感信息分析中心对结果分析，已被一些医院或康复中心所采纳，相应的护士或医生可以为用户提供专业的分析和诊断。

目前，很多家庭医疗监测设备已被市场上不同的厂商生产。所述的无线家庭生理监测系统 [26],是基于多次反射继电器通信，其采用移动医疗设备来对心电进行采集，它可以广泛和连续监测患者的心电图、在家里的任何时间、任何地点，没有空间限制。传感椅子的开发是为了在远程医疗信息系统的数据采集终端的一种新的[27]。RFID技术已经在对老年人的家庭医疗保健中被采用[28,29]。在已发表的文献的系统中存在的几点不足：第一是获得生理参数是有限的，因为一些系统被设计成为一个或两个特殊的用途，但仍缺乏对家庭的综合性医疗保健；其次是数据采集设备的可用性很弱，尤其是对在欠发达地区的老年人操作是极其复杂的。

方法amp;设计

一个医疗终端、远程客户服务终端、数据中心、医疗保健服务提供商终端。一个以家庭为基础的数据采集平台的实现和客户端功能带来了整个系统的数据共享。在这一部分中，首先对整个系统的结构和工作流程进行了描述；然后家用生理参数采集终端和家居子系统进行了介绍，最后对远程客户端和数据中心进行了解释。

系统结构

作为整个系统的结构和工作流程图1，系统的工作过程包括三个阶段，包括四个主要组成部分或子系统。

在本体的信息获取阶段，生理参数和用户信息被家庭子系统获得，其作为系统收集的主要数据源。参与用户的私人信息的可以设置，同时一个用户项目将被建立在数据中心的服务器上，每次采集到的生理参数将被存储在所选的用户上，并且生成相应的用户参数的历史记录。除了生理参数和用户信息，还有视频电话或语音电话收集拿起口头信息。对于健康状况或疾病状态将被收集全面的信息。毫无疑问，信息被封装成数据传输协议，为进一步利用和分析来建立数据共享机制的服务中心。

Figure 1 The entire information system.

The system has been divided into three stages base on the working scenarios: the ontology information acquirement stage; the nursing amp; managing stage and the data sharing stage.

在护理amp;管理的阶段前，获得患者/用户配置文件共享的服务中心，相应的医生或护士有权检查资料及档案。初步诊断结果或医疗建议将由护理人员给予。一旦相应的诊断或判断结果信息被提供，将被添加到服务器上的用户配置文件。标准的保健用户和慢性病患者之间的差别，慢性病人会分配一个更专业的医生，因为需要更强大的背景知识。

第三阶段为数据共享和远程访问，它包括两个部分：一是家庭成员的用户；一个是研究者或决策者。对于用户的相关者的相关资料和诊断或医疗结果将通过一个给定的帐户服务服务器提供。对于感兴趣的科学家来说，这些数据将会提供研究的目的，相关的统计信息也具有研究价值。

家庭采集终端

局域网一直被用来建立家庭健康的采集系统护理，它很简单又方便的安装启用。然而，该系统的目标是中老年人和慢性病的高发群体。对于在发展中国家和落后地区的现状，，随着机顶盒技术普及为数字电视的普及一个遥控器的操作和IPTV集成系统可能更适用于老年人。作为家用采集终端是该系统重要的组成部分，在这个部分，该子系统将有三部分组成：首先在家庭系统的方案和工作流程会介绍，其次对终端仪器的硬件配置进行呈现，最后，对机顶盒软件进行说明。

家用子系统和场景

如图2所示，在家庭系统的应用场景，包括用户、机顶盒、电视屏幕和其周边配件采集装置。

该采集终端利用一起的周边配件采集生理参数。机顶盒和电视屏幕完成用户命令的接收和数据信息显示。用户作为一个事件的起动器。当用户尝试使用该系统获得身体检查的生理参数时，遥控器或PDA支持设备控制的应用程序可用于选择采集相应的选项，如血压和心电图可在相应的探头或传感器获得妥善固定。终端设备开始启动采集过程后收到的命令。收集的数据将发送到单片机，采集程序完成后进一步处理。将处理后的信息通过一个机顶盒，获得的数据从设备通过蓝牙传输，然后在电视上显示。根据用户的选择，机顶盒可能将相关的信息传递到数据中心（也被称为自动数据处理服务中心）为进一步诊断或分析。反馈诊断或护理结果将过一定的时间通过机顶盒显示在电视上。

硬件配置

家用的终端设备的硬件结构如图2 该仪表系统的硬件包括前端电路、蓝牙模块、存储模块、显示模块和其他模块。这些模块完成数据采集、数据通信、数据传输、数据存储、信息显示和其他必要的功能，如按钮控制模块和电源模块。下一个重要的部分将被进一步描述，其它部分会被忽略，因为他们是常识。

1. 微程序控制单元：

单片机作为硬件系统的核心，以数据采集、数据封装和数据转换的实现。著名的基于MCU的ARM采用因为它低功耗而且易于开发。

1. 数据采集模块：

提出的生理信息，包括血压、心电图、体温和血液中的氧，使本模块包括四个功能部件和接口，体温探头、血氧探头、血压计、心电图导联系统。在心电信号采集系统、一个七导联系统被提出考虑他的可用性和便利性。

1. 数据通信模块：

数据通信功能是该系统的重要组成部分。蓝牙通信协议进行数据传输和通信，是一种短距离和实时通信应用。蓝牙连接模块，用于机顶盒和终端之间的数据传输。蓝牙2.1协议在通信模块得到实现。

Figure 2 The in-home subsystem.

The physiological information were acquired by the terminal instrument and transmitted to the data server for analysis after which the results would be displayed to the users.

4．存储模块：

为进一步开发和数据备份，设备支持存储功能。微型SD卡存储模块中采用因为它的方便性和普遍性。

5．其他模块：

除了这些主要部件、电源管理模块、按键控制模块、OLED显示模块的电源管理，控制按钮和OLED显示。

机顶盒软件

机顶盒（STB）或机顶单元（STU）是一个信息家电设备，通常包括一个调谐器连接到电视机和信号的外部源，将源信号的内容转变为在一个可以显示在电视屏幕或其他显示设备的形式。信号源可以是以太网电缆，卫星天线，同轴电缆，电话线，电力线宽带，甚至普通的VHF或UHF天线，而内容可能包括视频、音频、互联网网页、互动视频游戏，或其他的可能的形式。系统中的蓝牙通信模块、以太网电缆，电话线和有线电视等的功能支持正常的电视频道选择，同时，视频，音频，网络内容包括在交互系统。

机顶盒是家庭系统的一个重要组成部分。如表1首所示，首先机顶盒从远程控制单元接收用户命令，然后发送控制命令到设备，设备启动相应的捕捉动作。其次，机顶盒通过蓝牙连接接收处理的数据，然后试图将数据以直观的形式呈献给用户。然后，一些用户命令的数据上传到相关的自动数据处理服务中心，所以机顶盒也需要完善的上传功能并进一步获取诊断信息。该程序是一个Windows XP操作系统下的实现。

Table 1 Main function of the set-top box

电视上的用户界面包括9部分，如图3所示，一些功能被列在表1中为了用户操作和机顶盒注册模块。

1. 信息采集：

该模块包括参数获取的人机交互，是由终端设备控制命令的发送和接收的数据显示，各参数的采集任务的设计与特殊的子界面和弹出窗口。

2．家庭医疗保健：

诊断或医疗建议在获得生理参数的用户提供的反馈。

3．医院服务：

该模块为用户提供医院信息，基本信

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