基于“互联网 +”的生理参数远程采集管理系统

引 言

近年来，人们越来越重视健康问题，随着互联网与传统行业的深度结合，“互联网 +”备受关注，将传统医疗和互联网进行有机结合是未来医疗的重要发展方向 [1]。医院的工作人员每天对患者进行查房时都会对其血压、心率等生理参数进行测量并记录，过程繁琐，且单次记录无法形成一个长期的走势折线图，不仅不便于医生对患者的身体状况进行分析， 而且对历史数据的查找也存在较大困难。

目前现有的健康管理系统虽然已经取得了一定的进展， 但仍存在一些弊端 ：

(1) 系统操作复杂，需要对管理系统的使用人员进行专业培训，学习相关设备的使用方法 ；

(2) 管理系统的硬件设备体积庞大，不便于移动 ；

(3) 不能够及时将患者的信息传达给医生，实时性较差。

与现有的健康管理系统相比，基于“互联网 +”的生理参数远程采集管理系统所涉及的服务器端人机交互界面和患者手机软件操作步骤简单，所需设备组成较少且成本低，可以实现对病患生理参数数据的远程采集和存储功能，对病患进行全天候的实时监测。所开发的管理系统不仅降低了医疗数据手动输入的差错率，减轻了医护人员的工作量，而且医生也可以通过观察由患者近期数据绘制的折线图为患者提供更加有针对性的治疗方案 [2]。

1 系统组成

基于“互联网 + 健康”的生理参数远程采集管理系统包括 6 个袖带式血压计、6 个内嵌有健康监测软件的安卓手机、6 个网络摄像头、1 个路由器、1个 POE交换机和服务器端人机交互界面。通过路由器搭建局域网，护士站电脑与安卓手机间的数据传输在局域网下进行，网络摄像头通过 POE 交换机实现供电和数据传输，安卓手机与袖带式血压计通过蓝牙通信。系统总体框图如图 1 所示。

2 系统的工作原理

2.1 基于 TCP/IP协议的网络通信原理

TCP/IP 协议是一种网络通信协议，可靠性较高。通过TCP/IP 协议进行 Socket 通信需要先在通信两端各建立一个Socket，其中一端作为服务器端进行监听，另一端作为客户端对服务器端优先发出连接请求，连接成功后便可在虚拟链路中完成数据传输 [3]。IP 协议的作用是进行数据传输，而TCP 协议能够保证数据传输的无差错，客户端通过连接服务器端的 IP 地址和指定端口号完成与服务器的连接，向 Socket 中写入和读取数据完成通信过程 [4]。

2.2 血压测量原理

本文采用的袖带式血压计通过示波法实现高压、低压和心率等生理参数的测量。将袖带绑在使用者的前臂，检测由使用者心脏跳动而输送出的血液压力和袖带作用造成的压力共同产生的脉搏波的幅值变化，即为血压，脉搏波的频率即为心率 [5]。如图 2 所示，当脉搏波处于第一个拐点时，对应收缩压的数值，脉搏波包络线峰值后的第一个拐点对应舒张压的数值，收缩压和舒张压通常对应高压和低压 [6-7]。

2.3 系统硬件电路

血压计的系统硬件主要由蓝牙模块、血压计模块、单片机最小系统组成。压力传感器将采集到的压力信号转化为电信号，经 A/D 转换为数字信号，数字信号经血压计模块的单片机处理后输出高压、低压、心率，获得的生理信息数据经蓝牙模块与外部设备通信，由总开关对系统的工作状态进行控制 [8]。系统硬件电路如图 3 所示。

3 系统软件设计

系统的软件设计分为安卓端手机软件部分和服务器端人机交互界面部分，在进行数据通信时要求安卓手机和服务器端处于同一局域网下。

3.1 安卓端手机软件设计

安卓手机软件在 Android Studio 平台下用 Java 语言开发。实际使用时，用户打开安卓手机软件，首先判断用户是否为首次登录，如果是首次登录的用户，需进行初始化信息的录入，依次填写用户姓名、亲情号 1、亲情号 2、服务器的 IP地址和本机手机号码 [9]。点击“登录”按钮后，选择弹出界面中的蓝牙设备并连接，同时安卓手机自动与服务器端连接，之后进行血压测量并完成数据上传 ；如果是非首次登录的用户，打开手机软件后可直接进入主界面，手机端自动连接预设地址的服务器端，蓝牙自动连接上次已成功连接的蓝牙设备，等待测量 [10]。手机软件流程如图 4 所示。

3.2 人机交互界面设计

文中所采用的人机交互界面系统结构如图 5 所示，在Visual Studio 平台上通过 C# 语言编写。打开人机交互界面后需要进行新用户注册，已注册的用户可通过账号、密码登录进入主界面，在主界面上可以查看患者信息、历史测量信 息，还可通过摄像头对患者进行实时监控与远程测量。此外， 主界面还具有菜单、监控、系统设置和帮助功能。菜单功能 便于退出系统、对用户信息进行查询、对用户档案进行管理 ； 监控功能能够调取更加详细的监控画面并同时显示患者相关 信息 ；系统设置可以添加新的患者信息并对监控参数进行设置；帮助功能可以更详细地介绍有关本系统的使用 [11-12]。

4 系统实际运行效果

打开人机交互界面后，在用户登录界面输入用户名和密码即可进入主界面，图 6 所示为人机交互界面。

图 6 人机交互界面

进入主界面后可通过监控摄像头查看被监测的画面，通过资料卡片获取患者的信息以及近期测量信息，右侧的直方图和折线图更加清晰地展示了患者近期测量值的变化趋势， 方便医生对此给出更具有针对性的建议。此时服务器端处于监听状态，患者可随时上传测量信息。主界面如图 7 所示。

图 7 主界面

手机端软件的登录界面如图 8 所示。首次登录需要依次输入患者姓名、本机手机号、医生亲情号、亲属亲情号和服务器端 IP 地址等信息，非首次登录则直接进入主界面，无需重复输入。首次登录需要进行手机与血压计的蓝牙配对，非首次登录手机将自动搜索并连接上次成功连接的蓝牙设备。

手机端软件测量显示界面如图 9 所示。用户可自行启动血压计进行测量，医生也可以通过摄像头对患者进行远程监视并远程启动血压计测量，待测量完成后，患者手机软件主界面与电脑端软件均会显示患者测量信息。患者的测量信息将以短信形式自动发送至医生和亲属。

5 结 语

患者每次测量后得到的生理信息数据可以实时、自动传输至服务器端存储，减轻了医院工作人员手动录入患者数据的工作量，同时也降低了数据录入的差错率。

医生可以在服务站对患者状态进行监控与远程测量，实时得到患者的血压、心率等数据，实现对患者的全天候监护。

医生可以直接在服务站读取患者的近期生理信息数据，也可通过人机交互界面绘制出折线图以直观了解患者近期的身体状况变化趋势，及时提出合理建议。

患者测量数据可通过短信方式实时发送至医生和患者亲属，便于医生和亲属了解患者的身体状况。

实验证明，本系统具有可行性，可被应用在医疗系统中来减轻医疗人员的工作负担，促进物联网在医疗领域的发展。