智能医疗数据管理系统使用的纳米传感器

文摘

我们开发了一个智能医疗数据管理系统的设计使用的纳米传感器(IHDMS)和由移动设备的应用程序。拟议中的IHDMS将协调病人的医疗数据的纳米传感器转换成一个世界性的消费标准HL7 (Health Level 7)医疗数据的转换。这种转换数据分派到服务器的系统。设备的电池寿命是可行的增加,内存使用量小于100 KB,它是所有数据采用稀少的资源。此外,该系统减少了等待时间的移调数据,和安全通道被用于医疗保健中心的服务器运行HL7格式的数据。

1。介绍

与加速发展中技术、智能医疗系统也朝着新方法和模型基于纳米传感器的医疗保健,智能手机,智能手表,等等。目前,纳米技术是一个令人难以置信的研究在许多领域扮演着重要的角色,如电子、电信、农业、食品、材料、能量存储、生物技术、医学和医疗保健系统。

智能医疗数据管理系统允许病人或病人使用医疗服务,如诊断服务、应急管理服务和监控服务无论和任何地方。智能医疗数据管理系统(IHDMS)与纳米传感器包含三个组件。医疗数据管理系统使用的纳米传感器的示意图如图1。

组件1包括病人穿的可穿戴的纳米传感器。每个纳米传感器可以识别、表示和处理一个或多个生理信号,即心率监测心电图(ECG)的纳米传感器,观察脑电活动的脑电图(EEG)纳米传感器,肌肉活动监视的肌电图(EMG)纳米传感器,血压记录血压纳米传感器,树干倾斜纳米传感器位置监测,等等。

组件2涉及单个应用程序,执行智能手机。这个应用程序是一个相当大的承诺负责。它极大地执行一个接口的无线医疗传感器、组装病人或病人的健康信息和转移到医疗保健服务器。身体WBAN(无线区域网络)包含网络配置和管理。

配置的WBAN网络是由一个应用程序。It服务分享渠道,同步时间,以及检索、流程和数据传输。基于信息从多个医疗传感器,应用程序应确定病人的健康状态和提供反馈通过用户友好的和直观的图形。因此,如果一个通信信道医疗服务器可用,医疗应用提出了一个安全的链接服务器和发送报告,可以联合成HL7格式的病人的医疗记录。然而,如果一个移动设备和医学之间的联系服务器不可用,应用程序在本地存储数据和启动数据上传,每当一个链接。

组件3由医学服务器(s)或医疗服务器,通过互联网访问。此外,该组件可以接受其他服务器,如非正式的护理人员,商业医疗服务提供者,甚至紧急服务器。一般医学服务器组成的服务建立通信通道病人的应用程序。它组装来自病人的数据应用程序和统一数据到病人的医疗记录。服务可以津贴警告,如果报告似乎显化一个异常条件。

众多研究已在智能医疗系统研究和应用的纳米技术。此外,遗传算法已经任务分配的关键球员。Savićet al。1)提出了一种遗传算法的方法来解决任务分配问题。李和胫骨(2)开发了一种最小化任务分配问题的执行和沟通的成本。梅等。3)提出了一个任务分配框架来支持动态重新配置物理加工,通过再分配的任务。这个框架由一个协调器和一组主持人。任务分配问题研究了在任意处理器网络(4]。帕瓦尔et al。5)提出了一个方法在基于遗传算法的最优任务分配处理。Bachouch et al。6)由医疗任务分配优化模型。

胡,虽然玛卡里斯库(7)和Alsalih et al。8)通道的方向在网络处理器开发模型。奥托et al。9]研究关于“个人服务器”在他们的研究工作。削减et al。10)发表在回顾国内远程控制慢性疾病。

康等。11)分类基于EEG信号压力状态。Sun-Jin [12)设计了一个智能应用程序,可以准确地诊断和处理当地环境的当前状态,远程对象,和人。同时,金等。13)开发的移动医疗应用基于舌诊。

Kumar et al。14)提出了一个通用实时医疗监测系统体系结构,总结了需要挑战,WBANs和无线电技术,因为它是实现低功率和低延迟的关键因素。Hanen et al。15)提出了一个移动医疗web服务系统,实现医疗云使用Android操作系统的多重代理系统。哈姆迪et al。16]介绍了其他系统管理的医疗技术。唐格和赫伯特17]介绍了数据管理系统(DMS)的体系结构,有一个以代理人为基础的中间件明智地和有效地管理所有普遍的医疗数据来源。李等人。18由一个管理系统,适合糖尿病患者的血糖水平。Ketan et al。19糖尿病患者)开发了一个医疗保健系统。Nkenyereye和张成泽(20.)提出了一个设计在医疗保健医疗监控系统的web服务网关长跑运动员。

Sahoo et al。21]介绍了纳米技术的首席科学和技术方面,并讨论了它的一些潜在的临床应用。Omanović-Mikličanin et al。22)由纳米技术应用于医学的角度。Raffa et al。23)总结了纳米技术在医疗方面取得的进展。阿里和Abu-Elkheir [24)综述的远见医疗环境和它的结构性挑战,应用纳米技术和nanonetworks。

早些时候系统集中在获取病人信息无论被使用的资源。这些系统产生的原始数据被转移到医疗服务器,造成很多的开销在服务器上处理这些信息。

尽管先前的研究是由各种方法在医疗管理系统,也就是说,(14,17- - - - - -20.),任务分配,(1- - - - - -6),医疗应用程序的智能手机,也就是说,(12,13,15),医疗保健和纳米技术应用程序,也就是说,(21- - - - - -24),不执行任何工作一起使用这些方法。本研究着重于开发智能医疗数据管理系统使用的纳米传感器,包括任务分配算法基于遗传算法,智能设备应用,纳米传感器灵敏度高。此外,遗传算法可以减少在数据转置,要求降低内存等待时间,同时提供的任务。本文安排如下。部分2解释了新提出的目标和方法。部分3提出了从这个研究结果与讨论生成。部分4给了本研究的结论和未来的工作形式,目标实现和系统的效率。

2。目标和方法

本研究的主要目的是设计智能医疗数据管理系统使用的纳米传感器,为移动设备开发一个应用程序。在我们建议的系统中,一个设备是无处不在的,软件提供实时护理病人健康信息使用的纳米传感器。

一个算法来获取整个这篇论文使用的方法如下:(我)设计智能医疗数据管理系统(IHDMS)使用的纳米传感器。(2)开发任务分配算法(TAA)。(3)HL7将传感器数据。(iv)开发一个IHDMS应用程序。

2.1。任务分配

医疗数据管理系统,“单任务”是移动系统和身体之间的连接传感器在不同的时间和组装病人或病人的生理健康信息。

如果传感器TAA赞赏一个单独的任务,开始操作。在我们的系统组成,IHDMS传感器连接到目标,组装,并经营着病人的健康信息,然后保持在当前的信息。

在本研究中,TAA使用遗传算法开发。遗传算法在不复杂的进化过程和消费指出选项来得到最优的结果。在遗传算法中,染色体是人口。

2.2。HL7变换的纳米传感器数据

操作传感器信息之后,它被HL7标准转化为医疗服务器。

一个人要看更多有关憩苑的HL7消息包括,PID和OBX段。因此,这三种生产段IHDMS提议。

2.3。申请IHDMS

一个应用程序编程接口(API)提出的智能设备由使用纳米传感器智能医疗数据管理系统。IHDMS应用程序基于Android操作系统和利用Java程序。

应用程序由一个主页和其他子页,无法获取和输入信息传感器,和病人的健康信息。

3所示。结果与讨论

3.1。智能医疗数据管理系统的设计使用的纳米传感器

本节介绍了智能医疗数据管理系统的设计和性能(IHDMS)使用的纳米传感器。在这项研究中,一个病人或病人的健康信息组装纳米传感器。收集健康信息操作在电话上,转化为HL7格式转移到医疗服务器。图2说明了设计IHDMS的更好的理解。

3.2。任务分配算法(TAA)

任务分配算法(TAA)是本研究的重要组成部分。首先,纳米传感器和移动设备之间的连接必须设置。有一些预定义的纳米传感器,用户或照顾者可以选择手动连接到他们。用户,是谁第一次写给连接到纳米传感器,应该得到许可允许护照在进一步接触。允许护照保存在系统用户的自动连接。

纳米传感器连接的纳米传感器信息页面显示。在这个页面中,用户可以选择每天扫描时间和扫描输入。输入所需信息保存和TAA产生染色体。在我们的系统中,输入扫描时间确定10到60秒,每天和每天扫描输入有限24扫描。这种限制的扫描时间和扫描的日常推理从当前研究的要求,比如减少内存使用和节省电池的移动设备。

如果没有纳米传感器输入(扫描时间和日常扫描输入)的系统,任何产生的染色体不会IHDMS TAA。在这种情况下,默认值为每个输入都等于零(0)。立刻,应用程序由用户;创建TAA。

TAA,产生的染色体,这是由两个变种的染色体不同的大小。这些染色体每天扫描,一个小时。为了产生染色体,TAA有两个不同的功能。

第一个函数操作一旦在时钟和生产日报为每个传感器扫描。第二个函数操作每一小时,每小时生产扫描整个染色体激活传感器在当前时间。

这个扫描信息可以用来产生所有的纳米传感器的扫描每小时染色体。24位染色体为每个传感器将在这个过程中产生。这些染色体产生创造纳米传感器的扫描信息每小时的一天。一天除以24小时,每天扫描在染色体的大小等于24位,每天和扫描的最大数量为每个纳米传感器也是24。所以一个细胞的染色体代表一个小时的一天。染色体的细胞可以值1或0。当传感器信息的过程在当前小时完成,1位的细胞被一个值。当传感器的信息不会被处理在当前的小时,染色体的细胞得到的值为0。

生产这些染色体小各种遗传算法的染色体的一代。在遗传算法中,染色体的人口是生成的,和他们的健康评估。然后创建小说通过遗传操作。这个算法是方便的在一个强大的系统,没有限制系统资源,如内存和电池。拟议的TAA是一个类型的遗传算法。

根据遗传算法理论,随机产生染色体和染色体的人口被拒绝根据其健康。提出了任务分配的遗传算法流程图,如图3。

这个过程包括n迭代次数、随机化和采用。为了减少n随机化的迭代次数,和选择,TAA开始从系统的适应度函数。

图4提出了随机化前产生的染色体。

根据系统的需求获取随机病人的健康信息,产生染色体被随机分配在这项研究中。图5说明了随机化后产生的染色体。

拟议的TAA没有一个假设在遗传算法的交叉和变异。遗传算法通常包括三个基本操作:复制、交叉和变异。利用交叉和变异产生一个新的种群染色体的适应度函数是用来拒绝不合格的染色体。利用遗传算法得到最好的解决方案n人口数量的一代,健康选择,交叉,变异不指定任何规则。任务分配算法产生的染色体。扫描每一天提供的单个染色体和各种染色体产生过程。

实际产生的染色体了小时的信息。每个纳米传感器的染色体是基于输入的扫描。一些产生染色体每个纳米传感器如图6。

纳米传感器扫描信息提出了向量在表的数组1。数组大小是24(小时)在每个向量组成的纳米传感器的名字。这个生产的数组是第二单元的生产消耗的染色体。

第二个函数操作每一个小时,会产生染色体的大小60。它产生一个染色体,60细胞大小从数组向量的使用信息。每个单元由一个值0或纳米传感器的名字。当细胞值等于纳米传感器的名字,IHDMS操作纳米传感器信息。

产生染色体五小时的心电图纳米传感器提出了如下。

(心电图纳米传感器,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0)

下一步的生产主要的染色体是随机如下。

(0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,心电图纳米传感器,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0)

提出IHDMS,时间暂停工作的染色体。然后系统停止直到延续的过程。由于这种系统中停留,电池寿命和记忆保存的设备。

产生的染色体,用于纳米传感器的扫描信息,是独家,独家的纳米传感器扫描时间每一天。也节省了内存使用和电池和更有效地运营着纳米传感器在移动环境下的信息。

3.3。HL7将纳米传感器数据

纳米传感器信息转化为实验室HL7格式。入站实验室可以收到ORU消息(观察report-unsolicited)并将消息发送到“实验室”选项卡在医疗记录病人的资料。每个HL7消息由一个或多个部分(见表2)。一段是一组字段,其中包含不同的数据类型。

MSH字段信息见表3:Seq。是一个序列,每个字段信息必须输入和每个字段由分隔符分隔。Opt.选项,这是可选的字段的用户。每个相关字段信息义务,不能留空。莱恩。介绍了每个字段的最大长度。

实际上,所有用户输入的信息是IHDMS主要应用程序的设置。要看更多有关憩苑的代表性结果消息据表3如下所示。

MSH | | IHDMS | IHDMSMobilePhone | IHDMSMobilePhone实验室| | 11101026914414 | | ORU ^ R10001075067129 P | | 2.4 | 1 | | | NE | | ASCII | | |

HL7的下一段是PID(病人标识)。这部分包含30个不同的字段(见表4),比如病人身份证号、性别、地址、电话号码、婚姻状况、主要语言、民族、国籍、宗教。

代表的PID分段的方式对应表4如下所示。

李PID | | 6804010117 | | ^ Malrey | | | | | | | | | | | | | 0803738490 | | | | | | | | | | | |

第二段在PID OBX(观察)。OBX段是多个消息类型传输的一部分病人临床资料。17个不同领域OBX段的详细表5。

的样本结果OBX段的方式对应表5如下所示。

圣OBX | | |心电图纳米传感器| | 2.675 2.855 2.925 ^ ^ ^ |心电图纳米传感器| | | | | | | | | | |

要看更多有关憩苑的每一部分信息、PID和OBX是强制性的产生实现HL7消息,可以委托给医疗服务器。要看更多有关憩苑的个体HL7消息包括,PID,和OBX段由IHDMS生产。HL7消息被转移到医疗服务器之后生产过程。

3.4。IHDMS Android应用程序

一旦任务分配算法分配任务到一个特定的纳米传感器,然后“个人服务器”只负责收集数据和事件从身体的无线区域网络(WBAN)。“个人服务器”提供了用户界面,控制WBAN,融合数据和事件,并创建独特的会话存档文件。Java实现的软件是为Android手机操作系统。它运行在Android操作系统的手机。智能医疗数据管理系统(IHDMS)应用程序的开发和实施。Android操作系统是用于我们的开发应用程序。图6说明页面IHDMS Android应用程序的开始。

当前用户的健康信息可以通过点击按钮“查看信息”,如果它是被允许的。在第一次,这将是空白的,因为没有人,任何纳米传感器是不允许的。用户或照顾者渗透到系统通过输入强制性信息“选项”按钮。图7显示了一个设置身份验证页面,点击“选项”按钮,如图8。

当前页面更新患者信息后,患者信息被重定向到前一页的病人设置,如图9。下一步是设置纳米传感器信息。页面设置选中的纳米传感器的Android应用程序如图10。图11介绍了纳米传感器设置页面和心电图纳米传感器的结果。

纳米传感器获得的数据发送给微门户,微网关数据发送到移动设备。移动设备应用程序显示收到的信息给用户。图12说明数据接收的结构和结果血压、血氧饱和度的移动设备。

4所示。结论和未来的工作

提出智能医疗数据管理系统动态组装的纳米传感器信息病人或病人和操作智能手机。它进行患者的健康信息在一个优越的多产的过程。

这个系统也将用户从纳米传感器的原始数据转换成HL7格式和传输加密的HL7数据远程医疗服务器。

这个系统所面临的主要挑战是用有限的资源在移动环境。类似于其他应用程序运行在移动环境中,IHDMS可以深深受环境影响变化和移动平台稀缺的资源和网络带宽,电池,和手持设备的计算能力。

这种转换数据分派到服务器的系统。设备的电池寿命是可行的增加,内存使用量小于100 KB,它是所有数据采用稀少的资源。此外,该系统减少了等待时间的移调数据,和安全通道被用于医疗保健中心的服务器运行HL7格式的数据。

在未来,我们将继续这项研究为了完善重点接口主持人,与其他不同类型的病人护理相关设备出现在医疗行业。同时,任务分配算法(TAA)可以被放大,利用运动纳米传感器的移动设备和应用这些信息分配的任务。我们渴望HL7中间件库包将到期,成为无处不在的嵌入式软件,可以使用医疗设备。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由2016年Wonkwang大学的研究资金。这项研究受到了下一代信息计算发展项目通过韩国国家研究基金会(NRF)由科技部,ICT和未来规划(2014 m3c4a7030503)。同时,这项研究是由韩国国家研究基金会(NRF)授予由韩国政府(MSP)没有。2017 r1a2b400667。

引用

1. a . Savićd . Tošićm . Marić,j . Kratica“遗传算法方法来解决任务分配的问题,“Serdica《计算,2卷,第276 - 267页,2008年。视图:谷歌学术搜索
2. 学术界。“李和k . g . Shin在同构网络最优任务分配,”IEEE并行和分布式系统,8卷,不。2、119 - 129年,1997页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. h·梅,b . j . Van Beijnum·帕瓦尔Widya,和h . Hermens”对环境敏感移动病人监护系统的任务分配算法,”2009年15日IEEE国际会议上嵌入式和实时计算系统和应用程序2009年,北京,中国。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. 赵,m . Wang z邵,j .曹k . c . c . Chan)和j·苏,“拓扑意识到任务分配和调度实时数据融合应用网络化的嵌入式传感器系统,”2008年第14届IEEE国际会议上嵌入式和实时计算系统和应用程序,页293 - 302,高雄,台湾,2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. p .帕瓦尔·h·梅,i Widya B.-J。范Beijnum, a . van Halteren“上下文感知任务分配在普适计算环境中,基于遗传算法的方法,”2007年IEEE国会在进化计算,页2695 - 2702,新加坡,新加坡,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. r·b·Bachouch a Guinet, s . Hajri-Gabouj”任务分配的优化模型在家庭健康护理,”2010年IEEE车间卫生保健管理(WHCM)2010年,威尼斯,意大利,。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. 胡锦涛和r . j .虽然玛卡里斯库”,能源和performance-aware映射为常规NoC架构,”IEEE计算机辅助设计的集成电路和系统,24卷,不。4、551 - 562年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. w . Alsalih美国阿克勒说道,和h,“节能意识任务调度:对启用移动计算在马奈,”19 IEEE国际并行和分布式处理研讨会2005年美国丹佛市。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. c·奥托,a . Milenkovic c·桑德斯,e . Jovanov”系统架构的身体无线传感器网络领域无处不在的健康监测,“《移动多媒体1卷,第326 - 307页,2006年。视图:谷歌学术搜索
10. g .削减、m . Jaana和c . Sicotte”家庭远程控制慢性疾病的系统综述:证据的基础上,“美国医学协会杂志》上,14卷,不。3、269 - 277年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. js。康、g .张成泽和m .李“应力状态分类基于EEG信号,”研究所的《互联网,广播和通信,16卷,不。3、103 - 108年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. o . Sun-Jin”设计的智能应用程序远程诊断在普适计算环境中,“研究所的《互联网,广播和通信,16卷,不。4、81 - 87年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. j . Kim j·w·崔和K.-H。金”,发展移动医疗应用基于舌诊,”研究所的《互联网,广播和通信,16卷,不。4、65 - 72年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. 诉Kumar Gupta,和s . k . Ramakuri“无线身体向授权区域网络实时医疗监控:一项调查,“传感器网络的国际期刊,22卷,不。3、177 - 187年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. j . Hanen z Kechaou, m·b·德”一个增强的医疗系统在移动云计算环境中,“越南计算机科学杂志》上,3卷,不。4、267 - 277年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. n .哈姆迪•r . Oweis h·a·Zraiq和d . a . Sammour”一个智能医疗管理系统:一种新方法在医疗设备维修工作订单优先级的请求,“医疗系统杂志,36卷,不。2、557 - 567年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. j·唐格,j·赫伯特。”病人数据管理在移动医疗环境:传感器、移动设备和数据库,”数据和信息质量》杂志上,4卷,不。1,第五条,页1 - 2012。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. t . m . Lee m . Gatton K.-K。李”,监测和咨询系统对糖尿病病人管理使用基于规则的方法和资讯,“传感器,10卷,不。4、3934 - 3953年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. d . Ketan r . r . Bodhe a . n . Sawant和a . Kazi”提出了基于移动医疗系统为病人诊断使用android操作系统,”国际计算机科学杂志和移动计算,3卷,不。5,422 - 427年,2014页。视图:谷歌学术搜索
20. n莱昂内尔和j .载入”解决并发设计医疗Web服务网关在远程医疗监控系统中,“国际期刊《先进的智能融合,5卷,不。3,32-39,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. s . k . Sahoo s Parveen和j·j .熊猫“纳米技术在人类健康保健的现在和未来,“纳米医学:纳米技术、生物学和医学,3卷,不。1,20-31,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. e . Omanović-Mikličanin m . Maksimović,诉Vujović”医疗的未来:纳米,纳米医学和互联网”叶形线》Facultatis Medicinae数学Saraeviensis,50卷,不。1,23-28,2015页。视图:谷歌学术搜索
23. 里吉奥诉Raffa、欧维c, a . Cuschieri”卫生保健的纳米技术的进展”,微创治疗和联合技术,19卷,不。3、127 - 135年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. n . a .阿里和m . Abu-Elkheir“互联网nano-things医疗应用程序:需求、机会和挑战,”2015年IEEE 11无线和移动计算国际会议上,网络和通信(WiMob)阿布扎比,阿拉伯联合酋长国,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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