向全国手机与无线传感器网络公共医疗服务体系

文摘

本文描述了一个全国性的公共医疗服务体系的发展与集成的云技术,无线传感器网络和移动技术,为公民提供方便、专业的医疗服务。系统的基本框架包括架构为用户的无线生理考试,为区域医疗云、和国家公共医疗服务体系。公民与慢性疾病或老年独居的人可以使用无线生理传感装置来跟踪他们的健康状况和警告如果系统检测到异常信号。通过移动设备,公民能够得到实时的健康建议,提示警告,健康信息,反馈,无所不在地个性化的支持和干预。长期跟踪数据的生理传感、传染病和慢性疾病的可靠的预测模型可以发展为政府立即应对和控制疾病。此外,这样一个全国性的方法使政府能够有一个全面的实时对公共卫生信息的理解,这是有助于建立有效的政策或策略来预防流行性疾病或慢性疾病。

1。介绍

随着移动技术的快速发展,许多医疗应用程序广泛探索实现普及卫生保健系统,这可能会降低长期成本和改善病人护理和安全(1]。移动健康的概念是由世界卫生组织(世卫组织)随着医学和公共卫生实践的移动技术的帮助下,如手机、病人监测监控、个人数字助理和其他无线技术(2]。典型的移动医疗系统利用互联网和web服务提供医生和病人之间的一个互动的平台。医生或病人可以很容易地访问相同的医疗记录随时随地通过个人电脑、平板电脑或智能手机(3]。医疗成本也会大幅削减通过移动健康的新兴技术,如可佩带的无线传感器节点,与云服务接口与手持设备(4]。移动健康产生巨大影响的创新传统医疗监测和报警系统,医疗保健交付项目,临床数据收集、记录维护、医疗信息意识,预防和检测系统(5]。可以找到相关的移动技术应用在胎儿心率监测器6儿科艾滋病毒[],健康记录系统7)、图像传输诊断(8),或监测、预防和检测等医学专业糖尿病(9,10],超重[11,12),哮喘13),和孕产妇保健(14]。

尽管移动应用的巨大潜力和无线传感器网络,还有现有研究的差距,如何有效地整合这些技术,将它们应用到医疗服务15]。大多数移动医疗应用程序是由公共部门资助的只有短期的试点项目,通常局限于少数地区(16),或仅仅集中在某些医学专业没有一个集成的平台。增加不同的组织提供的卫生保健,跨组织的医疗数据共享是另一个挑战在可互操作的医疗组织17]。为了填补这一缺口和扩展以前的工作,本研究的目的是描述一个全国性的手机的发展相结合的公共医疗服务体系在台湾云技术,无线传感器网络和移动技术,为公民提供方便、专业的医疗服务。关于云计算系统的框架,它支持的存储和管理传感器数据流的处理以及使用软件服务托管在云存储的数据。因为云计算的使用提供了一种低成本获取支持广泛的数据存储和家中的医疗大数据分析(18),计划框架允许不同的数据库用户和应用程序之间共享和协作的云计算和云服务通过移动设备。实现系统的服务器在卫生部和福利和地区卫生当局为了为政府官员提供不同的移动设备服务,医院的医生,和公民。医疗记录、实验室结果、医学图像和药物信息检索可以通过这个综合平台移动设备。相关的管理员可以采取进一步行动根据行政决策支持服务云平台的信息系统。此外,无线生理传感装置的框架是为家庭或社区护理而设计的。慢性病患者或老年人独自生活可以从这些设备中获益,因为他们可以跟踪他们的健康状况和获得警告如果系统检测到异常信号。因为所有这些信息保存在中央或地方云,政府可以建立预测模型基于长期跟踪数据生理传感为了使评估主要慢性病的发病率。同时,通过移动设备,公民能够得到实时的健康建议,提示警告,健康信息,反馈,无所不在地个性化的支持和干预。他们的家人或者医院的医生也可以警告立即从他们的移动应用程序和应对突发事件。除此之外,政府官员可以检索总结或视觉分析公共卫生信息在国家或区域层面上的web浏览器或移动应用。 Such a nationwide approach with the integration of cloud, wireless, and mobile technologies enables government to have a holistic understanding of the public health information in real time, which is helpful to establish effective policies or strategies to prevent epidemic diseases or chronic diseases.

本文的其余部分组织如下。接下来的部分将回顾文献有关卫生保健系统的发展及其与移动技术的集成。全国手机公共医疗服务系统的概述与无线传感器网络提出了部分3。节4,我们描述用户的web应用程序和移动应用,医院和机构,和政府。本文最后的结论,对公共卫生管理和进一步研究的前景。

2。文献综述

在本节中,我们简要回顾一下最近的医疗体系的发展和相关的移动技术集成。移动医疗系统可以分为三个类别:(1)通信从个人卫生服务(呼叫中心、服务热线或热线),(2)通信从卫生服务到个人(任命或治疗提醒,意识,动员运动对健康问题),和(3)卫生专业人员之间的沟通(移动远程医疗、跨部门应急管理病人监测、病人数据收集和建立病人记录,帮助诊断和决策)(2]。许多移动卫生系统已经开发,加强公共卫生服务。例如,无线手持临床护理管理系统实施和评估在一个老年护理设施在澳大利亚。试验系统包括使用掌上电脑连接到一个无线网络链接到一个ADSL宽带连接和Oracle服务器(19]。无线家庭生理监测系统,可以连续监测病人的心电图(ECG)在任何时间或任何地点在家里,提出了为老年人和慢性心血管疾病患者独自生活。系统主要由三个部分组成。mobile-care设备负责捕捉和无线发送病人的心电图数据。多次反射无线中继网络负责传送发送的数据。住宅网关(RG)是用于收集和上传接收到的心电数据远程医疗服务器通过互联网开展病人的健康状况监测和病理数据的管理。紧急警报服务使用短消息服务(SMS),基于异常的检测心率变异,也用于RG [20.]。u-healthcare服务使用无线个域网和手机在韩国开发glucometer和心电图传感器的数据转移到web服务器为老年患者糖尿病或心脏疾病。如果病人感到心悸或胸痛,他们可以按下按钮上方的传感器。然后心电图测量并立即发送到web服务器(21]。台湾移动自动警报系统为学生和教师提供后续医疗发现超重,长期患病,或高危。时的日常医疗管理服务系统要求用户输入个人信息,系统可以提供智能营养师服务和异常消息服务而无需人工干预22]。提高医疗保健的质量在医院还是在家,一个基于穿戴式医疗保健系统节点,无线多媒体传感器节点、网关、多样化的网络,提出了后端服务器和普遍的设备对病人和医疗接受者。因为可穿戴式医疗节点可以有界病人的身体和获得生命体征信息,医生或病人家庭成员可以获得丰富的信息在任何地方和任何时间通过手机23]。个人自我保健与自适应嵌入智能系统集成,移动健康记录管理、嵌入式web服务器和无线通讯开发心脏综合症的早期检测和解释。系统设计环境的支持,聪明,和普适计算服务。公民可以有一个无处不在的、可靠和有效的管理自己的心脏状态与他们的移动设备(24]。

与此同时,金等。25)设计了一种实时远程病人监护系统基于传感器和传感器网关与嵌入式GPS和无线模块采集温度信息的生物信息等患者的体重、血糖、运动量、心电图、呼吸,温度、胆固醇和血氧饱和度。本Elhadj et al。26)提出了一种基于优先级的跨层路由协议和优先级医疗应用程序交叉层介质接入信道协议。协议被宣称是有效的节约能源,确保高可靠性无线区域网络。Bourouis et al。27)开发了一种基于低成本智能手机智能系统在偏远和孤立的地区帮助病人定期眼睛检查和疾病诊断。移动诊断系统是集成了微透镜,采用人工神经网络算法分析视网膜微透镜的图像来确定视网膜疾病。Fortino et al。28名为BodyCloud的)描述了一种基于SaaS的架构,可以监视一个辅助生活通过可穿戴传感器收集到的数据存储在云通过移动设备。它使得大规模数据协作和共享和提供云服务通过移动设备之多的感应设备。而云的架构是实现在Google App Engine, viewer-side是通过先进的图形报告提供数据分析的可视化web浏览器。帕克尔和Saleena29日)提出了一个基于云的医疗疾病推理集成数据挖掘技术的应用。数据挖掘技术集成到eclipse IDE, Java语言和Weka API。王等人。15)提出了一个个性化的医疗信息服务系统,是基于云计算环境中,结合移动通信技术,上下文感知技术,无线传感器网络。该系统还提供了一个协作推荐和生理指标推荐建议,其中包括一个基于云计算的组件数据库,pegasi的混合预测模型,基于web的用户界面,一个健康信息查询模块、协同推荐,生理指标推荐。从上面的文献综述,仍然有缺乏移动健康应用程序基于国家层面。

3所示。系统概述

部分3关注全国手机在台湾公共医疗服务体系正在发展并解释其基本框架,包括架构为用户的无线生理考试,区域医疗云的架构和国家公共医疗服务系统的体系结构。在以下部分中给出详细的解释。

3.1。架构为用户无线生理考试的结束

无线生理传感装置主要用于患者被诊断出患有糖尿病或高血压患者轻度至中度障碍,轻度痴呆患者,老年人独自生活,或者那些有资格获得优先访问根据评估由经理。这些设备让患者执行考试在家里或在社区提供考试服务。成员参与考试提供的区域医疗云可以保健盒回家测量,如图1。考试保健盒包含(1)血压监护仪,(2)multimonitoring系统(总胆固醇、血糖和尿酸),(3)耳朵/额头温度计,(4)脉搏血氧计,(5)云传动箱,(6)袖口的压力,(7)RFID阅读器,(8)测试样本,(9)心率变异性分析,这些都是用于慢性疾病患者。这些设备是医疗设备验证和注册的食品和药物管理局卫生部在台湾,为了验证试验结果的准确性和安全性。相关生理检查血压监视器等设备与射频识别模块和无线模块集成。智能会员卡与射频识别技术用于识别的生理检查数据,和无线射频识别(频率为13.56 MHz)是用来完成验证。射频识别模块包括CPU、电源模块、读(写)模块,内存模块、控制模块、显示模块和定时器模块。免费公共卡也有一个独特的识别代码,一个通信接口(天线和调制器和解调器),和一个专用集成电路(ASIC),其中包括一个通信逻辑电路,一个加密控制逻辑电路,和一个数据存储区。当公众卡放在读卡器和进入感应范围的通信天线(大约2.5厘米到10厘米),读卡器将提供一个跟踪数量的电(大约2 V)驱动电路在卡片上。卡片阅读过程只需要0.1秒完成。

服用血压监视器或血糖监测为例,患者首先需要穿袖口的压力或血糖测试样本插入血糖监测,然后把公共卡包含附近的RFID血压计或血糖监测触发卡片阅读。射频识别模块可以感知和读取识别验证公共卡,可以立即开始自动检查血压或血糖检查。生理测量结果得到了之后,他们会自动上传使用无线模块的血压监视器或血糖监测。通过GSM网关,数据会自动上传到一个区域医疗云使用网络和互联网通过3 g / 4 g网络,wi - fi、以太网。GSM网关具有超低功耗无线传输模块。传输技术的流动特性。首先,它使用一个标准的ISM(工业、科学和医疗)频道2.4 GHz。无线传输功率是1 mW。传输距离小于5米。其次,它有高性能嵌入式固件。 It can automatically find the base station and can perform automatic transmission. Thirdly, it includes 64-bit ID and can be used as an active RFID. The rage of application is wide. Additionally, it can be applied in measuring devices for physiological signals, including blood pressure monitors, blood glucose meters, and ear thermometer. Lastly, it has standard UART interface with easy data interface integration.

除了检查设备使用在家里,公共医疗服务体系也为社区提供了生理检查站点,如图2。这次考试站包括(1)10′′平板电脑,(2)基于云计算的智能与圆柱袖口血压监护仪,(3)基于云计算的智能自动高度和重量计,(4)基于云计算的智能耳朵/额头温度计,(5)基于云计算的智能氧气浓度计,(6)心率变异性分析,基于云计算的传动箱(7),(8)一个RFID读卡器。社区志愿者完成培训后使用设备和设备,他们将协助公众操作和执行测量。除了测量基本生理数据,这次考试站也有一个准确的心率变异性分析。这个分析器使用心跳之间的时间间隔序列以心电图或脉冲测量和措施并分析连续心率的变化。心跳被激活的放电电流从心脏的节奏和受自主神经系统控制。调节自主神经系统密切相关的死亡率与心血管疾病有关,包括心因性猝死、高血压、出血性休克、感染性休克。因此,心率变异性分析也被发现是一种指数预测postmyocardial梗死的死亡率,以及为晚期肝癌患者预后预测条件。这些测量数据自动上传通过无线传输区域医疗云。相关的医务人员可以执行医疗分析和病人提供咨询服务。

3.2。区域医疗云的体系结构

区域开发的体系结构是区域卫生权威。每个区域卫生当局发展区域医疗云基于设计规范全国手机公共医疗服务体系,按照卫生部和福利在台湾。医疗云存储架构为用户所传输的数据的无线生理检查和负责存储会员的细节为每个地区和生理数据。它作为一座桥区域医院和机构、医疗机构、政府机构和其他有关部门交换数据。使用web服务的数据传输和交换技术,,如果需要,可以加密传输的数据,确保数据安全。交换的数据可以使用XML或JSON (JavaScript对象表示法)格式。异构系统的集成各部门也可以使用web服务或肥皂,为了实现数据交换。使用TLS加密传输的数据。交换技术是一个跨平台的门户。设备所需的医疗机构或保健设施的信息应该包括防火墙、服务器主机,备份主机和代理电脑。 Externally, only ports 60, 80, and 53 are open, and these ports are used for the uploading of physiological examination information, the website, and DNS inquiries. Cyber-attacks on commonly used ports are avoided, in order to ensure the security of the host operation. For all maintenance activities, one must pass through a VPN connection, SSL channel encryption security, and passport verification before connecting to the internal host to perform maintenance. The client PC uses DHCP to connect to the Internet. After using private IP NAT, one can connect to the network or Internet. In addition, this machine is equipped with antivirus software, and the Microsoft built-in firewall is activated to provide basic protection.

图3显示一个图表区域医疗云之间的关系,国内考试站,社区考试站,地区医院和机构,和护理机构。医疗云的成员可以使用数据测量的无线生理考试在国内,从公众或数据收集在社区生理考试站。数据返回的医疗云数据库区域卫生当局通过无线传输和数据同步到生理检查数据库的国家公共医疗服务体系。公众或家庭成员和医务人员获得同意可以使用手机随时随地访问数据的应用程序或web应用程序,他们可以输入一个帐户的护照和寻找生理测量的数据区域医疗云,包括血压和血糖,所以个人健康状况是可以理解的。此外,区域医疗云还包含了相关的算法和智能自动返回的生理数据的解释。当异常情况发生时,可以向公众发送警报,紧急联系人,和家庭医生通过短信,电子邮件,或应用程序警报,这样他们可以提供立即抢救。地区医院的合作机构和医疗机构,他们可以访问病人的长期跟踪调查数据,以便更准确地诊断疾病。此外,会员服务中心可以为会员提供服务,包括健康咨询和健康教育。

3.3。国家公共医疗服务系统的体系结构

架构是由卫生部和福利,目前仍处于规划阶段。在这种架构下,公共或家庭成员或医务人员获得同意可以使用数据接口的健康和福利的“e-counter”连接到生理测量数据库进行查询个人健康信息。授权服务机构或医疗机构也可以连接到生理测量数据库查询到个人健康信息的病人。在未来,公众可以选择更多的服务与医疗和执行更全面的医疗保健。

如图4,国家公共医疗服务体系的架构主要由生理测量数据库,信息平台数据库,并执行信息系统数据库。在个人信息保护法案的规定下,用户的医疗数据服务的集成。生理测量数据库的主要功能包括生理测量数据的收集。生理测量数据来衡量公众在家里或在社区检查测量站不仅上传区域医疗云,也同步在生理测量数据库。数据的同步是通过web服务来执行的。HTTP客户机模式用于设备终端。HTTP服务器模式是用于生理测量平台。对于所有传输,通信设备终端发送的请求。连接数据库验证帐户密码和信息平台安全的实际传输数据之前。在传输过程中使用JSON格式,因为它很容易阅读和理解,可以避免过度负载在数据接口和交接。 It also significantly improves ease of use when interfacing between regional healthcare clouds. In addition, the main functions of the information platform database consist of managing user accounts, defining data format and data exchange protocol, transmission encryption, auditing records, and providing statistical analysis reports. In order to allow data in the regional healthcare cloud to synchronize with the registered user data and the physiological measurement data in the information platform of the Ministry of Health and Welfare, the system also provides a web service so that the regional healthcare cloud can access and attribute registered user information and physiological measurement data from the Ministry of Health and Welfare. The main functions of the executive information system platform include performance management and outputting reports. It is used to manage the execution and performance indexes of various local health bureaus and to output relevant statistical analysis reports, as well as perform OLAP analysis. The indexes used in the analysis include regions (counties), the number of people, age, physiological measurement type, number of physiological measurements, measurements of physiological abnormalities, physical inactivity, and other dimensions of measurement.

在这个阶段,整个系统仍主要集中在会员注册,会员的用户内容信息,生理测量值,测量数据的上传,对测量数据进行归档,和同步数据与服务内容。表1总结了相关领域生理测量生理测量数据库中的数据,包括生理数据、身份证号,简化用户识别码,加油站代码,生理数据类型,测量时间,数据类型注释,输入方法,测量值,注释信息,模型的测量仪器,测量仪器的序列号。在未来,数据库将进一步整合长期医疗系统数据和大量的数据分析,并将扩大内容和服务,以便它可以作为参考,当政府实施公共卫生政策。

4所示。应用程序

4.1。用户终端

全国手机公共医疗服务系统为用户提供服务,包括会员管理,调查生理测量数据,通过手机应用程序和错误警报,一个以计算机为基础的网络应用。人物5显示了一个针对Android系统开发的应用程序。主要功能包括自动上传的数据,手动上传数据,执行本地机器查询,定位服务站,配置授权设置,更新消息,更新健康知识,执行云查询,并提供反馈。用户可以使用手机或平板电脑进行实时查询关于他们的生理信息的记录数据的趋势和理解相关的测量,以了解自己的健康状况。例如,右边的图5显示测量血压趋势3月3日,2015年。从图中,可以观察到用户的收缩压在105和102毫米汞柱,舒张压是95和108毫米汞柱之间,以及73年和77年之间的脉冲每分钟跳动。

图6显示了web应用程序。这个程序平台包含健康的笔记本,健康生活,新的健康知识网络,健康问答,和其他相关功能。在健康笔记本,有六个生理测量记录,包括作者的血压、血糖、胆固醇、体重、体温和尿酸测试记录。例如,在图的左侧62014年4月18日,血压记录显示收缩压152毫米汞柱,舒张压是88毫米汞柱,脉搏每分钟51次。图的右侧6显示所有的测量数据调查30天从3月18日到4月18日,2014年。只有两天的血压记录(3月27日和4月18日)。然而,有五个测量记录,有三个异常警报。这个跟踪记录可以允许用户了解他们的健康状况对血压。

4.2。医院和机构结束

医院或机构合作还可以开发相关的应用程序使用的数据区域医疗云,并为成员提供服务,包括生理测量跟踪异常,紧急通知,咨询服务,保健推荐,健康报告,和其他服务。例如,图的左边7表明该系统在医院研究所发现异常患者145毫米汞柱的收缩压和舒张压96 mmHg的11月27日,2015年,在18:21:44。那时候,应用程序会弹出一个警告窗口,提醒医疗团队服务中心。医疗保健医疗小组的经理可以检查这个病人的血压测量信息,接收1392组数据。图的右侧7显示了这个病人血压的趋势。从这个图中,可以观察到,在11月26日,2015年,这个病人的收缩压达到上限标准的价值,也就是140毫米汞柱。这一趋势继续下去,2015年11月27日,收缩压显示异常,价值是145毫米汞柱。此时,医疗管理器可以确定主动电话护理应提供信息的基础上,和医疗管理器可以追踪异常事件,直到结束的情况下,为了确保病人的健康和安全。

当病人出现紧急状况、医疗管理器可以积极联系医疗机构,紧急联系人,或紧急号码。此外,医疗管理器可以为病人提供初始健康教育咨询、关心和指导,个人健康指导,和电话咨询,,根据情况,二级医助反应可以提供。如果患者需要被转移到另一个医疗机构或医疗中心,该系统还可以全面总结了电子护理记录查看和接收成员研究所的积极和定期发送图包含历史生理测量提出了健康检查和健康总结报告。附加服务,满足公众的需求可以提供,包括送货上门的药物,药物摄入咨询、慢性病管理、客房服务,以及其他增值服务的健康检查。

4.3。政府结束

web应用程序对政府还在建设中。目前,它只提供专业咨询服务的网站公共和制造商。在未来,将建立一个存储相关数据以执行生理数据的数据分析(进行测量的人数、性别、种族比较,年龄、生理设备,所使用的平台,和生理类别按地区),数据分析病人(区域人口分布,种族,性别,年龄,和人口患有高血压,的人使用应用程序),上传站的分析(车站分布和数量的人上传的生理数据在每一个;分类比较家庭电台和社区站;站在一个县的分类和分布;不活跃的站点分布),等等。这些综合分析可以提供许多附加的信息和数据之间的关系。政府还可以开发相关系统,以便病人数据从各种台湾地区和国家卫生保健数据库可以与世卫组织推荐的理想值。视觉和动态图表可以代表台湾的公共卫生条件。长期跟踪生理传感数据可以用来构建预测模型,为了使评估主要慢性疾病的发病率,例如心脏病、中风、高血压、高胆固醇、高血脂、糖尿病,以及未来的发展趋势。 This is beneficial for the Ministry of Health and Welfare and local health authorities to respond to and control diseases as soon as possible.

5。结论

我们现在的国家公共医疗项目集成的云技术,无线传感器网络和移动技术,旨在为市民提供方便和卫生服务质量。本研究的主要贡献可以概括如下。首先,该系统在未来几年内将在全国范围内实施。我们所知,目前仍缺乏手机公共医疗服务体系在国家层面。通过支持不同的数据库之间共享和协作用户和应用程序在云中,提出全国医疗系统使政府有一个整体和实时对公共卫生信息的理解。其次,对于慢性疾病患者或老年人,这个系统可以为家庭或社区护理提供方便的服务。系统基础设施能够提供健康信息和干预措施和改善卫生服务通过移动设备访问。它可以提供病人在日常生活和住院治疗或康复期间,以及医疗服务提供者在紧急情况或例行访问。病人可能会意识到自己的诊断,疾病控制和监控通过短信,电子邮件和手机应用程序在任何地方和时间。第三,在系统的帮助下,医院可以提供更好的个性化医疗、疾病管理和服务,病人和他们的亲属。 The mobile-based approach also provides a better and flexible way of communicating with physicians, patients, and medical suppliers. Finally, when the project is complete, government officials can understand the public health conditions of Taiwan by visual and dynamic graphs. With the long-term tracking data for physiological sensing, reliable prediction models for epidemic diseases and chronic diseases can be developed for the government to respond to and control diseases immediately.

然而,这个国家的最具挑战性的任务项目基础设施的成本,协调与当地医院机构。它会照顾年有足够的检查框和社区智能医疗站在台湾在每个城镇和乡村。除此之外,当地公共卫生部门需要提供足够的支持和指导当地医院,因为当地医院的人员负责提供健康关心和在紧急情况下的医疗服务。系统可能还需要考虑加入更多的无线传感器设备(如生物传感器组成传感器穿在身上(项链、手表、或环)和环境传感器(床、卫生间、或浴缸)和监视测量生物身体活动的数量。因为语义传感器网络技术使共享和重用数据通过标准化的传感器数据描述(30.),未来的系统可以评估采用这种技术的必要性在全国各种应用程序的互操作性。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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