1、基于嵌入式系统基于嵌入式系统的的远程远程家庭健康监护系统家庭健康监护系统摘摘要要随着生活方式、饮食习惯的改变，以及人口老龄化的发展，慢性病的患病率逐年上升，有必要对慢性病进行健康管理。在社会医疗保险与商业医疗保险、慢性病健康管理公司和医院多方之间合作机制的远程家庭健康监护的管理模式下，基于NET框架，设计远程家庭健康监护系统，实现了健康服务内容和健康服务展示和交互，由医生为病人制订灵活的健康方案和身体监测方案。根据系统需求设计了基于嵌入式系统的适用于远程家庭健康监护系统需求的检测终端设备。关键词：嵌入式系统，健康管理，远程医疗，远程家庭监护关键词：嵌入式系统，健康管理，远程医疗，远程家庭监护2
2、000年我国60岁以上人口达1.3亿，占我国总人口的10.09，到2025年我国老龄人口将达到20%。老龄人口的增加将给社会生活的多方面，尤其给健康护理带来巨大的压力。无论从老年人自身还是从照顾者方面来说，都急需来自医疗、社区等方面的服务机构的支持和帮助。我国政府对实现世界卫生组织“21世纪人人享有保健”这一目标作出了承诺，2006年2月国务院关于发展城市社区卫生服务的指导意见提出以人为本，构建和谐社会的要求，实现人人享有基本卫生服务的目标，发展面向家庭和社区的远程医疗技术已具有迫切和现实的意义。目的和意义目的和意义(1)取代部份机构/医院健康照护的频率，减少医疗与照护人力的需求。(2)健康监
3、护老年人在熟悉的环境中进行，减少患者的心理压力，提高诊断的准确性。同时有利与患者的康复。(3)使传统的反应式(Reactive)的健康照护方式，转变为预防式(Preventive)，同时提供个性化的健康管理方案(Disease Management)。(4)远程家庭健康监护系统通过远程诊断和会诊，满足高龄化社会的慢性疾病照护需求，减少了患者去医院的时间和费用，同时能更及时发现健康异常。(5)远程家庭健康监护系统具有广泛的服务对象，可以提供对普通的患者和健康人群提供一个学习医疗知识的机会，提高全名的医疗保健水平和预防疾病的能力。(6)远程家庭健康监护市场以每年20的成长率快速成长，Forrest
4、er Research资深分析师El izabeth Boehm预测将在2010年达到50亿美元的规模，2015年更将攀升至340亿美元，市场前景广阔。六个目的和意义六个目的和意义日本Sukoyaka Family 21计划和全国性远距居家保健照护服务欧盟行动式健康照护MobiHealth计划欧盟TETRA系统芬兰健康管理美国IDEATEL计划台湾地区行动医疗与远距照护解决方案国内“健康手机”项目国内外远程家庭健康监护系统研究和实施现状国内外远程家庭健康监护系统研究和实施现状远程家庭健康监护系统的运行模式远程家庭健康监护系统的指导规范远程家庭健康监护系统的软件的技术框架适用于远程家庭健康监护系
5、统需求的基于嵌入式系统设备系统功能设计实施健康管理是变被动的疾病治疗为主动的管理健康。医疗保险管理机构通过慢性病服务体系与医疗费用支付模式的构建，根据“按人头付费”的支付原则，充分调动医疗服务提供方的主观能动性，采取综合的慢性病健康管理措施，提高有限的医疗保险基金的使用效率。取得保方实现费用控制，需方得到较好的医疗服务，供方获得应有利益的多赢效果，从而实现医疗保险制度改革的目标。在整合现有医疗系统、社区卫生服务资源和健康服务公司的基础上的3种慢性病健康管理模式：1、健康管理和社区卫生整合，强化社区卫生服务功能2、慢性病专病定点3、建立社会医疗保险与商业医疗保险、慢性病健康管理公司和医院多方之间
6、合作机制的远程家庭健康监护的管理模式。远程家庭健康监护系统管理模式远程家庭健康监护系统管理模式体检中心 健身中心 健康促进单位服务对象和内容服务对象和内容 需需 求求控制中心照护医疗机构社会医疗保险机构 商业医疗保险机构ADSL 局域网 GPRS CDMA 3G等无线 血压 血糖 体重 肺功能 心电 呼吸 体温 脉率 血氧饱和度疾病患者/刚出院人员生理参数检测 病情管理 紧急呼叫 远程监控 用药提醒老年人/慢性病患者生理参数检测 照护服务方案管理用药提醒孕妇/幼儿生理参数检测 保健、照护膳食和运动管理服务方案管理企事业/一般人员生理参数检测 保健 膳食和运动管理各方合作的远程健康监护管理模式下
7、的营运图医院信息系统(HIS)与HL7国际标准医院信息系统(HIS)HL7国际标准医学影像储传系统(PACS)与DICOM国际标准医学影像储传系统(PACS)DI COM国际标准医疗信息通讯接口(MIB)与lEEE1073国际标准远程家庭健康监护系统的标准规范远程家庭健康监护系统的标准规范远程家庭健康监护系统设计的指导规范主要体现为以下四个标准：心电信息的标准化通讯协议(SCP-ECG)血压等离散信息的标准化通讯协议(SCP-BG)温度计等IO接口离散信息的标准化通讯协议(SCP-IO)TCP传输信息的标准化通讯协议(SCP-TCP)基于SOA技术，实现了一种面向服务的远程服务流程架构，其中服
8、务的内容和服务的形式可以由医生定义；同时基于AOP技术，实现了远程家庭健康监控仪器的操作流程和可视化界面的定制，远程家庭健康监控系统中的核心控制软件是根据SOA定制的服务内容临时进行下载和组装而成的，困此不同的病人在同一台家庭健康监护仪器上看到的内容不同，完全是针对病人自身的实际情况由医生进行针对性设计的在远程家庭健康监控中，医生为病人确定诊疗服务项目，健康管理师根据诊疗服务制订具体的服务管理计划，并下发到病人监控客户机设备上，由于服务和访问服务的客户机并未彼此绑定，因此可以完全替换用于某个特定的服务也可以在一定规约下增加新的服务。系统开发架构和系统网络模式系统开发架构和系统网络模式软件框架模
9、式软件框架模式面向服务架构（面向服务架构（SOASOA）和面向方面（）和面向方面（AOPAOP）在系统中的运用）在系统中的运用在SOA基础上架构的软件系统由三个组成部分构成。1)健康服务，包括了健康服务(MonitorWS)、趋势分析服务(TrendsWS)、对话服务、膳食管理服务、运动服务、定时任务服务、消息服务。2)健康管理动作，包括了提问(Question)、日志(Blob)、监测(Monitor)、日历(Calendar)、视(音)频(Video)、信息列表(List)等。3)健康管理栏目，包括了监测(MonitorItem)、任务(TaskItem)、膳食(MealItem)、运动(
10、SoprtItem)等。医生定义了7种基本的健康服务，每一种服务由一系列的动作(Action)组成，至于什么样的服务是由哪些具体动作构成的，则是由医生和健康管理师自己定义的；服务定义好以后，再由健康管理师针对病人情况，将不同的服务分配到健康监护设备的不同栏目(Healthltem)上，从整个的系统构成可以看出，软件只是提供了一个基础架构，最终的执行版本是由医生和健康师动态生成的。初始时家庭监护终端仪器上只安装了一个基本软件系统，该软件的主要功能是通过WebServices访问服务接口，获取医生定义的服务配置文件，并根据配置文件下载相应的程序资源，然后启动下载后的程序资源就退出了。该系统实现了一
11、种基于AOP的预描述机制，实际上基本软件系统就是一个AOP容器，该容器基于以下的XML描述使用类的反射机动态装载资源。以一个流程为例说明这个架构的应用过程。首先医生根据病人的实际情况，制订应为病人提供的服务，包括定期的血压监测、知识教育、信息提醒、膳食指导，在定义的服务的同时，还要指定每一种服务是由哪些具体动作来完成的，血压检测是由一个Monitor动作实现，知识教育是由三个Question动作实现，信息提醒是由一个定时显示的Message动作实现，膳食指导是由List动作和Video动作组合实现。其次，健康管理师根据医生要求的服务，为这些服务定义具体的执行时间和执行方式，以及在家庭监护仪器上
12、对应的栏目，栏目的分派过程是任意的，可以将血压检测服务分配到名称为今日任务的栏目上；将知识教育分配到今日对话栏目；将信息提醒分配到定时器栏目上：将膳食指导分配到膳食运动栏目上。系统自动保存该病人的服务定义配置文件，并根据该文件将服务组织成一系列的DOTNET DLL，这个组织过程是由Dispatcher对象自动在后台完成的。最后家庭监控仪器开机后通过SOAP服务接口获取服务定义文件和相关的dll，并根据服务定义动态组装软件。GW-IFGW-IF手持终端手持终端手持终端手持终端GW-IFGW-IFGW-IFGW-IFGW-IFGW-IFGW-IFGW-IF电信网通等宽带运营商医生终端血压仪健康终
13、端公网VPN公网VPN公网VPN中心机房坐席坐席专线中心路由器后台通信机 数据库服务器 FTP服务器 WEB服务器地区接入公网VPN家庭监护终端设备的设计策略：1、为适用各类家庭用户不同监护项目的要求，设各设计系列化，模块化；2、多功能家用检测设备可以具有多达11个串口和3个USB口，实现多模块多参数同时检测，有利于医生对各种生理参数的对比分析；3、为了在不干扰使用者的日常生活情况下实现实时监护，采用灵活的通信方式，可以选择ADSL、LAN、GPRS、CDMA等有线和无线方式联入INTERNET与服务中心通信；4、为了适应长时间稳定工作并省电，采用嵌入式系统作为设备的软硬件平台；5、长时间的心
14、电和呼吸记录功能；6、方便用户使用，采用汉字图形界面，支持触摸屏操作，具有良好的人机界面；适用于远程家庭健康监护系统需求的嵌入式终端设备家用监护终端设计包括：硬件平台、操作系统、应用软件和通信接口四个部分。家用监测终端设备的操作系统选择1、u C/OS-II操作系统2、Windows CE操作系统3、Linux操作系统家用监测终端设备的硬件平台选择所有的32位嵌入式平台应用软件设计包括人机界面、模块控制、检测数据采集显示存储和健康管理方案的执行四个部分。1、人机界面多功能检测设备采用用户熟悉的图形界面，控制键盘和触摸屏结合简单易用；大屏幕显示动态心电图和血压、血糖等趋势图，提供实时显示或回放功
15、能，实现医院心电监护仪相同的功能和相似的界面风格。2、模块控制使用设计统一的模块通信协议集，各种模块使用一致的报文协议，保证模块的适应性和扩展性；3、检测数据采集显示存储设计统一的数据存储格式协议，保证单一模块使用或多模块同时使用，生成的数据文件格式一致。4、健康管理方案的执行设备使用者的特征和他们的疾病被医生或其他医务人员进行评估，定制模式分析规则和报告触发条件，作为健康管理方案下载到用户的设备中，方案按照规则自动执行，引导用户定时进行相关的检测，并实时分析检测数据并触发异常报告。所有的检铡数据和过程信息将及时上传到服务中心，供医生分析、重新评估或修改相应的规则有关的参数。应用软件设计各类设
16、备由ARM系列嵌入式系统，采用 uC/OS II，Windows CE，Linux等操作系统，鉴于系统的复杂性，需要一系列的接口，下图描述了各种检测设备之间及检测设备与服务中心设备之间的通信接口。根据不同客户的需求，检测设备分为二大类。一类为可以连接其他检测设备的多功能检测设备，如HM型家用检测终端，HG型家庭网关，这些设备本身带有检测模块插槽，可以插心电模块、呼吸模块、血氧模块、血压模块、通信模块等模块，实现心电、呼吸等生理参数的实时检测显示、存储和同服务中心通信，同时提供串口、USB、WIFI等接口，外置连接其他生理检测仪器，如B类设备。另一类为单功能检测设备，如手持心电仪、血氧仪、血压仪
17、、肺功能仪、血糖仪、电子体温计等，这类设备可以单独作为单功能的检测仪使用，也可以通过适应的接口接入多功能检测设备。通信接口设计通信接口设计SCP-ECGSCP-ECGSCP-BGSCP-BGSCP-BGSCP-BGSCP-BGSCP-BGSCP-ECGSCP-ECGSCP-ECGSCP-ECGSCP-IOSCP-IOSCP-TCPSCP-TCP蓝牙蓝牙/WiFiWiFi移动心电仪移动心电仪血糖仪血糖仪血压仪血压仪血氧仪血氧仪肺功能仪肺功能仪电子温度计电子温度计体重仪体重仪采集模块采集模块家庭网关家庭网关通信接口设计通信接口设计示意图示意图1)系统开机下载升级文件，自动对应用程序、配置文件和内核
18、升级；2)自动识别USB接口身份卡，读取卡上用户信息，显示主界面；3)下载用户健康档案、保存、显示；4)通过外置串口从仪器上读取用户的血压、血糖、肺功能、血氧数据，通过内置串口模块实时接收用户的心电、血氧数据并显示上传数据至远程健康数据管理中心；5)手工输入用户的血压、血糖、肺功能、体重、体温等数据上传数据至远程健康数据管理中心：6)按用户要求显示心电、血氧、血压、血糖、肺功能、体重或体温的趋势图；7)同步心电终端的心电数据，显示心电图：8)下载用户健康管理方案，显示方案内容并执行我的对话、我的任务：9)下载膳食指导、运动指导、食谱和相关的基础数据，记膳食日记和运动日记，上传数据至远程健康数据
19、管理中心：l 0)下载用药指导、我的处方、用药历史记录，提取近日用药信息；家用健康监护终端基本功能11)下载我的消息、教育信息和教育媒体，并显示；12)提供用户注册和服务申请，服务预约；13)提供影集、用户、天气，电话、待机和闹钟等的功能设置：14)提供系统升级、日期时间、网络、语言、音量、电源、背光和触摸屏校准等系统设置；1 5)提供关闭LCI)、播放默认目录和播放电子像框等三种模式的屏幕保护功能；16)提供8组闹钟功能；17)自动网络获取天气预报信息，并显示；18)通过SPI获取室内气温和湿度信息，并显示；19)获取电源状态变动事件，电池供电时提示用户；20)获取键盘事件，按键进入相应功能
20、项：21)提供电话接收和拨打功能1、家用监测终端设备对使用者的各种生理参数进行检测，井根据需要将实时数据上传服务中心，并能接收医生诊断结果和健康管理方案。2、服务中心作为健康管理运营机构提供管理客户(慢性病患者或者有健康管理需求的人员如减肥人员等)健康数据的统一平台。3、医院等第三方-服务方医院集中了社会主要的医疗资源和大量的医学专家，可以为系统提供各种疾病健康管理方案，远程专家咨询，并完善专家系统知识库。4、连接上述三方的通信网络随着Intemet/Intranet技术的发展，宽带和无线网络的普及通信网络为系统的实现提供了技术平台。系系 统统 组组 成成健康管理公司服务中心健康管理公司服务中
21、心家用监测终端设备照护/医疗机构通信网络通信网络远程家庭健康监护系统的硬件：功能检测仪家庭综合监护仪数据库和WEB服务器及通信网络组成的服务平台医生和健康管理师终端设备组成。系统硬件结构移动心电仪血压仪血糖仪血氧仪体重仪电子温度计肺功能仪医生终端IF通讯机家庭网关文件服务器WEB服务器家庭监护仪采集模块远程家庭健康监护系统软件基于net平台构建，B/S模式和C/S模式结合，数据库平台采用oracle10.2.0.1。软件采用多层开发模式，即服务平台使用数据访问层(DAO层)、业务逻辑层(SERVICE层)、WEB控制层三层结构，结合设备客户端软件使用C/S模式三层结构，并且在各层整合多种当前成
22、熟的开源技术。系统软件结构服务平台B/S三层结构设计：B/S(Browser/Server)模式：利用通用浏览器完成访问数据库的界面操作。主要事务逻辑在服务器端实现。基于B/S体系结构的软件的优点：系统安装、修改和维护全在服务器端解决。用户仅需浏览器运行全部的模块，容易在运行时自动升级。WEB控制层：-Browser浏览器，为用户提供GUI图形接口；业务逻辑层：-Appl ication Server一应用服务器；数据访问层：-Database Server一数据库服务器；客户端软件使用C/S模式三层结构设计：三层C/S结构：将应用功能分成表示层、应用层和数据层三个部分。表示层：应用的用户接口
23、，用户与应用间对话，使用图形接口。应用层：应用的本体，驻留在应用程序服务器上的业务处理程序。数据层：数据库管理系统，负责管理数据库读写。三层分别放在各自不同的硬件系统上。服务器和服务器间要进行数据传送。灵活性高，能适应客户机数目的增加和处理负荷的变动。在追加新业务处理时，可以相应增加装载功能层的服务器。医生页面医生页面客户页面客户页面管理页面管理页面服务接口服务接口健康检测健康检测方案执行方案执行服务接口服务接口方案管理方案管理客户管理客户管理系统管理系统管理ADO.NETADO.NET实用程序实用程序通信网关通信网关WEB控制层服务中心软件服务中心软件业务逻辑层（SERVICE层）数据访问层
24、（DAO层)设备应用软件设备应用软件设备业务逻辑层用户界面用户界面事件管理事件管理屏幕触摸事件屏幕触摸事件电源事件电源事件键盘按键事件键盘按键事件用户消息事件用户消息事件健康脚本事件健康脚本事件系统消息事件系统消息事件系统管理系统管理文件系统处理文件系统处理TCP/IPTCP/IP通信通信HTTPHTTP服务服务FTPFTP服务服务功能模块功能模块设备管理设备管理健康档案健康档案自我检测自我检测健康趋势健康趋势我的任务我的任务ECGECGSPO2SPO2RESPRESPBGBGBPBPBWPBWPSPIROSPIROBTBT膳食运动膳食运动我的用药我的用药消息资讯消息资讯我的服务我的服务电子相
25、册电子相册电话电话数字电台数字电台天气预报天气预报温湿度温湿度网络连接网络连接闹钟闹钟系统升级系统升级外外部接口部接口系统与打印机、终端、报警设备和传感器的通信。1)模块通信协议2)IF通信协议3)SPI温湿度计通信协议4)设备数据文件存储格式5)PFM血压仪通信协议6)ML肺功能仪通信协议7)血糖仪通信协议系统接口系统接口用户接口用户接口1)LCD显示屏2)键盘3)声音内置扬声器。数据结构设数据结构设计数计数据流程图据流程图1、点名2、开始采集3、停止采集4、设置时间5、设置参数1、点名应答2、开始采集应答3、开始发送数据4、停止采集应答5、设置时间应答6、设置参数应答读：1、数据文件2、设
26、置参数文件3、天气预报文件4、日志文件5、系统参数文件写：1、数据文件2、设置参数文件3、天气预报文件4、日志文件5、临时文件血压、肺功能、血糖仪等检测设备1、点名2、读数据3、设置时间4、设置参数模块通讯协议设备相关协议1、点名应答2、发送数据3、设置时间应答4、设置参数应答1、方案执行结果文件2、膳食日记文件3、运动日志文件4、服务申请5、预约申请1、健康档案2、健康方案3、教育资讯4、我的用药5、基础数据6、膳食指导7、运动指导8、服务信息9、预约信息1、升级文件2、参数文件3、配置参数1、家用终端登陆，退出信息应答2、请求开始检测设备3、停止检测4、设备告警应答5、设备检测数据上传完成
27、应答6、程序升级应答7、设备参数应答1、家用终端登陆2、设备开始检测应答3、设备停止检测应答4、设备告警5、设备检测数据上传完成6、设备请求程序升级7、设备请求参数文件系统文件服务器WEB服务器GW-IF通信机家庭终端检测模块数据文件NFSIF-HMFTPHttpSoap模块通讯协议1)主界面2)我的任务界面3)自我检测界面4)功能操作界面5)服务中心平台软件界面主要运行界面主要运行界面 爸爸爸爸返回返回血压血压 血糖血糖 血氧血氧 心电心电 肺功能肺功能呼吸呼吸 体温体温 体重体重 家庭监护家庭监护 其他功能其他功能随着医疗费用的急剧升高，改革医学模式的呼声愈来愈高，它必将由生理一医学一技术模式发展成认知一心理一社会更加密切结合的模式。因此医学将不仅为疾病诊断与治疗服务，更要着眼于保健与预防。诸如：社区医疗与家庭保健的发展，亚健康状态的定量检测，集体与个体医学信息的充分利用。结合当前的医疗制度改革，医疗资源供给不足的现状，研究老年人和慢性疾病患者的健康照护方式，建立远程家庭健康监护系统是针对21世纪所面临的社会老龄化、医疗费用高，以及我国人口众多、医院和交通有限等一系列严重的社会问题提供的一种解决方案，目标是实现医疗进入家庭，预防为主代替治疗为主，使用户在家中实现诊断、监护和治疗。展展望望
