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移动健康监测管理系统的设计与实现

李亚萍  
【摘要】:近年来,人口老龄化加剧、人们生活方式发生变化,种种社会、经济和环境因素造成慢性病的患病率逐年升高。2.6亿例已确诊的慢性病己成为我国全民健康的一个重大隐患,给患者个人及家庭带来经济压力和思想负担的同时,也为整个医疗体系和社会服务体系带来了不小的挑战。病程长、预后差、并发症发病率高是慢性病最主要的几大特点,而中心医院医疗资源不足、大部分患者家庭经济能力有限,这将意味着慢性病患者无法接受长期的监护与治疗。为了改变这一现状,现有的以中心医院为主的慢性病防治模式急需向社区卫生服务站以及家庭转变;同时,医疗模式也应从“治病为主,预防为辅”向“上工治未病”这种以预防控制为重点的模式转变。 如何在不影响正常工作和不降低其生活质量的前提下,为慢性病患者提供有效的健康干预和防治手段,是目前慢性病防控工作的重点和难点。本课题组以此问题为研究点,研究开发一套可在日常生活、工作环境中使用的慢性病健康管理系统,既满足慢性病患者对于日常监护和健康干预的需求,又可达到对慢性病进行科学的管理从而实现慢性病防控的目的。该系统由微型多参数健康监护终端、健康手机和健康管理服务器三部分组成。 传感器、通信网络、电子等技术的快速发展促进了移动医疗的发展,而移动智能终端因其灵活的功能定制、强大的运算处理能力及广大的用户群体,为移动医疗尤其是移动医疗监护提供了一种新的有效手段。本文研究与设计的重点为在移动智能终端上实现移动健康监测管理系统,即实现通过蓝牙无线传输技术接收健康监护终端采集的生理参数数据,并对其进行健康管理,同时将这些数据由网络传送至健康管理服务器作进一步的处理。 早期的移动监护系统,如Holter系统、基于电话(BP机)或基于PC机的监护系统,虽然使患者生理指标的监测不再局限于在医院进行,但因其信息的读取依靠特定的仪器或处理的信息量有限或监测过程中活动范围受到限制等,很难满足在不影响使用者正常工作与生活的前提下对生理信号进行监测的目的,故不能得到有效的普及与推广。穿戴式监护的概念一经提出,便迅速得到了广泛的关注,并有众多的研究者开始着手研究基于穿戴式设备的健康监护。近几年,随着移动智能终端和移动通信技术的飞速发展,基于3G/4G网络和移动智能终端的健康监护系统成为医疗监护领域的一个研究热点及未来的一个发展方向。 本文在分析了现有智能手机操作系统的基础上,选择市场占有率较高、开发技术成熟的Android和iOS,作为移动健康监测管理系统开发平台。健康手机作为整个健康监测管理系统的中间层,需完成“上传下达”的任务,即采集多参数健康监护终端的生理数据和与健康管理服务器中间的数据交互。通过对慢性病健康监测和健康管理的需求进行分析,系统将主要功能分为健康监护、个人信息管理和健康信息管理三大部分。其中,健康监护又可分解为蓝牙数据通信、监护数据的获取和显示。为保证数据的稳定性与安全性,定义了健康监护终端与健康手机之间通过蓝牙传输数据需遵循的通讯协议。根据Android和iOS两个系统自身的特点,分别实现了基于上述两个操作系统的智能移动客户端。 Android客户端实现的功能有个人信息、健康日志、日常监测、诊断监测、互动平台、预约挂号和健康网站,iOS客户端实现了个人信息管理、健康监测、健康信息管理和跌倒监测的功能。 跌倒在慢性病患者中有较高的发生率,及时的发现跌倒并进行救治能够降低因跌倒造成的伤害程度甚至减少死亡的发生。本课题在iPhone上实现跌倒监测算法,利用手机内置的三维加速度传感器和陀螺仪采集人体运动的三维加速度及角度变化的信息,从中提取与人体运动的加速度、剧烈程度和倾斜角相关的特征值,再使用多阈值判断的方法来判断人体是否发生跌倒。实验采集了大量跌倒及日常生活事件的数据,在MATLAB上对此进行分析处理,确定阂值判断算法中的阈值,并通过真实的跌倒和日常活动事件来检测本算法的误报率和错报率。实验结果表明算法达到99.25%正确率,能有效检测跌倒。 本研究针对慢性病患者及其他追求健康生活的人群,设计了移动健康监测管理系统,并在Android和iOS上分别实现了客户端应用程序。研究并定义了手机与多参数健康监护终端的蓝牙模块之间通讯需遵循的数据协议;该系统在监护终端提供生理参数的基础上,实现了心率、血样饱和度、ECG的实时监测;对这些生理参数进行存储与管理,进而为使用者的健康状况提供有效依据;利用手机内置的三轴加速度传感器和陀螺仪获取人体运动的特征值,并通过阂值判断算法实现人体跌倒检测。但是本研究还存在着需要完善和进一步解决的问题,如应用程序的健壮性、稳定性和用户体验需进一步提高;客户端的功能应结合用户的使用反馈作进一步的修改与加强;跌倒检测算法需获取更多的真实数据来提高算法的准确度。随着移动健康监测管理系统及其他系统模块的开发与完善,健康监测管理系统将提供一套针对慢性病的行之有效的健康管理系统。


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