第七章 物联网应用示范系统

7.1  系统一 智能远程医疗急救系统

    智能远程医疗急救系统是一种以呼叫中心和网络平台为中心，与急救中心、医疗机构、健康咨询机构等相结合，集监测、定位、呼救于一体的健康救助系统，是十分典型的物联网应用系统。该系统包括无线心电监护仪、无线血压计、无线血氧仪等医疗设备以及健康手机和网络平台。借助物联网相关技术的应用，这些医疗设备可以让用户无创伤地测量心电图、血压、血氧等数值，并将这些代表生命体征的数据发送和同步显示在手机上，以便用户实时监测自身健康状况；同时手机自动将这些测量数据转发到网络平台的个人电子健康档案库，供医院和专家参考，以实现准确快速的治疗。当用户出现意外时，按下手机上的紧急救助键，手机会自动和急救中心、服务中心接通，实现紧急救助。

    1．系统概述

    国家统计局的调查数据显示，全国60岁以上人口为1.3亿，占总人口的10%，是世界上唯一一个老年人口超过1亿的国家。也就是说，中国已正式进入“老龄时代”。随着新中国成立后50年代出生高峰的人口即将进入老年，预计到2015年，我国老年人总数将突破2亿，2027年超过3亿，2044年将超过4亿。
    中国在养老、医疗、长期照料服务等社会保障制度方面还不是很完善，在城乡二元结构尚未根本改变的情况下，解决老有所养、老有所管问题，已成为一个涉及千千万万个家庭、牵动着社会神经的敏感话题。胡锦涛主席曾指出：“尊重老年人、关爱老年人、照顾老年人，是中华民族的优良传统，也是一个国家文明进步的标志。我们要弘扬中华民族尊老敬老的传统美德，大力发展老龄事业，给予老年人更多生活上的帮助和精神上的安慰，让所有老年人都能安享幸福的晚年”。这也充分体现了国家对人口老龄化问题的高度重视。
    目前社会出现了许多的“2＋4家庭”，即夫妻双方要照顾4位老人。而由于生存压力以及人们生活习惯的改变，老人和子女们不在一起生活的空巢家庭也越来越多。资料显示，我国目前身边无子女、又无他人照料的“空巢老人”有2340万之多，约占老年人家庭的20%。专家认为，随着我国社会老龄化的加剧，家庭空巢化成为社会发展的必然趋势。预计到2030年，我国空巢老年人家庭可能达到老年人家庭的90%。届时，我国老年人家庭将“空巢化”。老年人的养老与健康问题已经成为社会和谐发展的重要议题。
    当空巢老人遇到疾病突发时，往往会因为身边无人照料而错失救治良机。尤其是有心脏病的老人，在病情发作的情况下多伴有神志不清、无行为能力等症状，很多情况下病人已经无法自己完成呼救等一系列救护措施，最后因错过最佳抢救时机而造成不良后果。在2002年，中国有230万人的死亡与心血管疾病相关。世界卫生组织公布的《2008年世界卫生统计》报告中指出，全球每年有1700万人患心脏病，患心脏病等慢性病的死亡人数还将不断增加，这种趋势将延续至2030年。据统计，全世界心血管病每年夺走1200万人的生命，接近世界人口总死亡人数的1/4。“中国约有1亿高血压患者，每年新发生脑卒中病例约300万，心肌梗死60万人，心脑血管病死亡人数约260万，平均每小时死亡300人”，这是出席第二届五洲国际心血管病研讨会的北京安贞医院院长张兆光教授提供的数字。他说，近年的统计数据显示，中国人群的心脑血管病正在逐年上升，总数已经大大高于美国、加拿大、法国、瑞士、日本等国家。
    远程健康管理与救助系统正是基于“尊敬老年人、关爱老年人、帮助老年人”的优良传统，为空巢老人尤其是心脏病患者、高血压患者等提供了一种能够实现自动呼救功能的远程保健救助系统，在一定程度上解决关系国计民生的老年人健康问题。

    2．系统架构

    基于物联网的智能家庭远程医疗急救系统包括无线血压计、无线心电监护仪、无线血氧仪以及基于物联网的手机和网络服务平台等，多种健康监护及测量设备佩戴在身体的不同部位，尽量做到对正常生活无影响。这些设备最终通过物联网手机汇聚到网络服务器上，并通过多种手段与亲属、急救中心及医院专家形成一个远程救助的网络，如图7-1所示。

    本系统紧密结合物联网技术，具有以下技术特点。

     （1）终端设备之间的无线通信技术

    目前，基于物联网的手机与电子医疗设备（无线血压计、心电监测仪、血氧仪）之间的通信采用手机上的常用蓝牙接口，使得用户携带和使用非常便捷。当然，随着物联网应用的发展，也可以采用ZigBee、低功耗蓝牙、WiFi等短距离无线通信技术。
在健康监测感知设备方面，用户可根据需要自行选择使用无线血压计、心电监护仪、血氧仪等便捷式微型医疗设备，利用这些医疗设备测得的血压、心电图、血氧等数值，通过蓝牙通信的方式实时传送给手机，以便于用户通过手机进行自行监测，并传输到远程。

    （2）动态心电、血压、血氧含量实时监测

    智能物联网手机从无线血压计、心电监护仪、血氧仪等医疗设备接收测量数据后，能够相应地实时显示血压数据、心电图和血氧数值，也可以将测量结果以短信形式自动发到子女的手机上，便于子女对老人身体状况的随时了解和把握。同时，手机还设置有自动告警功能。当这些测量结果处于设置的异常值范围内，手机会发出不同级别的告警提示，提醒用户注意休息或及时就医。
医学研究表明，心脏的电活动与机械活动或血液动力学，是相互联系的过程。心脏电活动的改变会引起血液动力学的改变。动态心电图和血压的同步监测，可提供心血管疾病患者的实时动态心电图与血压之间的时间对照。为揭示心电与血压这两种信息的内在联系提供了重要资料。血氧是呼吸循环系统的重要生理参数，很多心脑血管疾病是由于血氧含量不足引起的。心肌对缺氧十分敏感。因此，动态心电、血压、血氧含量三合一检测，为缺血性心脏病、缺氧性心脏病、高血压的诊断提供了新的有效检测手段，为制定动态给药治疗提供强有力的依据。

    （3）物联网智能手机的“一键呼救”功能

    当有意外突发时，用户可以按下手机上的紧急救助键、一键接通急救中心，手机也会自动和急救中心接通，而且手机听筒和话筒同时打开，用户在呼救时不用将手机举到嘴边。同时，手机还给服务中心、监护人发送求救短信，求救信息中包含用户所在位置，以便于急救中心根据准确定位及时前来救助，使救护更加迅速、及时，给挽救生命赢得更多的时间。
手机还将支持蓝牙无绳电话功能。如果用户在家里同时安装蓝牙网关，则手机平时当无绳电话使用，避免老年人用户接听电话时行动不便导致滑倒摔伤、扭损肌肉韧带等事故，实现了固网与移动的融合；而当用户出现意外而室内手机信号弱时，手机“一键呼救”自动通过网关接入固定电话拨打急救电话，安全可靠。

    （4）网络平台的电子健康档案库

    手机通过物联网自动将血压、心电、血氧等测量结果转发到网络服务平台，以建立个人电子健康档案库。网络服务平台可以提供24小时的自动录入服务。用户及亲属、急救中心、医院皆可以远程登录，随时查询、关注老人的健康状况。该平台还能提供系列健康信息及其他关怀服务，如健康指导、饮食指导、健身指导、各种纪念日提示等。另外，网络平台还会提供绿色食品等与日常生活息息相关的信息等内容。
    针对后台数据库，在文件存储方面采取安全周密的备份方案，采用安全可靠的磁盘阵列，具有灾难恢复等技术，从而保证系统的稳定、正常运营；会员档案管理平台，采用安全可靠的加密通道机制访问，避免数据被其他人在中间截取，页面登录采用加密效验码，防止重复登录、暴力登录；完善的权限管理和信息安全设置，对于登录用户，所有能登录的都必须是通过400电话人工实名认证的会员，并且根据用户类型不同还具有不同的认证和使用方式，如用户需要强制的实名制认证和审核方可使用，并且用户只能访问自己的信息或者家人信息，而不能去访问其他用户的信息，从多方面保证用户隐私信息的安全性。
    网络服务平台的服务人员需要24小时接听电话，随时提供监测服务，及时处理客户终端发出的救援信息，为急救中心提供必要的健康信息及位置信息，以随时协调救治。

    （5）医疗增值服务功能

    本系统可以和医院合作，请有经验的医生、专家根据病人传送到网络平台的电子健康档案提供健康咨询服务以及远程治疗建议。医生可以通过网络平台查询病人的过往病历，了解病史以及心电、血压、血氧等检测记录，从而更好地判断病人的病情以及对病人治疗效果的跟踪。如病人在家治疗，可以直接在网上跟踪病人的血压、心跳情况。
 

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    3．工作流程

    （1）手机和无线设备的工作流程

    如图7-2a所示，手机先要和无线设备进行连接，连接成功后，用户开始测量，测量的数据能够显示在手机屏幕，测量结束后，手机通过GPRS将数据上传到网络服务器。用户也可以通过网页查看测量结果。

    （2）网络服务器的数据处理与服务流程

    后台软件按照设定的标准，对接收到的数据进行分析，分析结果保存到服务器，同时可以将结果发送到用户以及监护人的手机上，如图7-2b所示。同样，用户也可以通过网页或其他方式定制查看分析结果。

    （3）医疗检测与实时健康报警工作流程

    测量过程中，通过测量得到数据判断，如果数据不在正常值范围内，手机会发送报警信息到后台，服务器通过网络将信息发送给客服。客服看到告警信息后，会立即电话联系使用者或者其监护人，如果问题属实且严重，客服会帮助联系急救中心，如图7-2c所示。

    （4）医生对病人进行实时监测

    用户在测量心电过程中，可以上传数据到服务器。医生通过客户端程序或者网站能够实时浏览用户上传的心电图，对用户出现的问题进行及时、准确的分析。分析结果会保留在数据库中，用户也可以通过网页进行查看，如图7-2d所示。

 

    4．系统特点

    1）智能家庭远程医疗急救系统是一套融合多项物联网技术的综合应用系统，以呼叫中心和网络服务平台为中心，与急救中心、医疗机构、健康咨询机构等相结合，集监测、定位、呼救于一体的远程保健救助服务系统。
    2）手机支持与电子医疗设备之间的蓝牙自动群连接技术，能对组成群的电子医疗设备进行自动建立蓝牙连接和断开蓝牙连接，免去用户的烦琐操作，同时蓝牙通信解决了线缆的困扰问题，使得用户携带与使用非常便捷。
    3）实现了动态心电、血压、血氧含量三合一检测，为缺血性心脏病、缺氧性心脏病、高血压的诊断提供了新的有效检测手段，为制定动态给药治疗提供强有力的依据。
    4）将蓝牙网关与手机结合，可以克服GPS无法进行室内定位的技术难题，成功解决了对事发地的室内环境实时定位问题。手机支持一键呼救功能。意外突发时，只要用户长按此键，手机就给监护人、服务中心发送求救短信并拨打急救电话。
    5）手机通过网关绑定固定电话，平时当无绳电话使用，避免老人接听电话时行动不便导致出现滑倒摔伤、扭损肌肉韧带等事故，实现了固网与移动的融合。当室内手机信号弱时，手机自动通过网关接入固定电话拨打急救电话，安全可靠。
    6）手机从血压计、心电监护仪、血氧仪获取测量数据后实时显示，如血压值、心电图、SpO2值，方便用户24小时随时监测并短信通知亲友。同时手机可通过GPRS将测量数据传送给网络平台，建立用户个人电子病例。该平台还能提供系列健康信息及其他关怀服务，如健康指导以及饮食指导以及健身指导以及各种纪念日提示等。另外，网络平台还会提供绿色食品等与日常生活息息相关的信息。
    7）网络平台建立个人电子病历供医院和用户随时查询，以实现准确、快速的治疗。采用先进的网络平台后台技术与数据加密技术，确保用户信息安全。

    5．系统组成

    基于物联网的智能远程家庭医疗急救系统包括物联网手机、无线血压计、无线血氧仪、无线心电监护仪以及基于物联网的网络服务软件平台等。这些设备及系统形成一个完整的物联网应用示范系统。另外，为了方便读者进一步了解智能医疗，第6章设立了相关演示实验，可以通过动手操作甚至编程对本系统有深入了解。系统终端设备的主要参数如表7-1～7-4所示。