(1.西安交通大学管理学院,陕西 西安 710049; 医疗监控系统是计算机科学、通信技术、信息技术、医学技术相结合的综合系统,但大部分 设备限于在医院病房使用,因此,很难实现在人们生活、工作的同时对其身体状况的实时监 控,防止因为心脑系统疾病或者其他突然发性疾病带来的紧急情况不能及时被发现,从而耽 误最佳抢救时间的情况发生。 目前介绍的很多类似的医疗监控系统,采用掌上电脑作为检测和数据的传输的工具,如美国 George Washington 大学研制的基于掌上电脑的心电记录仪,可以记录三导心电数据,并在 掌上电脑上实时显示心电图[1]。Nelwan[2]等开发了使用无线PDA作为心 电发送工具的心电监护仪器。2002年第三军医大学研制了与掌上电脑结合的具有远程传输能 力的新型血压Holter[3]。2005年清华大学研制了基于联想公司5000掌上电脑的心 电血压监护仪[4]。总的来说,这些设备还不能实现24小时对人的安全监控,并且 对人们的正常生活有一定的影响,携带仍然不是非常方便。 本文介绍的系统,通过病人携带的轻便的腕式血压计24小时实时监控人们的体温、血压和心 跳等情况,并将采集到的信息通过蓝牙技术发送到手机或者其他具有无线通信功能的终端设 备,再通过GPRS技术,将信息发送到监控中心电脑中去,采用人工智能的方法对采集到的信 息进行相应的处理和分析,然后根据分析结果采取相应的处理动作,若一切正常,那么只是 将检测到的信息保存而不做任何操作,否则系统自动进入提醒流程或者报警流程。 这种远 程健康诊断监控系统能够给人们带来一种方便的、不间断的对有风险的病人进行监护和预警 的功能,特别对监控突发性心脏病或者脑溢血等严重危害人们生命安全的疾病有独特的优势 ,也特别适用于对老人以及行动不便患者的监护,它的自动报警系统能够根据对采集到的数 据分析的结果发出不同级别的报警信号,若出现心跳停止等严重事件,系统将立即自动通知 与病人最接近的救护者以及医疗机构的人员进行紧急处理,从而为抢救赢得宝贵时间。 从图1可以看到,完整的基于蓝牙和GPRS通信技术的实时健康信息采集和监控救助系统 由检测系统、蓝牙传输系统、移动通信终端、中央信息处理系统、报警系统、定位系统、运 行监控系统等子系统组成,后面分别介绍每个子系统的功能。 随着医疗检测技术的发展,现在的检测设备越来越小型化,包括能够带在手腕上的能够测量 心跳、血压的测量设备以及其他各种微型的检测设备如检测糖尿病血糖的微型检测仪等等。 对病人来说,各种经常性的检测是非常重要的,包括各种定时、不定时的或者是连续的检测 信息,能够对被监控病人的病情的发展情况持续跟踪,对心脑血管疾病的病人来说,心肌梗 塞或者脑溢血是高危险性的疾病,需要及时发现并进行抢救,因此,对这一类病人的心跳或 者脉搏必须连续不断的进行监控,一旦出现异常情况及时报警,从而为抢救争取宝贵的时间 。 在信息技术高度发展的今天,这一切都成为可能。因此,系统的第一步,是采集病人的生理 信息,如心率、血压、血糖、体温等数据,有些数据需要定时测量,而有些数据需要实时不 间断地测量。因此,信息采集子系统本身也有各种工作模式,病人生理信息的采集工作模式 主要分为:从采集时间上分可以分为定时采集和在一个时间段内连续采集方式; 身体的很多生理数据需要定时进行采集,进行定时采集的数据多为人工采集,如测量血糖、 验尿等等。定时采集的周期可以由医生设定,如半天一次、每天一次等等。 比如测量病人的心率数据,它多为自动采集方式,系统可以实时进行状态监控,一旦出现严 重的心率过快过慢(超过系统设定的参数)甚至停止,则系统将立即做出反应,如启动报警 系统等等。连续采集工作也可以是一段时间,从几分钟到几个小时乃至几个月,可以由病人 或医生设定。这种工作方式最适合于对心脑血管病人以及其他可能带来突然心跳停止疾病的 患者的监控。尽管采集的数据可能精确度有限,但对抢救突发性的心跳过快、过慢甚至停止 等严重情况已经足够了。很多这样的情况出现在人们睡眠的时候,若不能及时发现,将耽误 抢救的最佳时间。这种采集方式可以采用手表式心电信息采集器[5],并通过蓝牙 技术将采集的数据发送,因此,对病人的正常生活基本没有影响。 从电源的角度来看,由于采用了蓝牙技术,消耗的功率是很少的,可以提供长时间连续不断 的信息采集和发送功能[6]。在自动采集模式中,病人也可以进行监控的暂停和恢 复操作, 但暂停和恢复的操作要有一定的限制(如限制暂停的时间为30min,到30min后检测系统自动 恢复工作),防止病人因为忘记进行恢复操作而没有得到应有的监护。 每次进行信息采集需要进行人工操作,比如说滴血检验、测量心电需要人工配合[5] 袖带式和腕式)等等。 上述的自动监控病人的方式主要是用于对付突发性危急情况的,因此,对信息的精度要求不 是很高。而在医疗采集模式中,则要求取得很准确的测量数据,在这种模式下,往往需要结 合人工采集的方式进行,从而获得精确的心电、血压等信息,再通过采集器中的模数转换滤 波等处理电路将信息转换成数字信号发送,准确的相关信息对远程的人工智能医疗诊断系统 或者是医生准确判断病人的身体状况有很大的作用。 主要是指采集病人的要求是由系统发出来的,由病人(或其家人配合)按照系统的指令进行 信息采集,有利于病情诊断,也防止病人由于疏忽等原因忘记采集相关数据,这种模式对需 要定时采集的病人比较有效,通知的方式可以通过电话、手机等方式自动通知。 人们在运动、睡眠、休闲等活动中的生理数据变化是很大的,比如监控心跳的功能,在睡眠 的时候可能比较平稳,而在运动的时候就可能比较快,为防止系统过度反应,可以由病人选 择相应的采集模式,设定当时的状态,从而不会引发误报警情况的发生。 对信息采集模式的控制,既可以直接对检测设备进行操作,也可以通过移动通信终端进行( 手机),通过手机或其他移动终端的操作方式进行的操作简单清楚,操作界面友好,并且可 以查询到操作的历史信息。当然,也可以由主系统发出调整采集模式的指令。 信息采集后的任务,就是将病人的信息发送到中央处理分析系统,以前很多医疗监控系统是 直接通过PDA等无线通信设备或者是互联网传送,但对病人来说,随时将手机或者PDA和检测 设备相连接是非常辛苦的事情,因此,采用蓝牙技术是比较好的解决方案,采集的信息首先 通过蓝牙技术发送到无线通信设备上,然后再通过无线通信设备上转发到中央信息处理系统 。 这样的好处是,人们只要带着手机出门或者是在家里,信息可以随时随地向中央处理系统发 送,而如果通过互联网电脑发送,则只有当病人在家里的时候,才能发送相关信息。这样做 的另外的一个重要的好处是,不管病人在哪里,可以通过定位系统迅速确定他所在的位置, 从而进一步提高对病人抢救的效率。蓝牙技术可以使得信息采集设备体积小、功耗低,不影 响人们的正常生活和休息。只要相应的无线通信设备如手机在蓝牙信号所能够覆盖的范围即 可。 采集的信息经过压缩编码后,发送到接收终端,可以采用多种信息发送的模式如呼吸模式[6]从而节约所需要消耗的能量,且不降低系统的响应速度。 在移动通信设备收到病人的监控信息之后,可以根据信息的类型进行预处理,如果是医疗监 控或者是定时监控数据,则直接通过GPRS网络传输到中央接收电脑上[7],通信协 议采用TCP /IP,为了保护数据的安全,可以按照约定的算法对数据进行加密发送。由于GSM的覆盖范围 很广泛,病人在任意GSM覆盖的地点都能够获得监护保障。 接收端可以是一台有独立IP地址的和公网连接的电脑,也可以是直接和GPRS网络相连的具有 SIM芯片的无线网络适配器的电脑。 为了降低信息发送的数量,需要对信息进行压缩编码,压缩的方式可以采用行程编码方式 或者其他更简洁的编码方式。在针对心率的不间断的信息采集和监控过程中,信息的压缩编 码可以大大减少传输的信息量,因为在大量的时间段内,病人是处于正常状态,只需要定时 发送平安一类的信息即可。为了争取抢救出现紧急情况的病人的时间,病人的定位信息也要 进行采集,但这样的信息不需要不间断的进行,可以照一定的时间间隔进行,这样的信息不 是通过移动通信设备自己采集和发送的,而是通过GSM系统主动侦测和采集的,中央处理系 统定期向GSM网络查询相关的定位信息,然后记录到数据库中。当紧急情况出现的时候,中 央处理系统立即向GSM网络发起查询请求,将最新的定位数据发送到报警系统中,以提高紧 急情况处理的效率。 中央处理系统收到通过GPRS网络传输来的病人检测信息之后,首先的工作是进行原始数据的 保存,然后,对原始数据进行分析。紧急的情况下,无线信息转发终端将直接发来报警信号 ,而更多的情况下,信息是连续不断的各种监控数据。 系统首先对数据进行简单的分析和处理,在没有出现严重情况下,将数据保存在数据库中, 然后定时(按天/按小时)对一个时间段的数据进行认真仔细的分析,分析可以采用人工智 能的专家医疗诊断系统进行,根据此病人的病情历史数据,当前数据,医生过往的诊断结论 ,综合分析病人的病情发展趋势,形成分析报告供医生参考。 当系统有非常多的病人需要监控的时候,数据分析可以在后台,由多台计算机分别进行处理 ,病人的数据可以按照一定的规则进行分类存储,以提高数据处理的效率。 当病人出现紧急情况的先兆的时候,或者已经出现紧急情况,则将启动报警子系统开始工作 。对病人病情的分析将结合医生的经验和此病人的个人病史进行综合自动分析和判断,比如 ,若病人一贯心率偏快,那么出现紧急情况的参考标准将和别的病人不完全相同,对每个病 人将有不同的(或者微小不同的)判断法则或者称为诊断模型,一旦病人的诊断信息超出了 他本人模型所允许的范围,则启动报警子系统。 系统的核心部分是自动诊断和报警功能,当系统发现某个病人出现需要处理的紧急状况时, 自动启动报警系统工作。报警系统将根据不同的情况进行工作,主要分为以下几类: 在很多情况下,只是需要根据具体情况对病人给予提醒,提醒的方式有短信、电话等等 。提醒的内容包括要求病人回复信息、要求病人配合进行医疗诊断操作、要求调整检测参数 等等。 当病人的情况有一定的严重性的时候、或者情况非常紧急的时候,需要对医生提醒,提醒的 方式也可以只是简单的通知、也可以是要求医生回复信息以确保医生收到信息。如果对于紧 急情况还可能对多个医生进行提醒,并同时通知急救中心。为方便抢救,在发送报警信息的 同时,将病人的简单情况、位置信息、联系方式(包括病人的和亲友的)等相关资料发送到 急救中心和医生那里。 在出现危险的情况的时候,系统自动提醒病人邻居或者亲人,在最短的时间采取一定的措施 ,特别是在提醒的内容中包括紧急处理的简单指导内容。 报警系统还要解决调度优化的问题,当同时有多个病人需要紧急救助的时候,系统必须 对急救资源如医生、救护车等进行合理调度,以确保每个病人能够得到快速、有效的救治。 报警系统的设计,既要确保能够保护被监护的病人,又不至于过度动作,因此,必须利用人 工智能技术对采集到的数据进行分析,这样的分析是针对个体病例进行的,从而确保采取比 较合适的措施。 当对病人实行紧急救助的时候,这时候GPRS无线通信系统又可以作为病人医疗病历的信息传 输系统,可以直接将相关信息(包括病人个人基本资料和历史监控信息)放送到抢救现场的 电脑中,供医生参考。 为了保证病人的个人隐私,相关信息的获取必须有一定的操作规则。只有指定的医生或者医 疗机构才能够调用病人的相关信息材料。 医疗监控系统对安全性、可靠性要求比较高,一旦系统出现问题,可能会出现不能及时抢救 危急病人的风险。因此,必须对整个系统的可靠性做出仔细的设计,主要从下面几个方面确 保系统的可靠性(见图2)。 系统的核心是中央处理系统,首先要确保它的工作正常,因此,独立的监控系统是必须的, 一旦发现中央处理系统故障,监控系统将接管相应的工作。同时,数据库也必须是多备份系 统,可以采用RAID5磁盘阵列。通信接口电脑也必须是双工系统,确保GPRS信息通道的畅通 ,后台的局域网也必须是双工工作。历史数据用磁带机或者是光盘定期备份存档。 所有的注册用户,均受到独立的监控系统的监控,比如在预定的时间里没有收到相关的信息 ,系统将直接对移动通信设备进行跟踪检查,包括终端是否处于开机状态,通信网络是否正 常工作。这样的监控可以独立于整个系统之外,直接通过移动通信网络完成。 为了确保信息发送安全,可以采用多通道方式发送信息,主要的方法是通过增加冗余的信息 发送通道来解决,比如说一部手机坏了,可以通过家人的另外一部手机发送,或者是通过家 庭电脑发送——在家庭电脑上也安装蓝牙接收设备作为备用通信通道。 对报警系统也必须进行监控,比如接收人的通信终端是否处于开启状态,若有多个接收人, 则相对位置和病人比较接近的是哪一个等等。 医生需要分为值班医生和非值班医生,报警信息需要发送到当时的值班医生那里以便他进行 紧急处理。 本文介绍的这种远程实时健康诊断监控报警系统,结合了多种通信技术和方式,包括蓝牙技 术、互联网技术、GPRS技术、短信通信、语音应答技术、无线定位技术等等,同时也包括了 很多信息采集和处理集成技术,包括检测技术、数据编码和压缩技术、人工智能分析诊断技 术等等,系统还包括对系统自身的安全保障体系以确保在各种情况下,系统能够正常运行。 它能够给人们带来一种方便的、不间断的对有风险的病人进行监护和预警的功能,特别对监 控突发性心脏病或者脑溢血等严重危害人们生命安全的疾病有独特的优势,能够在病人发病 的第一时间发现并进行抢救,这将给很多病人带来福音。 |