一种联接健康云的家庭健康监护系统设计 - 图文

一种联接“健康云”的家庭健康监护系统设计

胡建强*

（厦门理工学院 计算机与信息工程学院 福建厦门 361024)

摘要：新一代家庭健康监护系统不仅要求具备低成本、低功耗和低体积等特点，还要求快速适应基于云计算的国家医疗信息化发展，为此，亟待设计一种联接“健康云”的家庭健康监护系统．首先，在介绍“健康云”层次化架构的基础上，本文分析了家庭健康监护系统联接“健康云”的工作过程．其次，解决了该系统的四项关键技术，包括：基于生理参数传感器的家庭健康监测网络设计、基于HL7 RIM的数据交换机制、融合灰色模型和马尔科夫模型的健康风险评估模型、基于BPEL4WS的健康服务个性化组装．最后，采用厦门市集美区案例数据验证原型系统的有效性，为“健康云”服务走入家庭健康监护奠定基础．

关键词：基于HL7 RIM数据转换框架；健康风险评估模型；健康云 中图分类号：TP393 文献标志码：A

当前我国正面临着人口老龄化、少子化、慢性病患者增多等趋势，大中型医院主要针对疾病的诊断和治疗，很难承担社区居民日常的医疗保健服务、健康咨询以及紧急情况下的医疗援助任务．医疗信息化被认为是大幅减少医疗和就医成本、缓解医疗资源紧缺现状和提高医疗整体水平的重要手段．目前医疗信息化呈现两种趋势：

(1) 基于云计算的医疗信息服务平台快速发展．美国在智慧医疗领域的总投资已超过440亿美元．IBM公司提出“数字化医院集成平台”[1]；美国HHS部电子健康档案系统、Microsoft Health Vault等在美国开始广泛应用并取得巨大的经济和社会效益．2013年1月日本富士通公司推出“高龄者护理云计算”，预计2015年可创造60亿日元市场[2]．南京2012年基于H3C云存储构建新一代的社区公共卫生服务系统，实现居民健康档案、社区卫生服务站桌面虚拟化、采用SaaS方式交付等新型医疗信息化应用．中科院实施“海云工程”并推出低成本的健康服务[3]．2013年厦门市“健康云”采用云计 *

收稿日期：2014-10-7

基金项目：国家计生委联合攻关项目(WKJ-FJ-35)、厦门市科技高校科技创新项目(3502Z20143031、3502Z20133033)、厦门理工学院人才引进项目(YKJ13004R)

*作者介绍：胡建强，1971年2月，博士后，副教授，研究方向：智慧医疗、语义Web，通信邮箱：jqhucn@xmut.edu.cn

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算技术整合市民健康档案和预约系统，目前已接入市第三医院、仙岳医院等38家医院和63家社康中心．

(2) 低成本的家庭健康监护成为缓解医疗资源紧缺最重要的技术．美国霍尼韦尔公司实验室开发I.L.S.A系统，基于多传感器互联，实现感知模型、定时响应、实时响应等功能，监护心脑血管疾病

[4]

．日本提出全国性远距居家照护服务项目“Sukoyaka Family 21”远程生理检测和应急救护，采用

物联网终端SUKOYAKA NET i的压迫带测量血压和电极测量心电，通过触摸屏式液晶显示器输入体重等数值[5,6]．法国构建EMUTEM平台采用可穿戴设备测试慢性病患者的脉搏、心率和血压和血糖等生理数据以及红外传感器检测坐卧姿势和移动状态[7]．中科院研制一种基于体域网的无线心电监护系统，实时接收心电信号并及时预警反馈[8]．这类家庭健康监护系统采用物联网技术，包括附着人体的指尖型血氧传感器、腕表型血糖传感器、腕表型睡眠品质测量器、睡眠生理检查器等，长期监视和记录各项生理数据，评估身体状况并预警生理病变．

新一代家庭健康监护系统不仅要具备“低成本、低功耗和低体积”等特点，还要求快速适应基于云计算的国家医疗信息化发展．为此，厦门理工学院和厦门优医信息服务有限公司联合研制一种联接“健康云”的家庭健康监护系统，支持家庭健康监护系统与“健康云”之间的数据交换，实现健康风险评估和个性化健康监护方案定制，为健康档案云端管理、健康咨询、健康膳食等服务走入家庭健康监护奠定基础．

全文组织结构如下：第1节介绍“健康云”的层次化架构，分析联接“健康云”的家庭健康监护系统的工作过程．第2节分析四项关键技术，分别是家庭健康监测网络设计、基于HL7 RIM的数据交换机制设计、健康风险评估模型和健康服务个性化组装．第3节采用厦门市集美区案例数据验证原型系统的有效性，包括评估健康风险评估效果（预测相对危险性和绝对危险性）和健康服务组合成功率．第4节总结全文并展望下一步工作．

1 体系架构

1.1 “健康云”的层次化架构

“健康云”建设的主要目标是实现集中统一的区域医疗信息共享和提高医疗资源的利用率，即虚拟化医疗软硬件资源，实现软硬件资源按需分配、医疗数据安全和绿色利用．典型层次化架构包括：基础设施（医院、疾病控制中心、社区健康服务中心等，采集医疗卫生数据）；数据的整合交换共享云端服务（整合医院信息系统HIS、电子病历EMR、医学影像存档与通讯系统PACS、实验室信息管理系统LIS等）；云基础设施（基于虚拟化、网络安全、运行监管和维护等技术，实现基础设施即服务IaaS整合）；云数据中心（健康档案数据库EMR、电子病历数据库EHR、公共卫生数据库，实

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现平台即服务PaaS能力）、云端服务（以软件即服务SaaS提供服务，包括健康档案云端管理、远程视频诊疗、健康咨询、消息服务、运动服务和健康膳食）、服务对象（市民、医生、第三方机构）．

服务对象市民医生云端服务健康档案管理远程视频诊疗健康咨询消息服务膳食服务运动服务第三方机构云数据中心健康档案数据库电子病历数据库公共卫生数据库云基础设施虚拟化服务网络安全运行监管运行维护数据的整合交换共享云端服务(整合HIS、EMR、PACS、LIS等)基础设施医院疾病控制中心社区健康服务中心 图1 “健康云”的层次化架构

Fig. 1 A Hierarchy Architecture for Healthcare Cloud

1.2 联接“健康云”的家庭健康监护系统

联接“健康云”的家庭健康监护系统包括家庭健康监测网络、家庭健康监护系统和“健康云”． 家庭健康监测网络本质上是物联网，由一系列智能生理参数传感器节点构成，包括血氧传感器、腕表型血糖传感器和加速度器等，连续监视生理信号和记录人体健康信号，包括心电ECG、血氧饱和度SPO2、脉搏等参数．节点都具有独立数据存储、运算、电源管理和无线通信等功能．融合先进网络协议（如Bluetooth、WIFI或Zigbee），实现生理检测数据实时上传到家庭健康管理系统．

家庭健康监护系统的工作过程：(1) 基于家庭健康监测网络动态，实时获取生理测量数据；(2) 基于HL7 RIM数据交换机制实现与“健康云”数据交换，上传各项生理监测数据实现个人健康档案管理；(3) 在“健康云”数据中心支持下，基于健康风险评估模型实现个体健康状况评估并制定个性化的健康干预措施；(4) 得到“健康云”后台特约医生、功能医疗小队和营养师等提供的医疗、预防、保健等服务．由于“健康云”以SaaS方式提供云端服务，为保证家庭健康监护系统的通用性、灵活性和可扩展性，家庭健康监护系统支持按需动态、松耦合、有序组装健康服务，实现健康服务个性化组装，克服传统家庭健康监护系统统一且固定不变的服务流程模式．

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图2 联接“健康云”的家庭健康监护系统

Fig. 2 Healthcare Cloud-Connected Home Healthcare Monitoring System

2 关键技术

2.1家庭健康监测网络设计

家庭健康监测网络是实现人体生理长时间、连接监测的硬件设施．Paradiso R.等人开发的无线心电检测系统采用GPRS协议，存在功耗大(平均电流100mA/12V左右)、电磁辐射过高和体积较大(因配备大功率的太阳能电池板或大容量的蓄电池)等缺陷[9]；天津大学开发基于ZigBee技术的老年人家庭健康监护系统，采用CC2430芯片，工作电流25-27mA，每块芯片大约2美元，最大数据传输率为250Kbps[10]．

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