基于物联网技术的慢病管理系统

    随着中国经济的发展，慢性病已经成为我国居民健康的最大威胁。而慢性病的治疗往往需要很长的时间，占用了大量的医疗资源。本文介绍了基于物联网技术的慢病管理系统，可以让患者自己检测慢病相关的指标，并从系统中得到有益的健康指导，提高自己的健康水平，从而降低慢病治疗的代价。

一 前言

    随着人民生活水平的提高，生活方式和饮食文化的改变，各种慢性疾病患病率逐渐增加，并呈现出年轻化趋势，慢性病已经成为我国居民死亡的主要原因。根据 2000年的统计数据显示，中国慢性病死亡率占总死亡率的比例高达80.9% 。另一方面，中国已经进入老龄社会，影响老年人生活质量的最大因素之一就是慢性病，以上海为例，2008年老年人口中就有73.76%患有慢性疾病 。

    与其他疾病相比较，慢性病具有病程长且病情迁延不愈的特点，因此针对于患者日常生活的干预治疗显得尤其重要。在目前中国医疗资源紧缺的情况下，借助于物联网技术，实现对慢性病高危人群、患者的远程监控、及时防治，是相对有效的一种方法。

    本文将介绍基于物联网、分布式服务技术为基础而实现的慢病管理系统： 通过集成的各种体征传感器，可以远程监控慢病患者的生命体征，为医生的远程诊疗提供支持，同时也可以让慢病患者随时了解自己的健康状况，以期及时获得治疗。由于使用了服务组件架构技术，系统各组件都可以独立运行并提供Web服务，而各组件间通过服务组件架构技术进行组装，从而可以让各组件独立演化而不会互相影响，同时可以方便的进行功能扩展。

二 系统架构介绍

    慢病具有多样性，不可能存在通用的管理模式。随着时间的推移，慢病的防治方法也可能改变。因此慢病管理系统本身必须考虑其修改的灵活性和扩展性。

    目前，由于面向服务的体系架构(Service-Oriented Architecture，SOA)实现了系统各组件间的松散耦合而被广泛采用，慢病管理系统将采用SOA架构来实现不同组件间的松散耦合，让各组件可以根据不同需求分别演化而不会彼此影响。

    整个系统架构见图1，图中各组件间通过Web服务(WS) 进行交互，从而实现松散耦合。图中上半部分是系统特有的组件，需要自行开发; 而下半部分则是通用组件，有相应的软件实现，只需选择现成的软件并将其发布为服务即可。

    系统的特有组件包括药物库、循证医学、个人健康档案、慢病管理服务、体征传感集成服务5 个组件。慢病管理系统应用界面是所有服务的集成展示组件，通过集成后台提供的组件服务，由用户通过Web界面、手机应用或其他手段来进行慢病管理。

    系统的通用组件包括了企业服务总线、事件流处理、服务组件架构、业务流程管理、诊疗决策服务，这5个组件都有相应的软件实现，慢病管理系统只是将其进行了整合，以实现SOA架构。其中企业服务总线、事件流处理、服务组件架构是SOA架构的基础。企业服务总线用于集成不同的应用，它所提供的服务适配器可以让慢病系统和其他服务系统( 如HIS、电子病历等)进行集成，从而解决了与其他医疗信息系统如何进行数据交互的问题。事件流处理用于监测系统中发生的所有事件，并对发生的事件进行相应的处理，主要用于数据的实时分析、统计，可以用于审计工作。服务组件架构则用于将各种Web 服务整合，重新封装为合适的组件服务，通过这一技术，可以容易将系统扩展为分布式服务。同时，对于服务使用者而言，这种扩展是完全透明的，可实现“服务云”的功能，而该技术最大的好处是不需要花大量的资金来创建“云计算”基础架构就可以提供相似的功能。业务流程管理、诊疗决策服务用于可视化的创建慢病管理流程和诊疗决策，并将创建结果即时应用于系统中。由于系统开发人员往往无法真正了解医疗方面的内容，使用这两个组件便可以让医生参与到系统的设计中来，真正满足医生的业务需求，从而提高系统的实用性和灵活性。

    慢病管理系统的完整架构，强调了SOA架构的灵活性和通用性。

三 个人健康档案

    在慢病管理的防治上，主要依靠的是患者自己的努力，包括养成良好的生活、饮食习惯，按时服药等，医生只是辅助作用。因此不同于以往以医疗机构、医生为中心的医疗信息系统，慢病管理系统是以慢病患者为中心进行设计，在用户数据的设计上，也和以往的医疗信息系统完全不同。目前提出的个人健康档案是一种以拥有人为中心，综合管理个人健康信息的方案，能较好满足系统的设计需求。

    另一方面，在慢病的管理中，医生的作用是不可或缺的，患者需要医生的专业知识才能更有效地进行慢性病防治。为了让医生可以参与到慢病管理的过程中来，慢病管理系统与现有医疗系统的集成是必须要考虑的，其中包括了数据交换问题。为了保证与各种系统的正确对接与交互，最佳方法就是选择已有的标准。

    中国目前关于个人健康档案的最新标准是卫生部2009 年发布的《健康档案基本架构与数据标准( 试行)。因此慢病管理系统中的个人健康档案结构，就是以此标准为基础设计的。标准主要给出了个人健康档案需要包含的最小数据项的集合，在设计时，根据国家颁布的慢性病防治指南进行了相应的扩充。另外，标准本身未给出数据结构，这就无法体现各数据项间的逻辑结构，不利于数据的存储与传输。目前国内关于个人健康档案的数据结构标准还没有制定，国际上采用频率比较高的个人健康档案标准是澳大利亚和欧洲共同提出的openEHR。因此我们在设计个人健康档案时，部分参考了openEHR规范。

    从定义上来说，个人健康档案应该包含个人一生所有的健康相关内容，但针对于慢病管理系统来说，只关心个人本身的身份信息和健康信息，因此系统所实现的个人健康档案的构成可以简化为图 2。其中基本信息部分包含姓名、性别、年龄、地址等内容，这部分的内容基本参照了openEHR设计。而健康信息部分则是根据慢病管理的实际需求设计，主要是保证系统的扩展性和执行效率，包含了患者病史、随访记录、慢病信息和检测信息四个部分。这四部分数据是慢病管理服务的基础，通过体征传感集成服务获得的数据也将提交到这里。

四 药物库

    作为慢病管理的最重要部分就是让患者准时、准确服药，而为了达到这个目的，得到准确的药物信息是必须的。药物库的作用就是提供准确的药物信息，从而让慢病管理服务组件中的程序可以通过患者的相关信息给出合理的用药提示，比如通过了解患者的用药史，提示用户不能服用哪些药物。

    我们设计的药物库包含了2000多种西药，并且全部实现结构化。药物库中设计的药物信息结构，如图3 所示。图中的内容只是简化示意，未包括全部内容，比如配伍禁忌是和剂型相关的。

    目前药物库的建设还在进行中，下一步的工作将加入中成药的信息。由于药物库是作为Web 服务发布的，可以独立运行，因此在后续工作中，还会加入基因的相关信息、药物靶标信息和催化酶信息等，从而可以用于个性化医疗中。

五 体征传感集成服务

    在慢病管理系统中，能够及时得到高危人群或患者的体征信息，对于慢病的防治是有很大帮助的。

    随着物联网技术的发展，通过无线传输技术，实现实时的远程生命体征采集已经成为可能，而且价格低廉。在慢病管理系统中，生命体征的数据采集架构如图4 所示： 传感器(如血压计、血糖仪) 统一包含了RFID读取设备和无线传输模块，其中RFID 读取设备用于辨识用户; 同时，在上传用户的检测信息时RFID的信息也会同时上传，便于后台服务器的数据集成。无线传输模块则用于数据的传输，包括两种传输方式： 一种是通过蓝牙将数据传输到手机，然后由手机将数据统一传输到后台服务器; 另一种则是通过GPRS将数据直接传送给服务器。手机是整个体征传感器集成模块的核心，它可以对传感器传输的数据进行前期的处理，也可以让使用者查看数据变化趋势，针对异常数据给出进一步诊疗建议。同时当服务器端在对数据进行进一步分析后，手机可用于接收分析结果。

    体征传感集成服务通过服务组件架构提供基于HTTP协议的RESTful WS(Web Service by Representational State Transfer)服务，它和手机之间的传输采用一种轻量级的数据交换格式JSON(JavaScript Object Notation)。而传感器由于本身具有多样性，因此并未强制限定传感器必须输出JSON结构数据。如果传感器产生的数据不是JSON结构，则通过企业服务总线上配置的特定服务适配器进行转换后，再传输给体征传感集成服务。

六 循证医学

    每年，都有大量的医学研究结果被发表，然而同时，医疗界却不能很方便地获取这些研究成果，并将之归纳、总结，进而应用于临床治疗。循证医学就是为解决这个问题而诞生的： 通过对最新相关文献的归纳、总结，将得出的新知识提供给临床医生使用，进而得出针对个体患者最有效的治疗方案。其核心思想是： 任何医疗决策的确定都应基于客观的临床科学研究依据; 任何临床的诊治决策，必须建立在将当前最好的研究证据与临床专业知识和患者的价值相结合的基础上。

    目前国际上已经存在一些比较好的循证医学网站，比如cochrane、MDConsult，可以通过输入疾病、药物等关键字获得相应的分析结果。只是这些结果比较专业，普通用户无法正确理解。因此慢病管理系统中的循证医学组件，并不专注于如何从大量文献中获取新知识，它根据用户的一些特殊表现，比如疾病名称、生活习惯等作为关键字，从循证医学网站获取相应结果，将结果转换为一般用户能够理解的内容，再反馈给用户。

    目前科研界的某些研究内容本身是和个人的日常生活习惯相关的。比如在高血压的研究中，不少文件指出过量食盐将增加高血压风险。因此将这些内容展示给用户是很有意义的。将循证医学的内容集成到慢病管理系统中的作用，就是让普通患者也可以了解到医疗界的最新研究结果，及时纠正自己的健康误区，从而提高其自身的健康管理能力。

七 慢病管理服务

    慢病管理服务组件是针对特定慢性病开发的管理组件。由于不同的慢性病其日常管理流程不同，因此需要分别开发。虽然不同的慢病会开发不同的管理组件，但是所有慢病管理服务组件需要调用的其他组件服务是相同的：疾病相关的数据采集功能由体征传感集成服务提供，诊疗分析所用的数据由个人健康档案组件提供，而服用药物相关的推荐或警告信息则由药物库组件提供，同时一些最新的慢病相关教育信息则由循证医学组件提供。

    为保证系统的灵活性，慢病管理服务中的管理流程由业务管理流程组件提供。其好处是如果需要对某些慢性病的管理流程进行更改时，只需更改业务管理流程组件中相应的管理流程即可，无需改动代码。在慢病管理服务组件中，针对某些疾病的判断规则(比如判断用户是否为高血压以及高血压分级) 则使用诊疗决策服务组件中的诊疗规则来实现，其好处是可以让医生来编写这些推理规则，不会因为理解上的偏差而导致软件功能的失效。

八 小结

    本文介绍了基于SOA架构设计的慢病管理系统，该系统的基础架构使用了已有的SOA技术。在此基础上，开发了针对于慢病管理的服务组件，各组件通过 Web服务进行交互，可以独立演化而不会彼此影响。其中的体征传感集成组件充分利用了现有的物联网技术，可以通过远程采集用户的体征信息。除了让用户及时了解自己的健康状况之外，也为医生的远程诊疗提供了支持。为了让用户及时得到最新的医疗研究成果，系统开发了循证医学组件，用于提供用户可理解的最新循证医学结果。而其他的各个组件，围绕如何以慢病患者为中心提供有效的服务而开发。

    但目前的慢病管理系统还有许多需要完善的地方。个人健康档案组件中，数据结构还没有完全确定，在下一步的工作中将进一步完善这方面的内容。在诊疗决策服务部分，目前的诊疗规则仍然无法提供医务工作者可直接使用的医学领域语言，以后将结合医学人员的专业知识，创建相应的领域语言，方便医务工作者的使用。