健康监护系统

温州市科技计划项目可行性研究报告温州市科技计划项目可行性研究报告 项目名称 项目名称 基于移动通信网络的 多功能健康监 护系统 一 立项的背景和意义 1 立项背景 工业社会的老龄化进程在加速 预计到 2010 年世界人口 20 以上为 60 岁以上的老人 而老年人是医疗服务的高消费者 以英国为例 65 岁 74 岁人 群的医疗消费较 45 岁 64 岁人群增长 278 75 岁 84 岁人群的增长为 563 85 岁以上为 1034 如何对越来越多的老年人提供医疗服务是世界各 国都在研究的课题 由于老年人大多患有各种慢性疾病 因而人口老龄化导致 了医疗需求的快速增长和医疗费的急剧上升 已经并将持续对社会和家庭造成 巨大压力 同时 中青年人患各种 富贵病 的情况也日益严重 据 2006 年公 布的 中国居民营养与健康状况 显示 我国慢性非传染性疾病的患病率上升 迅速 全国 18 岁以及 18 岁以上居民患高血压病率为 18 8 估计全国患病人 数达 1 6 亿多 而 18 岁及 18 岁以上居民患糖尿病病率为 2 6 估计全国患病 人数多达 2000 多万 与此同时 胡锦涛总书记在 2007 年召开的第十七次中共全国代表大会报告 第八部分 提出加快推进以改善民生为重点的社会建设 加快建立覆盖城乡居 民的社会保障体系 保障人民基本生活 建立基本医疗卫生制度 提高全民健 康水平 未来 10 年中国将实现人人享有基本医疗保险的目标 这些将给医疗行业在诸多细分产业存在持续高增长机会 未来 10 年全国卫 生费用整体上将增长 2 5 倍 年均约增长 13 5 伴随着个人支付比例的大幅 下降 政府投入将从 2006 年的 1700 多亿增长到 2016 年的 12000 多亿 政府投 入未来十年将增长 4 6 倍 年均增长 18 8 农村医疗市场增长将快于城市 增长速度取决于政府投入的力度和倾斜程度 未来 10 年农村人均卫生费用的增 长将介于 16 和 25 8 之间 大病统筹将有效解决医疗体系的复苏 一老一小大 病统筹医疗市场容量未来 10 年将面临 15 倍以上 年均增长 31 1 扩容速度 医疗器械将率先受益于新医改 未来 10 年中低端医疗器械年采购额较 2006 年 有更高幅度的增长 为保障全民的健康 政府在不断推动医疗体制改革 但同时由于我国人口 密度大 国力有限 医院一直处于拥挤状况 交通也一直处于城市拥挤和农村 不便的状态 如何保障公民得到适当的医疗将成为一个严重的社会问题 随着 国民经济的发展 人民生活水平的提高 人们对于提高健康水平的要求日益迫 切 如何在正常的生活和工作中实现监控和监护已成为解决民生健康问题的关 键 计算机技术和无线通信技术的新发展为健康监测和监护的实现提供了技术 平台 我国移动通信业务的无缝化覆盖也为此奠定了基础 监控服务中心作为多功能健康监测系统的核心系统 可配置在医疗水平较 高的大中型医院 它是一多功能的软件支撑系统 包括数据库及其管理系统和 数据处理应用系统 监控服务中心所需设备主要是计算机及其附加设备 不需 要特殊的硬件环境 成本低 投资少 便于在各医院推广应用 健康监测及通讯终端是实现健康远程监控系统的前端设备 它可以搭配多 种便携医疗测试设备 实现各类指标的检测 例如与心电测试仪连接可对心脏 病患进行监护 与血压测试仪配合 可对严重的高血压病人进行监护 与胎心 检测仪配合 可实现对孕妇进行监护等等 实现各种复杂数据的处理和传送 报警等 它也为远程医疗和移动家庭保健系统的推广应用提供了便捷的方法 通过健康监测系统建立家庭监护病房 患者可在家庭获得高水平医疗服务 减轻大型医院的就诊压力 在社区医院配置健康监测终端 通过该系统与监控 服务中心联网 病人只需支付很低的费用 却获得了医疗质量高的大型医院的 服务 2 项目意义 科学技术在医疗卫生领域的应用促进了人们健康水平和生活质量的提高 与 此同时 老年慢性病 高危病的趋于年轻化以及亚健康等已经成为影响人们身 体健康及生活质量的主要因素 传统的患者与医生之间面对面的诊断模式已经 不能满足人们对健康保健日益增长的巨大需求 传统诊断模式在时间以及资源 的利用效率上有待进一步提高 这些都对医疗保健行业提出了巨大的挑战 利 用穿戴式生理检测技术 不但能够实现长期 持续的检测 而且能对使用者的 健康状况以及生理信息进行实时的显示 有助于医生对用户实施定期监测以及 远程会诊 远程监护技术的监护对象几乎覆盖了所有人群 从灾难中的受伤人员 孕 产妇 新生儿 老年 残疾人 慢性病 急症患者等病人到健康人 都有可能 成为监护对象 远程监护技术的监护参数既可以是患者的重要生理参数 也可 能是日常 生活状态 其应用领域从极限状态下的人体生理状态研究 急救发展 到提高边远地区的医疗水平和面向千家万户的家庭健康保健 远程监护将打破 现有的医疗格局 其应用远程监护技术的目的和意义在于 1 缩短医生和患者之间的距离 为患者提供及时的救助 减少患者或医务 人员的路途奔波 对患者重要生理参数实施远程监护 不仅可以辅助治疗 还 能在患者病情突然恶化时报警 2 对自理能力较差的老年和残疾人的日常生活状态实施远程监护 不仅能 提高医护人员的护理水平和患者的生活质量 还可以评估监护对象的独立生活 能力和健康状况 3 远程监护可以在患者熟悉的环境中进行 减少了患者的心理压力 提高 了诊断的准确性 4 对健康人群的远程监护 可以发现疾病的早期症状 从而达到保健和预 防疾病的目的 目前 面向家庭 个人的远程医疗监护系统成为医疗技术领域的热点 随着 移动数字通信技术的发展和完善 基于数字蜂窝网的移动医疗必将成为远程医 疗发展的一个必然趋势 在人们的日常生活中会起到举足轻重的作用 多功能 健康监测系统及终端设备就是在这种环境下提出来的 佩戴于被监测者身上的 终端设备 将监测的各种生理数据通过移动通信网络传输到远端的中央服务器 监控服务中心 进行分析处理 并向患者提供及时的帮助和指导信息 终端 设备可以搭配众多的便携医疗测试设备 实现各数据的采集 处理 传送和报 警等 多功能健康监测系统将加速整个医疗服务体系的变革 推动现有医疗系 统从以诊疗为中心的模式向以预防为主 早诊断 早治疗的模式转变 多功能 健康监测系统及终端设备将推动移动医疗走进社区 走进家庭 这不仅可以改 善个人的生活质量 也可以减轻整个医疗体系的负担 并进而降低公共医疗成 本 二 国内外研究现状和发展趋势 用于远程医疗的医疗保健技术包括医疗专业人员的诊疗技术和临床检测工 程技术 由于患者远在异地 无法直接获取面对面就诊时可以获得的信息 所 以传统的医疗保健技术尚需进一步发展完善 为远程医疗的深入发展奠定基础 但是目前 国内远程医疗方面的研究基本停留在通过 INTERNET PSTN ISDN 等有线传输数据的水平上 在一定程度上限制了使用范围 国外在 20 世纪 60 年代开始进行移动医疗方面的研究 美国航天局 20 世纪 70 年代运用远程监护 技术对太空中的宇航员进行生理参数监视 目前 美国正在研究一种供战时使 用的人体状态监护仪 PSM Personnel Status Monitor 这种微型仪器由士兵 佩带 用于监护携带者的呼吸 体温 心率和其它生理参数 这两种监护都是对 运动中的个体进行监护 希腊还有一种安装于救护车中的监护系统 通过 GSM 网与医院的监护中心取得联系 可随时监测患者的生理参数 以及时获得医生 指导 争取抢救时间 这一系统已在希腊 瑞典 意大利 塞浦路斯投入使用 在现阶段 穿戴式生物医疗仪器可以与日常电子产品融为一体 诊疗数据通过 蓝牙等短距离无线传输技术 经过手机或者 PDA 等无线医疗终端间接联入蜂窝 网或因特网 但是基于穿戴式生物医疗仪器和外部网络之间进行数据交换的研 究在国际上都处于起步阶段 不过 面对穿戴式生物医疗仪器的巨大市场潜力 越来越多的研究机构开始着力于该类仪器的研发 三 研究开发内容和技术关键 一 研究开发内容 1 系统构建 远程监护是由于信息化所发展而产生发展起来的 所以在定义上就和信息相 联系统起来 远程监护可以定义为 通过通信网络将远端的生理和医学信号传 送到监护中心进行分析 并给出诊断意见的一种技术手段 多功能健康监测系 统主要由佩戴式多功能健康监测 通讯终端 监控服务中心组成 本研究项目 将研究多功能健康监测系统的系统架构 制定系统功能 开发系统及协议规范 2 监控服务中心系统的研制 监控服务中心是本系统的核心组成 是系统的数据集中和处理中心 系统 中的所有的监测对象的实时数据都将被传送到这里 监护中心提供全记录 全 存储 和分析每个病人的数据 出现异常提供报警能 同时能对多个病人实时 监控 值班医生可以对检测数据分析结果对病人诊断 监控服务中心包括数据 库服务器和内容管理服务器 3 监测终端的研制 监测终端是实现人体生理信号获取 前端分析与处理 数据通信的多功能 佩戴式仪器 它是移动医疗系统中不可或缺的重要组成部分 在组成上主要包 括用户交互界面模块 无线通信模块 报警模块及数据传输模块 二 关键技术 1 2 5G 和 3G 数据通信的兼容 随着我国 3G 网络的开始推广应用 会在 一个相当长的时间内 2 5G 和 3G 网络并存 因此本项目在实施时需要从实现 技术上兼容两代网络技术 2 应用协议的制定 包括监护单元和监测终端的数据和命令的传输协议 监控终端和监控中心的数据和命令的传输协议 3 基于移动通信网络的数据传送功能的实现 主要完成将监控终端的数据 发送到监控中心并获取监控中心发来的命令 需要建立独立的通讯协议 以保 证数据的传送和识别 4 无线通信的可靠性与抗干扰问题 在监测终端包含了与移动通信终端 手机 通信的模块 必须保证它对穿戴式监护仪的微弱电信号不会造成影响 同时要保证它们之间的通信可靠 四 预期目标 主要技术经济指标 知识产权申请情况 应用 前景 1 经济指标 预计产品投产后第一年 可销售量终端 3000 台 按每件产品 2000 元 RMB 计算 监控服务中心软件 10 套 每套 20 万元 RMB 可实现销售收入 800 余万元 的经济效益 投入产业化改造成本 400 余万元 RMB 投入研发费 200 万元 RMB 上缴利税 50 万元 RMB 税后利润 150 万元 RMB 预计产品投产后第二年 可以 在第一年的基础上增加终端 5000 台 监控服务中心软件 20 套 则可以实现税 后利润 600 多万元 RMB 以后其年销售量将持续增长 这将给企业带来长远 丰厚的利润 2 人才培养 发表论文及专利申请 在本项目实施过程中将吸收计算机及相关专业的本科生和研究生参与研发 工作 项目完成后 可培养本科学生 3 人 硕士研究生 2 人 申请国家专利权 2 项 申请软件著作权 2 项 发表核心以上学术论文 4 篇 3 经济及社会效益 本项目能够为企业带来相当可观的经济效益 同时能够有效的促进高科技 医疗器械产业的快速发展 还能够带动与产业相关的领域的科研发展 并且能 够提供一部分劳动力的需要 因此具有良好的经济效益和社会效益 4 对产业的带动和提升作用 本项目能够推动移动医疗保健业不断地向前发展 降低医疗保健服务的成 本 同时又能够保证为患者提供高质量的服务 移动和无线信息技术正在为实 现这一目标提供巨大的推动力 佩戴式多功能健康监测及通讯终端提供移动医 疗保健的基础平台和具有竞争性的优势 利用它们 医疗保健机构必将获得新 的发展活力 赢得新的市场竞争优势 五 研究方案 技术路线 组织方式与课题分解 多功能健康监护系统及其监护方法 采用普遍使用的电话和个人计算机作 基础 以家中近距离遥测技术 远距离电话 或计算机网 通信网络作为技术 平台 形成以心电 血压等重要生理参数为主的监护网系统 实现众多病人既 可以在家中也可以在医院就能及时得到中心医院的监护和急救处理 病情分析 统计 病例管理等多项医疗功能 1 系统总体结构 该多功能健康监护系统主要由佩戴式多功能健康监护终端 智能手机或者 pc 机 监护中心服务组成 其系统组成框图如图 1 所示 Internet 病人1 智能手机 GPRS CDMA基站 医用传感器 医用传感器 佩戴式多功能健康监测终端 监护中心服务器 数据库服务器 医生 护士 家属 病人2 智能手机 医用传感器 医用传感器 佩戴式多功能健康监测终端 图 1 多功能健康监护系统总体结构 1 患者随身携带的佩戴式多功能健康监护终端 这部分随患者随身携带 其功能是对患者的心电和血压等信号进行监护 并可在必要时将监护数据实时地送往位于医疗单位的中心站 医生做相应处理 并能接收医生的诊断结果和治疗意见 这样患者在任何地方都可以得和医院一 样的治疗和监护 鉴于目前家用智能手机普及 系统采用智能手机作为家用端监护设备的基 础 以便充分利用现有的无线网络技术和降低成本 2 位于医院或急救中心的监护中心站 鉴于系统信息管理及多用户同时共享与实时监护的需要 监护网的中心站 由总监护台和信息管理系统构成 总监护台为整个系统的核心部分 其主要功 能是接收并处理 及保存来自多个用户的心电和血压等信号 实时地将当前与监 护中心连接的多个用户的心电波形 血压等数据显示出来供医生参考 同时还 可以提供病情信息给医生 护士 和患者家属查看 如果出现异常情况并向在 线的家属和病人以及值班护士发出报警 为实现上述进行目标 本系统采用具有多用户 进程功能的 Linux 系统 该系统还具有较强网络功能以及良好的扩展升级的余地 信息管理系统通过计 算机局域网与监护台联为一体 采用 PC 机作为其硬件环境 采用 b s 模式实现 管理患者的病历信息 以供医生对于患者请求做出诊断和处理意见时参考 3 连接上述两部分的通信网络 鉴于目前我国无线通信网络普及率高 系统地采用 2 5G 或者 3G 为医院监 护中心与家庭用户间的信息传递载体 其作用是联系家中被监护患者与医院医 生的桥梁 使医生可随时掌握家中患者的病情发展状况并给出相应的诊断和治 疗意见或提出及时的救助措施 为了方便不同层次的家庭使用者和中心站医护人员进行操作和使用 整个 系统采用中西文界面 窗口图形显示 鼠标操作 按键选择控制的软件设计策 略 家用前端基本采用全自动智能控制 无需家中使用者是否具有专门知识 智能手机中的实时心电分析软件可能发现可疑病情并启动自动联网通信软件 此时家中设备将自动与医院的监护中心完成通信连接并实时地将心电和血压数 据等发送给总监护台的值班医护人员 经诊断后 医护人员的医嘱信息将返回 给家庭用户并自动显示在患者手机或者 PC 机上 2 多功能监护终端 为了使设计的多功能健康监护终端具有良好的可扩展性 我们将主流的外 围接口都包括在了该 3G 应用终端平台中 该多功能健康监护终端由如下模块 构成 中央处理器 RS232 串口 USB 接口 显示接口 蓝牙模块等 如图 2 所示 中央处理器 ARM USB接口RS232接口 蓝牙 显示接口 数据输入接口 图 多功能健康监护终端硬件框图 下面对各个模块进行说明 中央处理器 中央处理器 本系统要求 CPU 具有工业控制中通用接口 同时处理速度较 快 因此 CPU 应该选用 ARM9 或 ARM11 内核系列的处理器 蓝牙模块 蓝牙模块 从成本和开发周期考虑 可以购买支持蓝牙 2 0 无线传输协议 的蓝牙模块 通过 USB 与主板连接 USB 接口 接口 一个 USB HOST USB 1 1 规范 接口 支持全速 12Mbps 或低 速 1 5Mbps 传输 一个 USB OTG USB2 0 规范 接口 支持高速 480Mbps 全速 12Mbps 或低速 1 5Mbps 传输 RS232 接口 接口 1 路 9 线全双工异步串行口 0 波特率高达 bps 1 路 5 线硬 件流控制异步串行口 波特率高达 bps 数据输入接口 数据输入接口 与生理采集仪连接 将采集到的生理信号送入中央处理器 显示接口显示接口 可接通用的多种显示设备 显示视频信号 监护终端软件的设计与开发可以分为两个部分 一是系统软件的设计与开 发 二是应用软件的设计与开发 系统软件包括 核心板级驱动 BSP 的开发 外围接口驱动的开发以及嵌入式操作系统的定制与移植 应用软件将根据具体 需求而定 我们将为应用层的相关应用提供相应的 API 监护终端的操作系统可以选用 WinCE 系列 Linux UcOSII 以及 VxWorks 等嵌入式操作系统 经过分析 我们发现对于该系统 使用嵌入式 Linux 具有 更大的优势 因为 Linux 使用 GPL GNU 通用公共许可证 所以任何对将 Linux 定制于 PDA 掌上机或者可佩带设备感兴趣的人都可以从因特网免费下 载其内核和应用程序 许多 Linux 改良品种