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基于ANDROID移动平台和蓝牙HDP技术的远程医疗监护系统设计

关键词：远程医疗监控、蓝牙HDP、IEEE11073、Android

摘要

针对远程医疗监控系统的实际需求，设计了基于物联网技术和云计算技术的远程医疗监控系统总体框架。提出了Android移动终端设备在本系统中的应用解决方案，并讨论了不同类型Android移动终端的开发方法。首先，介绍了远程医疗监护系统的总体框架。其次，详细讨论了Android蓝牙HDP和HTTP的数据通信方法的开发，该方法基于Android框架。将物联网和云计算技术结合起来，构建远程医疗监控系统。Android移动终端开发了医疗数据处理中心的应用程序和医疗数据显示应用程序。实验结果表明，该系统运行稳定，数据传输稳定，实时性强，有效可行。

1简介

随着老龄化社会的到来，越来越多的老年人、慢性病患者需要测量生理数据，无论是室内还是室外。当他们感到不适时，需要得到更多的医疗保健和医生的专业建议。病人家属不能实时陪护在身边，关注他们的健康。另一方面，医生希望详细了解病人的生理数据，但有些数据是短暂的，这些导入的数据需要及时保存。因此，以家庭或社区为中心的远程医疗监护系统逐渐成为远程医疗技术领域的研究热点。

近年来，许多研究机构开发出了自己的特色远程医疗监护系统。例如，浙江省服务机器人技术重点实验室在浙江大学计算机学院，该实验室开发了移动远程医疗监护系统，包括数据采集模块、监护平台和一个运行在手机上的终端，数据采集模块采集的患者生理数据通过GPRS模块传输到监护平台，医生可以通过手机对这些数据进行监护。中国科学院计算技术研究所将物联网技术应用于远程医疗监护领域，开发了基于物联网的远程医疗监护系统。在该系统中，利用自制的医疗监护基站设备和无线专用传感器节点，构成了一个微型医疗监护系统。

这些系统在设计过程中采用了国产的医疗数据采集设备或监控基站，在实现过程中提高了系统的成本，需要大量的建设和维护资金。本项目采用Android移动设备作为远程医疗监护系统的数据处理中心和数据显示设备，不仅降低了成本，而且使系统的更新和维护更加方便。如今，大多数Android移动设备已经支持蓝牙HDP技术，这确保了系统与其他医疗设备制造商的兼容性。

本文在分析远程医疗监护系统应用需求的基础上，将远程医疗监护技术与Android平台、蓝牙HDP技术结合起来。分析蓝牙HDP技术。研究如何应用Android平台和蓝牙HDP技术。设计了一套基于Android平台、蓝牙HDP技术的数据标准、安全可靠的远程医疗监护系统。

2 Android移动平台

在本系统中，数据处理中心和数据显示设备是Android智能终端设备。Android是一个基于Linux的开源自由操作系统。现在，使用Android操作系统的智能手机和平板电脑，在全球范围内非常流行。系统的最新版本是4.4。由于Android4.0（API级别14），系统引入了蓝牙健康设备配置文件（HDP）支持，使得Android应用程序可以与支持蓝牙的健康设备进行通信，如心率监视器、血压计等。

Android系统架构如图1所示。Android系统自上而下分为五个层次：应用层、应用框架层、组件库和Dalvik虚拟机、硬件抽象层和Linux内核。应用层（应用程序）包括电子邮件客户端短信程序日历地图浏览器联系人和其他设置。应用程序框架层包含视图管理器资源管理器内容管理器通知管理器和事件管理器，以及Java语言应用程序编程接口（API）。组件库包含C/C 库中的一组应用程序开发。Dalvik虚拟机是Google为嵌入式平台开发的基于Java的虚拟机注册器。硬件抽象层通过调用Linux内核接口实现硬件抽象。Linux内核层是Android操作系统的底层，操作环境提供硬件驱动和系统内存管理、线程管理等网络管理。

图1 Android 系统架构

3 HDP蓝牙技术

2008年6月，SIG医疗工作组和蓝牙组织正式发布了蓝牙健康设备无线医疗数据传输标准。考虑到医疗电子数据的具体技术要求，HDP加强制度安排纠错和再传输。HDP技术使用IEEE11073协议作为数据格式规范。

采用IEEE11073协议规范解决了数据格式与医学数据格式的兼容性问题。在世界范围内，230多家医疗卫生设备生产厂及相关技术公司，成立了一个名为Continua的国际组织，制定了医疗卫生设备通信的国际标准。许多世界知名的医疗器械制造公司和组织，如通用电气、欧姆龙、罗氏、松下、飞利浦、英特尔、微软都是该组织的连续成员。继续组织选定的数据格式IEEE11073，并在健康设备配置文件（称为HDP）协议中选择蓝牙技术。作为无线数据传输的标准。目前在发达市场，有这样的连续兼容销售，如日本。未来，具有通信功能的医疗卫生设备产品必须符合蓝牙HDP的IEEE1073数据格式和功能，这已成为必然趋势。

4远程医疗监护系统的设计

这是远程医疗监护系统的总体架构设计。远程医疗监控系统分为五个部分：医疗数据采集设备、Android数据处理中心、远程数据服务器、Google云消息服务器、Android数据显示设备。总体框架如图2所示。

图2 远程医疗监护系统的总体框架

在本系统中，通过监测穿戴蓝牙HDP的医疗设备，其生理数据采集后的目标是通过蓝牙将医疗设备传感器采集到Android数据处理中心。安卓数据处理中心首先通过WI-FI或3G无线网络和以太网路由器将数据共享给远程数据服务器和微软的Azure移动服务。之后通过Android数据处理中心对医疗数据进行解析，并将数据存储到SQLite数据库中，保证信息的正常存储，系统将进一步对数据进行分析、显示和报警。远程数据服务器接收到医疗数据后，将其存储到医疗信息数据库中，远程数据服务器还可以与医院信息系统共享，为医疗机构进行存储和分析。医生可以通过监控查询个人信息、医疗信息、物理数据、监控位置等，并由微软Azure移动服务负责比较被监控的生理数据和正常数据值，当存在异常数据时会通过Google云短信提醒注意云推送本医生或患者家属，方便及时与追随者打交道。Android数据显示设备可以实时监控患者的生理数据，也可以在患者出现生理数据异常时得到报警值。远程医疗监护系统中的Android客户端主要采用蓝牙HDP、消息处理、SQLite、网络编程和动画等技术。

4.1医疗数据采集设备

可穿戴式医疗数据采集设备，其数据传输格式必须符合IEEE11073协议的连续性规范，数据传输方式为蓝牙，如Aamp;D公司UA-767PBT蓝牙血压计，还可将医疗保健和医疗蓝牙模块结合在一起。例如，斯托尔曼生产医疗蓝牙模块。医疗器械主要有三种技术路线图，包括HDP综合医疗器械和技术路线图IEEE11073，如图3所示。

图3 HDP和IEEE11073的三大技术

4.2安卓数据处理中心

Android硬件数据处理中心通过Android系统以平板电脑或智能手机应用的形式运行，由携带医疗数据采集仪的人员通过蓝牙进行监控。Android数据处理中心的功能包括：用户登录和注册；蓝牙连接；GPS定位；医疗数据管理，如医疗数据的接收和分析（在本设计中，采集医疗设备中存储和传输的医疗数据，所需的数据格式满足IEEE11073数据格式），实时医疗数据监控、数据上传、数据存储等；用户信息查询，如用户个人信息查询、历史医疗数据查询，报警设置。

Android数据处理中心业务流程如图4所示。业务流程可以归结为：创建和登录用户，通过3G或WIFI 以太网连接到远程服务器。连接蓝牙设备，建立数据接收服务，接收数据到远程数据服务器发送医疗数据。解析医疗数据，存储数据，将数据发送到微软Azure移动服务。比较数据上的警报范围，超出范围的警报转向微软Azure移动服务传输GPS定位。

开始

N

连接成功

Y

接收完成

N

Y

N

连接成功

Y

退出

连接数据采集单元

处理数据

接收数据

连接服务器

创建数据接收服务

加载用户信息

图4 安卓数据处理中心业务流程

微软的Azure移动服务在接收到报警信息和GPS定位后，通过Google云消息方式将数据推送到家庭或医生监控的数据中，处理后的信息将显示在他们的终端Android数据中并显示出来

1. Android蓝牙HDP数据传输

蓝牙HFP协议是为无线传输医疗数据和定义而设计的。蓝牙HDP、蓝牙协议与一般电缆更换（SPP）协议相比，具有以下优点：

1. 新型eL2CAP的应用，使数据传输更加安全。
2. 增加与信道相关联的再传输流量控制机制，提高QoS。
3. 允许并行多路复用通道，例如通过同时与多个远程传感器通信的医疗设备
4. 时间同步功能。它提供高达2ms的时间精度，并通过蓝牙同步网络中的不同节点。这使得所有的传感器都可以同步到一个共同的时间参考，它提供了一个生理参数与相应的时间戳

蓝牙HDP协议不仅保证了数据传输过程的安全性和可靠性，而且在IEEE11073协议封装的基础上提高了医疗蓝牙设备的兼容性，数据格式IEEE11073连续选择已经成为通用的标准医疗设备数据格式。表1描述了IEEE11073数据协议的一部分。

表1协议标准描述

协议标准	描述
ISO/IEEE Std 11073-10404	脉搏血氧计
ISO/IEEE Std 11073-10406	心率监护仪（脉搏）
ISO/IEEE Std 11073-10407	血压监护仪
ISO/IEEE Std 11073-10408	温度计
ISO/IEEE Std 11073-10415	体重秤
ISO/IEEE Std 11073-10417	血糖仪
ISO/IEEE Std 11073-10441	心血管疾病（包括健康监测）
ISO/IEEE Std 11073-10442	力量（包括体能）监护仪

系统采用Android4.0及以上版本，使用蓝牙健康类实现蓝牙HDP连接和医疗数据传输，蓝牙健康是通过IPC控制蓝牙服务的代理对象。

连接过程如图5所示。使用Bluetooth适配器类get DefaultAdapter（）方法获取本地Bluetoothadapter对象。使用蓝牙适配器类get Profile Proxy（）方法获取蓝牙健康代理对象。创建蓝牙健康回调，使用call registerSinkAppConfiguration（）方法注册到应用程序配置。与远程设备配对。使用系统设置。使用connect Channel To Source（）连接运行状况设备。有些设备会自动连接频道。蓝牙健康回调将通知应用程序通道状态更改。使用与已连接通道一起提供的文件描述符来读取数据并将其写入运行状况通道。需要使用实现IEEE 11073规范的健康管理器来解释接收到的数据。完成后，通过调用disconnect Channel（）关闭应用程序配置，并通过调用Anti Registration AppConfiguration（）反注册应用程序配置。

创建Bluetooth适配器对象

获得BluetoothHealth代理对象

完成应用程序配置注册

与远程设备配对

连接到健康设备

向运行状况通道读写数据

完成后，关闭健康频道

图5 蓝牙HDP连接过程

1. 安卓数据管理

Android数据处理中心的数据管理功能包括医疗数据的存储、查询和显示，SQLite中使用了数据存储和查询功能。SQLite是一个轻量级、嵌入式、关系型数据库，因为SQLite可靠、高效的可移植性，现在使用Android、iPhone等移动系统。数据显示功能主要由Android动态绘图中的SurfaceView实现。由于SurfaceView具有双缓冲机制，为快速绘制线图数据提供了良好的支持。在医疗信息系统中，医疗数据刷新速度非常快，需要实时监控医疗数据值，因此选择Android动态图形显示医疗数据非常合适。数据处理如图6所示。

图6数据处理显示

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