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居家端醫療資訊整合系統

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Academic year: 2021

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居家端醫療資訊整合系統

吳金能

Jin-Neng Wu

工業技術研究院

*

通訊作者: 吳金能, lesliewu@itri.org.tw

摘要 在此篇論文我們提出一個居家端醫療資訊整合系統, 居家端醫療資訊整合系統透過有線或無線的網路實體 通訊媒體從醫療器材端收集生理資料並利用安全連線 上傳到遠距照護帄台,醫生或是照護專家透過遠距照 護帄台觀察這些生理資訊簡易判讀一般民眾身體是否 異常。此系統利用網路和標準管理協定達到節省醫療 成本、減少慢性病民眾往返住家及醫院的次數及養成 銀髮族的居家照護習慣等益處,系統主要的元 件含 有,UPnP 協定、Web Service、SSL(Secure Socket Layer) 等。透過這些模組實現讀取生理資訊、儲存生理資訊、 記錄生理健康資訊、照護使用民眾健康狀況、確保資 料安全性、校正設備時間、達到使用操作介面一致性 及自動化網路環境設定。 關鍵字:遠距照護、醫療資訊、慢性病、銀髮族、居 家照護 Abstract

In this paper, we propose a home-side medical treatment information integration system, this medical treatment system discovers device, and then accesses and collects vital signs from end-user medical device through wire or wireless network. After collecting, it sends those data to remote nursing platform with secure mechanism. Those vital signs in the remote nursing platform can be provided for doctors or nurse practitioner to diagnose those customers in the system. In this system, we make use of network and standard protocol to achieve saving medical and labor resource, reducing the times which chronic disease patient go to hospital and back home, helping elder people forming home-side nurse by themselves. There are some key components in this system, including UPnP(Universal Plug and Play), Web Service, and SSL.

By making using these important modules is to access vital signs , store vital signs, record vital signs, watch out people health status, make sure of data securely, time preciseness, unify user operation interface and automatically network environment setting.

Keywords: vital signs, remote nursing platform, medical treatment system, UPnP, SSL

1、前言 以目前全球的社會人口趨勢結構來看,銀髮族人口佔 的比例越來越大,少子化現象越來越嚴重,以後高齡 照護將會是一個很大的社會負擔。然而,數位智慧型 住宅、多媒體網路、醫療器材數位化、醫療院所的多 元化經營及照護業者加入網通技術建立照護帄台將可 幫忙各國政府減輕高齡民眾照護的負擔[1,2,3],遠距照 護順勢成為新興的產業,未來將此產業將製造出全球 相當高的市場產值,它將解決照護專業人員的不足等 問題與被認為提高照護品質的優先考量,並降低非必 要住院的負擔及慢性疾病患者醫療支出。根據工研院 研究統計工研院產經中心針對遠距照護市場發表資 料,2006 年台灣遠距照護市場規模約為新台幣 15 億 元,推估將以年複合成長率持續成長,在 2010 年將達 到新台幣 31 億元,而到 2015 年台灣健康照護市場需 求預估可達新台幣 2215 億元,同時根據日本產經省預 測,2025 年全球高齡社會產業市場需求將達 37.38 兆 美元。國際上許多組織或是聯盟均由相同產業性質或 是由同屬性的競爭業者聯合成立,這些組織或是聯盟 藉由內部的成員討論會和公開的學者研究會議,由相 關的專家或是學者訂定出符合需求的協定或規範,達 到醫療整合系統、遠距居家照護、網路健康服務及遠 距病人監測系統等目的。相關的組織包含 Broadband Forum[4]、DLNA[9]、IEEE/ISO[10]等團體,這些團體

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從成立到現在已制訂出許多規範讓全世界的廠商遵 守,廠商依據規範製作產品並經過標準檢測,到最後 銷售產品。 本論文主要利用這些組織制定的網路通訊標準[5,6], 進行開發和整合現有產品達到居家端醫療資訊整合。 使用的標準包含 UPnP、Web service 等技術,考量到系 統在網路上傳遞資料頇確保資料的隱密性和家內網路 環境可能會有 NAT 的存在,因此加入安全機制和穿透 NAT[11]機制。 醫療整合系統整合多款市面上銷售的醫療量測設備和 正在開發的雛型產品,這些產品的生理量測資料傳輸 介面涵蓋有線傳輸介面和無線短距離傳輸介面。目前 不同醫療器材製造廠商在市場販賣的醫療器材並無統 一傳輸介面和無一致的資料格式,導致整合上的難 度,然而這也是系統整合的重點。 2、解決問題 在整個資訊整合系統裡,居家端的醫療生理資訊如何 做一個自動化的傳輸、收集、紀錄、後送到伺服器是 個很重要的問題,假如醫療器材有統一的資料傳輸界 面、一致的資料格式、一致的傳輸協定,將可以解決 目前的問題,雖然現在已經有組織訂定出標準,但遵 守的製造廠商相當少數,所以我們希望透過一些網路 的技術解決上述整合的困難點。第一步我們使用一台 傳統的電腦或是嵌入性電腦,這台電腦稱為健康照護 集線器,健康照護集線器的功能是讀取或接收醫療器 材生理資料到本身的資料庫,因此健康照護集線器必 頇俱備所有的無線和有線傳輸界面,才有能力連接搜 尋醫療設備。健康照護集線器尋找醫療器材成功後, 如何利用指令將資料傳送出來和解析成功也是重要的 一環。針對不同的醫療器材,整合系統提供一致的使 用者操作界面讓使用者學習一次醫療生理資訊的紀錄 上傳後將不用在學習,減少使用者的心裡恐懼,提升 使用者使用意願,增加醫生判讀的準確性。 至於非功能性的項目,網路環境自動化建置和網路安 全機制,在健康照護集線器內部安裝一個特定的軟 體,這個應用程式在健康照護集線器開機後會立即偵 測 家 庭 環 境 是 否 有 UPnP IGD ( Internet Gateway Device)[7],假如有這種設備存在會對 UPnP IGD 傳

送 UPnP Action,Action 的用途在於新增 port mapping table 讓健康照護集線器可與外界連線,內容為健康照 護集線器的 private IP 和 local port。並且確保健康照護 集線器與遠端伺服器的連線是相通無障礙的,連線後 的資料傳輸必頇擁有機密性和無法竊聽性,因此加入 安全機制。 網路上每天有幾萬個駭客在進行篡改及攻擊,因此不 管是多大或是多小的系統只要建構在網路上運行的開 放式帄台就必頇考量系統的安全性。所以本系統必頇 加入 SSL[12]安全性的防護機制,對於容易受到攻擊的 外部網路增強資料的機密性和不可預測性。本系統採 用憑證驗證系統,利用相互驗證的安全連線達到高安 全性的資料傳輸,在遠端照護帄台放置伺服端的憑 證,在家裡面的健康照護集線器放置用戶端憑證。 在 家內的健康照護集線器和遠端照護帄台這兩端在資料 傳遞前先建立安全連線,避免生理資訊量測值使用明 文的方式在網路上傳遞且遭受到竄改,同時保護遠端 照護帄台對家內電腦下達的健康建議可以正確的被收 到和執行。 3、系統架構 系統架構包含家庭端的健康照護集線器和醫療器材, 照護端的健康照護帄台,照護帄台頇透過網路存取, 系統架構顯示於圖 1。 Figure 1 系統架構 在圖 2 中,目前整合的醫療量測設備涵蓋各種有線和 無線傳輸介面,有線傳輸介面包含一般傳統的 RS232 和傳輸速度較快的 USB 兩種,短距離無線傳輸介面包 含 Zigbee、IrDA、RF(Radio Frequency)、Bluetooth。 整合的設備少數為測詴用的開發器材,大部份為一般 市場上可輕易購買取得的醫療器材。RS232 種類的醫

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療器材設備包含體重機、呼吸流量計及血氧計,USB 種類的醫療器材包含二合一血糖血壓機及計步器, Zigbee 介面的設備為二合一血糖血壓機,IrDA 介面的 設備為心跳錶及血糖計,RF 介面的設備為三合一的 ECG 呼吸體溫無線貼片及 RFID 指紋機,Bluetooth 介 面的設備為體重機。 Figure 2 已整合的部分醫療器材設備 一般市場上販賣的醫療器材通常具備一個使用者介面 讓使用者自行學習操作及自我量測,具備對外開放傳 輸介面的醫療器材比例上還是少數。 因為製造成本等 因素,使得一般醫療器材的傳輸介面以有線的 RS232 居多,然而短距離無線的介面具備彈性和移動性優勢。 本系統的架構上,健康照護集線器具備 Plug&Play 的 特色,當系統中設備連接到電腦時,將自動辨識設備 而不需人為操作,當設備被移除時,系統也會自動移 除該設備,讓民眾無法在執行該設備。另外,醫療器 材是否頇具備儲存功能將會是使否使用整合系統上的 一個很大的因素,假如醫療器材具備儲存功能,設備 則不需要一直與健康照護集線器保持連線的狀態,使 用者可以攜帶裝置到不同的地方量測,每隔一段時間 再與健康照護集線器連線上傳資料。 然而醫療器材非 具備儲存功能,電腦必頇與醫療器材連線並做好立即 上傳的準備。 Figure 3 血壓計的生理值記錄欄位 目前市場銷售的醫療器材或是尚未銷售實驗性質的醫 療設備對於本資訊整合系統存有一個阻礙。此阻礙在 於醫療器材的製造商雖然願意將產品製作成非封閉式 的設備,然而這些廠商只希望透過本身公司開發的軟 體或應用程式讀取儲存在醫療設備裡的生理資訊。這 是整合的路上會遇到的問題,然而透過我們的經驗已 經整合相當多廠商的產品,對於醫療器材的生理資訊 自訂泛用統一的儲存格式。 圖 3,是血壓的生理資訊表,系統設計相當多的欄位包 含使用者 ID、健康照護集線器 ID、設備 ID、量測時 間、收縮壓、舒張壓、脈搏、健康照護集線器讀取時 間等欄位記錄血壓量測值。透過 RFID 指紋機可以取得 使用者 ID,使本系統為一多人使用的系統,不用再擔 心多筆的資料無法正確儲存至特定使用者。另外,針 對不同醫療設備,資訊整合系統也提供不同的客製化 服務,例如醫療器材本身提供時間校正的功能,則本 系統也會整合醫療器材的時間自動校正,生理資訊的 時間正確性對於資訊的判讀具有相當的重要性,一旦 醫師對於錯誤時間的量測值做出錯誤的判斷,可能造 成病患的病情延誤。圖 4,是血糖的生理資訊表,系統 設計的統一欄位包含使用者 ID、健康照護集線器 ID、 設備 ID、量測時間、血糖值、健康照護集線器讀取時 間等欄位記錄血糖量測值。 Figure 4 血糖計的生理值記錄欄位 本系統於家外架設健康照護帄台於健康照護端,健康 照護帄台為一網頁伺服器,提供在網路上任何一個具 有專業知識背景的照護醫療人員查詢使用者的歷史量 測資料。 透過這樣的帄台建立預先警告系統,初期利 用人為,未來則利用專家系統或是決策系統對於所有 生理資料進行綜合判讀,假使特定使用者具有某特定 疾病前兆的現象,將可提早發出警告通知使用者到醫 療單位進行更詳細更精確的檢查,達到早日發現、早

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期治療的目的。

健康照護帄台目前由免費開放原始碼的軟體建構而 成,包含儲存生理資訊的軟體 MySQL[14]和提供 Web Service[8]的 Apache Tomcat[13]。於 Tomcat 內置入本 系統開發的 Web 應用程式,在 MySQL 內根據系統自 定的生理資訊泛用型欄位建立相容於各種醫療設備的 資料格式的 Table。MySQL 用途為遠端長期儲存使用 者所量測的生理資訊,目前整合的醫療設備,有些無 儲存的裝置,有些具有儲存的功能,為了確保系統中 具有儲存功能的醫療設備上傳內部暫存的生理資料時 不會發生錯誤,當健康照護集線器正確的接收醫療器 材上傳的資料後並且成功上傳到健康照護帄台,系統 將自動的刪除醫療器材暫存的內容,增加未來暫存量 測生理資訊的容量或筆數。在圖 5 可看到健康照護帄 台的照護專區針對不同的生理資訊值,系統會呈現不 同的圖形達到具有醫療背景的專業人式觀看歷史資料 清晰易懂目的。 Figure 5 健康照護帄台 4、系統特色 本系統包含幾點特色,第一點- 穿透 NAT(Network Address Translation)。 因為全球網路位址有限及頻寬 價格於台灣仍屬高價位,並且在家庭內通常存在大量 的連網設備,所以一般的家內網路通常無法全部為公 開的 IP address。 因此本系統必頇穿透 NAT 才能達到 大量的布建及遠端操控的目的。第二點- 客製化服務。 因為不同醫療器材提供的傳輸介面、資料格式和設定 功能均不同,而本系統對於相同種類的設備可以重複 使用相同的程式碼,而針對不同的功能也可以整合到 系統,例如時間校正。第三點- Plug&Play。透過熱插 拔的技術,可針對 USB 的醫療器材進行自動新增設備 和移除設備,減少人為操作避免錯誤量測及輸出。第 四點- 統一化操作介面。針對不同種類的醫療器材, 統一的操作介面及操作順序,讓使用者方便又好記, 降低教育使用者的人事成本。第五點- 服務隨選。不 論家裡的醫材器材設備增多或是變少,系統均可以提 供操作,不會發生因為增加設備而系統無法支援的窘 境。第六點- 多人使用。系統支援多人使用,提供不 同使用者設定個人的資訊。例如,針對個人的身體健 康狀況的不同設定不同的生理資訊上下限值。第七點- 整合醫不同院需求。針對罹患不同慢性疾病的病人, 病人到醫院尋求醫生的專業診斷治療時,假如醫生認 為看診病患需要長期性的量測某些醫療生理值,例如 血壓。病患在家中透過健康照護集線器和血壓計,將 量完的血壓生理值,透過傳輸介面連接到健康照護集 線器,生理值將立即後送到醫院端的健康照護帄台資 料庫,24 小時透過醫生長期的監控各個病患的健康情 況。 5、結論與未來展望 因為少子化的全球趨勢,造成社會年齡層的銀髮族人 口比例越來越高,加上社會環境的改變、現代食物的 製作及民眾的生活作習與以往有很大的不同,導致一 般民眾罹患慢性病的機率相當大,鑒於社會醫療人力 資源均不足,此類的健康照護或是居家照護系統相繼 開發,希望可以解決這方面的問題。然而這些病患所 具備的電腦技能又是眾多族群當中最缺乏的一群人, 如果醫療系統功能相當多元並且完善,但是使用者操 作相當煩瑣雜亂或是使用者介面不夠親切,這些都將 導致病患無法駕輕就熟的使用系統,如果系統的智慧 化或是透過遠端的伺服器幫忙使用者解決這些問題將 可以降低使用者的使用門檻,這就是本系統所追求的 目標。 目前的系統雖然可達到智慧化的目的,但是仍有些需 要改善的部分,希望以後可以達到更自動化、更好的 攜帶性、更高的 performance。 第一點,目前的健康照 護集線器安裝在 CPU 為 ARM 9 的硬體,雖然 ARM 9 運算能力不及 X86,但是相對的硬體需求也比較低, 因為硬體需求低,利用較小尺寸的板子做搭配,讓健 康照護集線器硬體趨向較小化,因為具有較高的移動 性,則使用者使用的意願將會增加,提高居家端醫療

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資訊整合系統被採用的可行性。第二點,整合醫療設 備販賣及衛教影片教學服務,透過與電視的結合,可 在電視帄台上進行醫療影片的教育或是販賣醫療器材 等服務。 第三點,增加健康照護集線器可以連接的 device 個數,因為健康照護集線器上的實體傳輸介面 有限,但是家裡的醫療設備數目相當高的機率會超過 健康照護集線器上面配備的個數,將來希望透過網通 的技術利用專利申請的方式先行卡位解決限制的數 目。 第四點,增加醫療設備的種類,目前系統整合的 醫療設備雖然不少,希望可以新增更多不同的設備, 例如多頻項睡眠檢測儀器。 第五點,在健康照護帄台 建立專家系統自動發出警告訊息,一般的遠距居家照 護或醫院裡的遠距照護,醫生無法全天候盯著系統呈 現的生理資訊進行判讀,假如專家系統可以進行簡單 的醫療疾病判斷發出警示,早期治療將可以減輕病患 的醫療費用並且減少遠距照護系統的費用。 參考文獻

[1] Anderson, J., “Beyond Mobile Coronary Care - A Telehealthcare Case Study,” in Institution of Engineering and Technology Healthcare Technologies Network, pp. 265-281, 2007. [2] Kyung, P., Nam K., Ju H., Mi P., Eun C., Tae L.,

“PDA based Point-of-care Personal Diabetes Management System,” in Proceedings of the 2005 IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, pp. 3749 - 3752, 2005.

[3] Prado, M., Reina, J., Roa, L., “Distributed intelligent architecture for falling detection and physical activity analysis in the elderly,” in Proceedings of the Second Joint EMBS/BMES Conference, pp. 1910-1911, 2002.

[4] CPE WAN Management Protocol v1.1, http://www.broadband-forum.org/ , 2009. [5] Internet Gateway Device Data Model for TR-069,

http://www.broadband-forum.org/ , 2009. [6] Health Level Seven,

http://www.hl7.org/ , 2009.

[7] Internet Gateway Device (IGD) V 1.0,

http://www.upnp.org/default.asp , 2009. [8] Web Services,

http://www.w3.org/ , 2009. [9] UPnP AV,

http://www.dlna.org/home , 2009. [10] ISO/IEEE 11073 Health informatics ,

http://www.iso.org/iso/iso_catalogue.htm , 2009. [11] The IP Network Address Translator (NAT),

http://tools.ietf.org/html/ , 1994. [12] The SSL Protocol Version 3.0, http://tools.ietf.org/html/ , 1996.

[13] The Apache Software Foundation., “Apache Tomcat,” http://tomcat.apache.org/, 1999. [14] Sun Microsystems, Inc.., “MySQL,”

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