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即時生理訊號量測應用於長期照護機構之研究

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Academic year: 2021

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(1)

亞東技術學院

資訊與通訊工程研究所

碩士論文

即時生理訊號量測應用於長期照護機構之

研究

Research of Real-time physiology signal

measurement for long-term care Institute

applications

研 究 生 : 劉灯格

指 導 教 授 : 王清松 博士

(2)

I

摘要

隨著科技的快速發展及醫療技術的進步,醫療照護服務已由醫院向 外延伸到長期照護機構和居家照護方面,為因應高齡化社會所帶來健康 照護龐大的需求,遠距照護模式進而蓬勃發展。本研究在實現一種由 Web 端作即時遠距監測之系統,結合了感測與通訊技術,透過無線感測網路 傳輸生理信號資料,將信號資料傳輸到利用 MySQL 所建立的資料庫中。 本研究整合感測系統之測量裝置將血壓、血氧、心跳、心電圖、溫度等 各項生理資訊的資料用無線的方式即時上傳到資料庫。並將病人生理資 訊將即時呈現在網頁上,以提供病患、家人或醫護人員更完整、長期的 生理訊號監控,並對異常之生理徵兆發出即時警訊。 除了可取代手寫病歷所耗費的人力和時間,達到即時救護、警示與 雙向溝通,節省照護人力亦可提升照護品質。此外,病人的歷史生理訊 號資料亦可做為日後的醫療診斷的參考,醫療單位也 可藉由此集中式長 期監測資料作為診斷參考。 關鍵詞:Web 遠距監測、即時生理訊號、感測與通訊技術、MySQL 資 料庫

(3)

II

Abstract

Along with science and technology of rapid development and medical technique of progress,medical care service already by the hospital outwardly extend long-term care the organization and daily life at home look after aspect, facing the aging of society brought about by health care a huge demand, telecare mode and then booming development。In this study,for real-time remote monitoring system by the Web side , combined to detect and communication technique,physiological signal data through wireless sensor network transmission,semaphore data transfer to make use of MySQL database,this research integration detects the diagraph of system device blood pressure, blood oxygen, heartbeat, electrocardiogram, and temperature...etc. each data of physiology information is used the way of wireless to immediately upload a database,and patient physiological information is presented on a web page immediately,to provide patients, family members or medical staff of more complete, long-term physiological signal monitoring, and send out instant alarm to the physiology omen of abnormality。

In addition to the manpower and time-consuming to replace handwritten medical records , to achieve immediate medical alerts and two-way communication,saving to look after manpower can enhance the quality of care。In addition,the patient's history of physiological signaling information is also available as a future medical diagnostic reference,medical unit can also by this concentrate the type monitor data as diagnosis over a long period of time reference。

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III

目錄

摘要………..………..I Abstract ………..………..II 目錄……….………III 表目錄……….….V 圖目錄 ……….….VI

第一章:緒論

1.1、研究背景與動機 ..………..1 1.2、國內外相關文獻………..3 1.3、研究目的 ………..………..5 1.4、論文架構 ……….6

第二章:系統架構與傳輸相關原理

2.1、系統整體運作情境與規劃 ………7 2.2、系統無線傳輸簡介..……….……….10 2.3、Sensor 硬體簡介……….11 2.4、軟體程式簡介..…….……….13 2.5、資料庫簡介………..17

第三章:系統設計與實作

3.1、系統設計………..19 3.2、網頁程式撰寫…..……..………..22

(5)

IV 3.3、資料庫規畫 ………32

第四章:實驗結果與討論

4.1、長期照護環境實際測試………37 4.2、網頁端操作結果………..39 4.3、資料庫資料顯示………..41

第五章:結論與未來展望

5.1、結論……..………..44 5.2、未來展望.……….45

參考文獻

...46

(6)

V

表目錄

表 3-1 血壓資料表………..……….………33 表 3-2 心電資料表………..……….………33 表 3-3 血氧、脈搏資料表………..……….………34 表 3-4 管理人員帳密資訊…………..……….………34 表 3-5 病患基本資料…………..……….………35

(7)

VI

圖目錄

圖 1-1 全國 65 歲以上佔總人口比率………..1 圖 1-2 台灣未來失能人口評估………2 圖 2-1 一般醫療資訊平台………7 圖 2-2 系統開發步驟流程圖………8 圖 2-3 未來遠距照護資訊平台架構………9 圖 2-4 心電 sensor……….………11 圖 2-5 血壓 sensor……….………11 圖 2-6 血氧與脈搏 seneor………..12 圖 2-7 Linux 下文字模式的 Mysql……….17 圖 2-8 可在網頁上管理的 Mysql 資料庫………17 圖 3-1 系統登入示意圖………...18 圖 3-2 人員資料表………...18 圖 3-3 病患生理訊號資訊圖………...19 圖 3-4 程式流程圖………...21 圖 3-5 主程式相關變數………...22 圖 3-6 網頁介面顯示框架程式………..………...22 圖 3-7 接收與分解程式………..………...24 圖 3-8 ECG 副程式………...26

(8)

VII 圖 3-9 血氧與脈搏副程式………..………...26 圖 3-10 血壓副程式………...27 圖 3-11 透過副程式轉存資料庫程式………...28 圖 3-12 心電圖數據顯示畫面………...29 圖 3-13 心跳數據顯示畫面………...29 圖 3-14 血壓數據顯示畫面………...30 圖 3-15 血氧數據顯示畫面………...30 圖 3-16 讀取資料庫………...31 圖 3-17 Sensor 端上傳數據至資料表示意圖…...………...32 圖 4-1 長期照護環境………...37 圖 4-2 架設電腦接收端………...37 圖 4-3 操作人員實際測試………...38 圖 4-4 心電與血氧傳輸過程………...39 圖 4-5 即時心電圖顯示………...39 圖 4-6 歷史資料顯示………...40 圖 4-7 心電資料表………...41 圖 4-8 血壓資料表………...42 圖 4-9 血氧與脈搏資料表………...42

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1

第一章

緒論

1.1 研究背景與動機 醫療科技的發達伴隨人類平均壽命的增加。在 2006 年的統計數字中, 歐洲國家 65 歲以上人口占總人口比例普遍超過 14%,日本 更高達20.8%, 在圖 1-1 中我國根據行政院經濟建設委員會[1]在 2010 統計數字則增為 10.7%但是年年都以一定的比例持續攀升,因此,受到人口結構少子化與 國民平均壽命逐年增加的影響,造成相對醫護資源短缺下,對於照護以 及醫療資源的需求亦呈現逐年遞增的趨勢。 圖 1-1 全國 65 歲以上佔總人口比率 在圖 1-2 根據統計 2011 年台灣失能人口約有 44 萬 8 千人, 10 年後 將有 64 萬失能人口需要社福體系照顧。紅十字會總會會長陳長文表示, 雖然台灣已邁入老齡化社會,照護的需求量大增,但是供給面卻相當稀 少,「一旦家中有為需要長期照護的親屬,就會影響整個家庭,因此廣泛 來說,失能者牽動的影響人口高達 180 萬以上。」由於台灣長期照護人

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2 力短缺,頂多只有 5 千名照顧者;機構照顧僅能提供 8 萬個床位;居家 護理和服務才只有 2、3 萬人力,因此這個缺口就由外籍看護補足,目前 台灣大約有 18.2 萬的外籍看護,協助台灣照顧失能者的生活起居。 圖 1-2 台灣未來失能人口評估 隨著醫療模式改變,健康照護服務方式已從傳統醫院床邊服務,向 外延伸至出院病患的居家照護或是長期照護機構來發展,因此,為因應 高齡化社會所帶來健康照護龐大需求,遠距照護模式 (Telecare)[2,3]進而 蓬勃發展。遠距照護的主要對象是慢性病患,因此此類病患可透過遠距 醫療的輔助取得妥善的醫療照護服務。而遠距照護首要目標就是對病情 的掌控,遠端生理監測系統就成為主要的蒐集工具。以往研究中的遠端 生理監測技術,大多是以行動設備為主,利用行動設備來監控病患的生 理資訊進而掌握即時的病情,亦或是以單一個生理訊號為主,譬如:監 測心電圖的資訊、血氧濃度、血壓、心跳、溫度等。 現階段的醫院來是 以紙本病歷為主要依據,未來朝向以電子病歷發展。因此,為了將生理 資訊整合成為未來電子病歷一部分,因此目前所發展的醫療技術中電子 病歷表和遠端醫療系統是必要的。在遠端的部分,許多的研究都指出在 感測系統中所要監測的生理訊號在過程中必須以即時性的方式,隨時掌 握病患的病情,於緊急狀況發生時可立即尋求醫療支援。

(11)

3 1.2 國內外相關文獻 近年來,在國內外與遠距醫療或無線無線健康照護系統相關的研究 蓬勃發展,例如有些研究著重在硬體的設計,包括使無線感測器的設計 更人性化、訊號的偵測能夠連續而不中斷、訊號偵測範圍能夠更廣;有 些著重在硬體與通訊介面的整合,讓更多不同的醫療儀器所偵測到的生 理訊號,能夠互相傳輸並整合到資料庫中,在國內高齡化社會及慢性病 為主的疾病型態趨勢下,長期居家照護及緊急醫療的需求大增。包括歐 盟、美國、日本等先進國家,都正積極推動遠距居家照護,讓目前以「醫 療機構」為主的照顧服務模式,逐漸地轉變成以「照護機構」、「居家照 護」為主的醫療照護模式,雖然推動長期照護已成為現在許多國家的施 政重點,並將其列為新興服務產業發展計畫之一[4],目前國內長期照護 的技術在應用上已經有許多種產品被開發利用,但是在實際的操作上還 是有一些潛在的問題存在,例如產品的經濟效益、使用度是否理想、護 理人員對於此的接受度、sensor的數據是否正確以及資訊的安全等,都是 需要去克服的,本論文希望以實際前往長期照護做測試來幫助護理人員 及長照協會,並對於一些安養中心內需要長期照護的院民需要的設備昂 貴或不符合需求,未來能將其技術納入其中改善照護的品質和效益。 近年來,無線技術發展速度非常快,除了在通信設備的發展上,有 許多無線傳輸裝置例如:藍芽、無線射頻晶片等等,近年來也積極應用 於醫療儀器上,試圖擺脫線材的限制,許多論文提出無線傳輸應用在醫 療科技方面,以下就近年來開發的醫療資訊服務系統做一個解說。

Cano-Garcia 學者提出一套PDA ECG監控系統,將所獲得的ECG 值 由PDA 接收展示,並透過PAN 傳遞回後端的伺服器[5]。此系統操作方 便且有效快速收集資料,但是如果能夠配合一個資訊傳遞與發布的web 平台,更可以將整體的照護工作更有效的傳遞與掌握。

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4

H.S. Chen 等學者針對老人看護部份提出一套U-Care系統[6]。於此研 究中提出與設計一個平台連結各式健康醫療設備,並展示於所提出之系 統中,其主要包括健康生活管理(Healthy Life Management)與健康照護服 務(Health Care Services),雖然完善考慮老人照護部分,但若能設計一個 資訊傳遞的平台與其傳輸相對應相信會更完美。

B.S Lin 等學者開發出一套即時無線生理訊號監控系統(A Real-Time Wireless Physiological Monitoring System)給醫護站來使用,將監控病患之 體溫、血壓、心跳速率等,主要包括行動生理訊號檢測裝置、無線基地 站、語音/資料交換器與網路控管中心等四部份共18項功能[7]。若能透過 Web化的平台服務則資訊的傳遞與分享會更具效率。 由以上所論述可知大部分的系統對於醫療資訊已經有很深入的研究, 但是其實都還缺少一個可以即時顯示的平台,故本論文希望提供一個能 夠把即時的生理訊號應用在長期照護機構的研究,為未來的長期照護醫 療資訊系統盡一份心力。

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5 1.3 研究目的 世界上的人口都在急遽的老化,台灣也不例外,受到人口結構少子化 與國民平均壽命逐年增加的影響,醫療資源的需求亦呈現逐年遞增的趨 勢,對於急性的病患其醫療需求仍以醫院為主;對於慢性的病患則希望 透過遠距醫療的輔助取得妥善的醫療照護服務。在越來越多醫療人口的 情況下,所要面臨的首要問題就是病情的掌控,因此,開發遠端生理監 測系統是未來的趨勢,並在醫護資源越來越少的情況下所利用。以往研 究中所用的遠端生理監測技術多半是以行動設備為主,利用行動設備來 監控病患的生理資訊進而掌握即時的病情,也有許多的研究都是以單一 個生理訊號為主,譬如:監測心電圖的資訊、血氧濃度、血壓、心跳、 溫度等。 在目前所發展的醫療技術中電子病歷表和遠端醫療系統是必要的,病 患病歷在現實醫院中目前還是以依靠人力為主,未來將會被電子病歷所 取代。在遠端的部分,許多的研究都指出在感測系統中所要監測的生理 訊號在過程中必須要是即時性的,這樣才能隨時掌握病患的病情,如有 緊急情況發生也才能應對。 在本研究中則是在實現一種經由 Web 端作即時的遠距離監測的系統, 透過 RF 模組把病患資料傳送到 PC 端經過網路回傳到中心伺服器端處理 後再顯示在 Web 端,這樣一來除了可以節省大量的照護人力也可以提升 照護的品質。

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6 1.4 論文架構 一、 第一章 緒論:簡述現今的醫療體系下長期健康照護目前和 未來的現況,以及針對本研究的背景、動機與目的討論整個 架構。 二、 第二章 系統傳輸相關原理:本章節一開始會先說明整個系 統的架構跟規劃,接著在介紹本研究中所使用的硬體設備、 軟體程式和後台資料庫的簡介及所用傳輸原理的知識與相關 文獻。 三、 第三章 系統設計與實現:說明本系統的實作方法,包括網 頁程式的撰寫及資料庫的規劃。 四、 第四章 實驗結果與討論:將本系統應用於長期照護環境中, 實地前往長期照護院內架設系統與護理人員學習如何將裝置 放置在病患身上,並在網頁端和資料庫上展示實作的成果及 資料。 五、 第五章 結論與未來展望:檢視整個研究的過程與結果,並 提出建議改進的事項和未來的展望。 六、 參考文獻

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第二章

系統架構與傳輸相關原理

2.1 系統整體運作情境與規劃 圖 2-1 一般醫療資訊平台 在圖 2-1 中所呈現的是一個以醫院為核心,把醫療的資訊轉成電子病 歷傳送到醫療資訊中心,在經過健康狀態分析的伺服器分析完後透過網 路對應到個人的行動設備中,這個過程是目前遠端監控中比較多被討論 的部分,在許多的論文中都有提到利用個人的行動設備來做一個健康的 管理系統,不過本系統是利用 Web 的技術來建構一個長期健康照護的管 理系統,讓使用者不侷限在個人設備中而是能夠在有網路的地方都可以 即時的觀看到生理狀況,在這個過程中主要的重要角色是病患、護理人 員及管理者,一般的健康管理系統都是以這三個為主要架構去開發。 在這整個系統當中 sensor 端的生理資訊是如何從傳輸、Gateway 接收 資料、後送 server 資料庫是一個很重要的問題,在目前的醫療資訊中如 果有統一的傳輸格式、統一的資料格式、統一的資料表將可以使遠距醫 療達到最大的效果,但是目前雖然有些組織在這些格式的制定上有訂定

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8 出一些標準,但是在台灣絕大部分的醫療體系都還是照各自所制定的格 式進行,未來在統合這方面還有很大的進步空間。 圖 2-2 為本系統的開發步驟流程圖,在開發的規劃上第一步是要先了 解到長期照護每天所需要去測量的數據為哪些,進而去找出這些 sensor 測試是否能夠把資料格式傳送出來與解析,在醫療器材的選擇上仍舊是 以簡單輕便為優先,畢竟有些 sensor 是要配戴一段時間的,所以要讓受 測以舒適為前提,在 sensor 選擇完後接下來就是傳輸數據的測試,當傳 輸數據資料傳送出來我們要檢查此制定的格式是不是我們所需要的,如 果不符合我們就要重新制定我們所想要的在持續做測試,都完成後下一 步就是到長期照護協會去做實地的測試,在實地測試的過程中如果遇到 錯誤可以馬上的修正或更改,如果無法馬上修正則要重新評估是否重新 制定格式測試,直到確認整個系統的連線跟傳輸都沒問題後才算是完 成。 圖 2-2 系統開發步驟流程圖

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9 圖 2-3 未來遠距照護資訊平台架構 本系統的架構主要分成三個階段,如圖 2-2 分別為 Sensor 端、Gateway 端及 server 端,在 sensor 端的感測器是架設在照護的環境中,裡面包含 了心電圖、血氧、血壓、心跳及溫度等量測,當測量病患後會把測量到 的生理訊號透過 RF 模組傳送到照護環境中的 PC 端上,在後台的部分則 是利用網路把 RF 模組傳送上來的生理訊號透過網路傳送到圖 2-2 裡中心 的 server 中 ,再經過中心整理後的生理資訊將可以變成病患的個人病歷 並即時的顯示在網頁上,在網頁上的資訊不僅可以讓病患家人看到相關 病情,更可以讓護理人員知道目前病患即時的生理資訊,這些是手寫病 歷所沒辦法表達出來的在未來也是發展的趨勢,這些病歷將被儲存在中 心的資料庫中,日後也會是醫護人員在做相關診斷時的一個依據。

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10 2.2 系統無線傳輸簡介 本系統在無線的傳輸上是採用 CC2500 無線模組及 Buletooth 模組, 無線通訊已經被廣泛運用在通訊、影像資料傳輸上,近年來更運用在醫 療系統,例如:ECG、血壓計 BP、血氧計(SPO2)…等。本系統所使用的 CC2500 無線模組是一款低成本的 2.4GHz 無線收發器,可以用在低功耗 的無線應用上。CC2500 無線模組提供廣泛的硬體支援,其中包含了封包 的處理、資料的緩衝與暫存、連線品質的指示以及無線喚醒等功能。它 有 64 bytes 的暫存空間供傳送與接收的使用。支援點對點(peer-to-peer)通 訊,能透過存取點達到訊號的轉送,並透過無線訊號增幅器將連線距離 擴大,以擴展無線傳輸的範圍。 在生理資料透過無線傳輸最害怕的就是資料會遺漏,一般資料傳輸 當微控制器處理好資料就透過 SPI 介面傳輸出去,接收端就接收資料, 當有資料遺漏在顯示生理訊號時就會產生不連續現象,如何將生理資料 透過無線傳輸便是一門技術,本系統使用一個回覆碼的方式,當生理資 料持續傳送中,接收端會先與傳送端連結並且回覆特定碼,表示連結到 可以開始傳資料,這樣就能防止資料遺漏問題。

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11

2.3 Sensor硬體簡介

圖 2-4 心電 sensor

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12 圖 2-6 血氧與脈搏 seneor 一般健康照護常見的生理數據不外乎是指,心電、血壓、血氧與脈 搏、溫度、血糖等,這些醫療儀器在市面上都可以找的到而且也經過國 家的認證,在使用上以及量測的數據都有一定的可靠性,本系統所使用 的硬體主要有 3 種,分別為心電、血壓、血氧與脈搏 sensor,當病患在使 用心電 sensor 時,受測者只要將感測器裝在身上量測,感測器便會自動 將生理訊號參數轉成無線傳輸格式透過無線傳輸傳送到 Gateway 端,而 血壓、血氧、脈搏 sensor 也都是以相同方式傳送數據到 Gateway 端,其 中心電、血氧與脈搏在量測的過程中是以連續傳送生理訊號的方式傳送, 主要的目的是能夠即時的監測受測者的生理狀況,當 Gateway 端接收到 無線模組傳來的資料後,將會依照資料格式中設定的 ID 轉送到後台資料 庫中再以圖形介面的模式呈現在網頁上,在傳輸的過程中如果有錯誤或 是資料異常的話,在傳輸的藍芽模組上我們有作一個除錯的機制在不僅 可以讓資料更加完整,更可以在資料的準確度更加的提升。

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2.4 軟體程式簡介

本系統在網頁介面上所使用的軟體程式是採用 HTML、PHP、 JavaScript 跟 Ajax 所合寫而成:

I. HTML[8]

超文件標示語言(HyperText Markup Language,HTML)是為「網頁 創建和其它可在網頁瀏覽器中看到的信息」設計的一種標示語言。HTML 被用來結構化信息例如標題、段落和列表等等,也可用來在一定程度上 描述文檔的外觀和語義。由蒂姆·伯納斯-李給出原始定義,由 IETF 用簡 化的 SGML(標準通用標示語言)語法進行進一步發展的 HTML,後來 成為國際標準,由全球資訊網聯盟(W3C)維護。 包含 HTML 內容的文件最常用的擴展名是.html,但是像 DOS 這樣 的舊作業系統限制擴展名為最多 3 個字元,所以.htm 擴展名也被使用。 雖然現在使用的比較少一些了,但是.htm 擴展名仍舊普遍被支持。編者 可以用任何文本編輯器或所見即所得的 HTML 編輯器來編輯 HTML 文 件。 1982 年,蒂姆·伯納斯-李為 使世界各地的物理學家能夠方便的進行 合作研究,建立了使用於其系統的 HTML。Tim Berners-Lee 設計的 HTML 以純文字格式為基礎,可以任何文字編輯器處理,最初僅有少量標記 (TAG)而易於掌握運用。隨著 HTML 使用率的增加,人們不滿足只能 看到文字。1993 年,還是大學生的馬克·安德生在他的 Mosaic 瀏覽器加 入<img>標記,從此可以在 Web 頁面上瀏覽圖片。但人們認為僅有圖片還 是不夠,希望可將任何形式的媒體加到網頁上。因此 HTML 不斷地擴充 和發展。

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II. PHP[9]

PHP(PHP:Hypertext Preprocessor)是一種在電腦上執行的腳本語 言,主要用途是在於處理動態網頁,也包含了命令列執行介面(command line interface),或者產生圖形使用者介面(GUI)程式,PHP 的應用範圍 相當廣泛,尤其是在網頁程式的開發上。一般來說 PHP 大多執行在網頁 伺服器上,透過執行 PHP 程式碼來產生使用者瀏覽的網頁。PHP 可以在 多數的伺服器和作業系統上執行,而且使用 PHP 完全是免費的。根據 2007 年 4 月的統計資料,PHP 已經被安裝在超過 2000 萬個網站和 100 萬台伺 服器上。 伺服器端的程式語言:PHP 大多數被使用在這個地方,要運用在這 個地方你必需要有三樣東西,一個是 PHP 的剖析器(CGI 或 Server 模組), 一個是網站伺服器,還有一個則是網頁瀏灠器,如此才能透過伺服器來瀏 灠 PHP 網頁。

Command line scripting:你可以使 PHP 執行在一個沒有任何伺服器或是 瀏灠器的地方,你只需要使用到一個 PHP 剖析器即可。這種大多是使用 cron 指令 (在 Unix 或 Linux 系統上),或是使用排定的工作(Windows)來 定期的執行程式,這些程式能夠運用在簡單的文字處理工作。 撰寫用戶端 GUI 應用程式:PHP 也許不是個用來撰寫視窗應用程式最好 的語言,但如果你相當的了解 PHP,你可以使用 PHP 最新的特色,那就 是使用 PHP-GTK 來撰寫用戶端的應用程式,使用 PHP-GTK 你也可以撰 寫出跨平台的應用程式。 PHP 能使用在大多數的作業系統,像是 Linux、HP-UX、Solaris、OpenBSD、 Microsoft Windows、Mac OS X、 RISC OS 等等都能使用。PHP 也能在大 多數的網站伺服器上執行,像是 Apache、 Microsoft Internet Information Server、Personal Web Server、Netscape and iPlanet servers、Oreilly Website Pro server、Caudium、Xitami、 OmniHTTPd。

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15 III. JavaScript[10] JavaScript 是一種廣泛用於客戶端網頁開發的腳本語言,最常是於 HTML 上使用,用來給 HTML 網頁添加動態功能。然而 JavaScript 也被 用於不同的介面上,如伺服器。它最初由網景公司的 Brendan Eich 設計, 是一種動態、弱類型、基於原型的語言,內置支持類別。JavaScript 是甲 骨文公司的註冊商標。Ecma 國際以 JavaScript 為基礎制定了 ECMAScript 標準。JavaScript 也可以用於其他場合,如伺服器端編程。完整的 JavaScript 實現包含三個部分:ECMAScript,文檔對象模型,瀏覽器對象模型。 不同於伺服器端腳本語言,例如 PHP 與 ASP,JavaScript 主要被作為 客戶端腳本語言在用戶的瀏覽器上運行,不需要伺服器的支持。所以在 早期程序員比 較青睞於 JavaScript 以減少對伺服器的負擔,而與此同時 也帶來另一個問題:安全性。而隨著伺服器的強壯,雖然現在的程序員 更喜歡運行於伺服端的腳 本以保證安全,但 JavaScript 仍然以其跨平台、 容易上手等優勢大行其道。同時,有些特殊功能(如 AJAX)必須依賴 Javascript 在客戶端進行支持。隨著引擎如 V8 和框架如 Node.js 的發展, 及其事件驅動及異步 IO 等特性,JavaScript 逐漸被用來編寫伺服器端程 式。

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IV. AJAX[11]

AJAX 為「Asynchronous JavaScript and XML」(非同步的 JavaScript 與 XML 技術),是一種廣泛應用在瀏覽器的網頁開發技術。Ajax 是多 項技術的綜合應用,Ajax 概念由 Jesse James Garrett 所提出[1],1995 年 JAVA 語言的第一版發布,隨之發布的的 Java applets(JAVA 小程序)首次 實現了非同步載入。瀏覽器通過運行嵌入網頁中的 Java applets 與伺服器 交換數據,不必刷新網頁。1996 年,Internet Explorer 將 iframe 元素加入 到 HTML,支持局部刷新網頁。 1998 年前後,允許客戶端腳本發送 HTTP 請求(XMLHTTP)的第一個組件由 Outlook Web Access 小組寫成。該組 件原屬於微軟 Exchange Server,並且迅速地成為了 Internet Explorer 4.0 的一部分。Outlook Web Access 是第一個應用了 Ajax 技術的成功的商業 應用程序,並成為包括 Oddpost 的網路郵件產品在內的許多產品的領頭 羊。但是,2005 年初,許多事件使得 Ajax 被大眾所接受。Google 在它 著名的交互應用程序中使用了非同步通訊,如 Google 討論組、Google 地 圖、Google 搜索建議、Gmail 等。 使用 Ajax 的最大優點,就是能在不更新整個頁面的前提下維護數據。 這使得 Web 應用程序更為迅捷地回應用戶動作,並避免了在網路上發送 那些沒有改變過的信息。Ajax 不需要任何瀏覽器外掛程式,但需要用戶 允許 JavaScript 在瀏覽器上執行。就像 DHTML 應用程序那樣,Ajax 應 用程序必須在眾多不同的瀏覽器和平台上經過嚴格的測試。隨著 Ajax 的 成熟,一些簡化 Ajax 使用方法的程序庫也相繼問世。同樣,也出現了另 一種輔助程序設計的技術,為那些不支持 JavaScript 的用戶提供替代功 能。

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17 2.5 資料庫簡介 本系統後台資料庫所使用的是由 Linux 所架設的 MySql 資料庫, MySql 是一種跨平台,多使用者,多執行緒,支援 SQL 語言(結構化查詢 語言),執行速度快,廣受全球網站大量採用的網路資料庫系統,過去由 於性能高、成本低、可靠性好,已經成為最流行的開源資料庫,因此被 廣泛地應用在 Internet 上的中小型網站中。 本系統所使用的是目前 Internet 上流行的網站構架方式是 LAMP (Linux Apache[12] MySQL[13] PHP),即是用 Linux 作為操作系統, Apache 作為 Web 服務器,MySQL 作為數據庫,PHP 作為服務器端腳本 解釋器。由於這四個軟件都是開放源碼軟件,因此使用這種方式不用花 一分錢就可以建立起一個穩定的網站系統,本系統在資料庫的管理上所 使用的是 phpMyAdmin 是由 PHP 寫成的 MySQL 資料庫系統管理程式, 讓管理者可用 Web 介面管理 MySQL 資料庫。藉由此 Web 介面可以成為 一個簡易方式輸入繁雜 SQL 語法的較佳途徑,尤其要處理大量資料的匯 入及匯出更為方便。其中一個更大的優勢在於由於 phpMyAdmin 跟其他 PHP 程式一樣在網頁伺服器上執行,您可以在任何地方使用這些程式產 生 的 HTML 頁 面 , 也 就 是 於 遠 端 管 理 你 的 MySQL 資 料 庫 。 使 用 phpMyAdmin 您就可以方便的建立、修改、刪除資料庫及資料表,圖 2-1 為一般文字模式下的 Mysql 資料庫在操作上必須使用文字模式,圖 2-2 為 phpMyAdmin 網頁端管理系統,不管在操作上還是便利性都優於一般 文字模式下管理系統。

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圖 2-7 Linux 下文字模式的 Mysql

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19

第三章

系統設計與實作

3.1 系統設計

圖 3-1 系統登入示意圖

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20 圖 3-3 病患生理訊號資訊圖 在系統網站的設計上為了符合長期照護協會的需求在介面上設置了 三個登入的方式,在圖 3-1 示意圖中可以看到系統登入的方式可以分為病 人、護理人員及網管人員,在病患方面登入專屬權限的帳號密碼後可以 隨時在網站上觀看生理資訊的紀錄,不僅可以了解自己目前的生理狀況 也可以讓家屬了解病患的情形,而在醫護人員方面登入護理人員專屬帳 號密碼後就可以看到病患更多的生理記錄,進而去分析目前病患生理狀 況是否正常,如果有異常情況將可以立即協助,最後一個就是網站管理 者的權限,網管人員所屬的權限為最大權限所要做的是維護網站的穩定 及安全,如果有資料大量的異常或是被非權限者異常的登入時,要立即 的找出原因並排除以免網站被攻擊而癱瘓。

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21 在圖 3-1 登入護理人員所屬的帳號密碼後將會跳至圖 3-2,即可看到 病患的基本資料表當點選該病患後即進入圖 3-3 畫面中,在圖 3-3 畫面中 左上圖為顯示長期照護協會護理人員需要的生理數據分別為血壓、心跳、 溫度、血氧及下方的即時心電圖,左上圖中每一小格的上方為測量異常 區間的設定,這個部分為護理人員可以按照他們所要的需求加以修改, 當接收到的生理數據有異常時會立即顯示紅色的數據提醒護理人員病患 是否有異常的情況發生,此舉不僅方便於管理更有利於阻止意外的發生, 在系統設計的過程中需要多次與護理人員互相溝通,在顯示的介面、操 作流程、資料顯示的內容、資料的輸入與意外的狀況都是需要與護理人 員達成共識才行,未來在修改介面以及操作上才能符合他們的需求。

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22 3.2 網頁程式撰寫 在網頁端所呈現的是使用程式軟體所撰寫的病情監測系統,程式軟 體所用的是 PHP、JSP 、Ajax 及 MySQL 來撰寫,我們先測試在研究室 環境中當感測器把資料傳送到接收端時,接收端把資料整理並經過程式 的撰寫透過 Gateway 傳送到資料庫後,將測試數據是否吻合正常的生理 資訊,如果不吻合將重新撰寫格式並在繼續測試,如果數據是吻合的將 會實地的到照護機構中做環境的安裝及病患的測試,在 Web 端我們也將 會設定一個安全警示裝置如果生理數據超過照護人員所設定的範圍值時, 系統將會即時的警告照護人員及網管中心以免意外發生。 在圖 3-4 中本系統在程式的規劃上分成五個部份,主程式、接收與分 解字串、生理資訊副程式、轉存資料庫及顯示在網頁端。 圖 3-4 程式流程圖

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 主程式

圖 3-5 主程式相關變數

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24 在主程式撰寫中本系統是以 Javascript 軟體程式為主軸來進行 延伸,在主程式的架構上首先要設定的是介面顯示的框架,如何設計 好框架讓使用者能夠一目了然且操作上能得心應手才是優先考量的, 在看了許多的研究所做的顯示方式及各個醫院使用的生理訊號醫療 儀器的顯示方式後,才訂下本系統生理訊號顯示的框架如圖 3-6,訂 好框架的方式後接下來就要進行程式本身的撰寫,首先要先宣告需要 使用的變數值,如圖 3-5,宣告完變數後接下來就要進程式本身的撰 寫,如何接收數據、如何呼叫副程式、如何轉存資料庫及如何把資料 顯示在網頁上,以下會一一解說。

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25

 接收與分解字串

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 生理訊號副程式

圖 3-8 ECG 副程式

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28 圖 3-11 透過副程式轉存資料庫程式 當主程式分解好字串後便會進行圖 3-10 之程式,這個 function 中為生理數據資料透過副程式轉存到資料庫的過程,在取得生理數據 後此程式把接收分解好的字串透過圖 3-7、3-8、3-9 之副程式一一的 儲存在指定的資料庫中。

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 顯示在網頁端

圖 3-12 心電圖數據顯示畫面

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圖 3-14 血壓數據顯示畫面

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31 圖 3-16 讀取資料庫 在 網 頁 介 面 的 顯 示 上 , 圖 3-11~14 為 各 個 生 理 資 料 撰 寫 成 open-flash-chart 顯示的設定方式,在設定完 X、Y 值及相關設定後圖 3-15 為讀取資料庫數據,當使用者需要觀看歷史圖形的介面時只要選定好時 間及要顯示的生理訊號,讀取數據後就可以在網頁上秀出使用者所想看 的圖形,在圖形的畫面上使用者把滑鼠移到想看的日期該日期當天的數 據值則會顯示在畫面上,讓使用者可以看出一整個月的變化量。

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32 3.3 資料庫規劃 圖 3-17 Sensor 端上傳數據至資料表示意圖 在圖 3-1 中每個 sensor 將會透過軟體程式分別對應到資料庫中所設 定的資料表,在資料庫的人員表單設定將會依照照護單位所提供的病患 資料來整理分類並做建置,當資料傳送上來時程式軟體將會依照資料庫 設定的規格把資料對應到每個病患的欄位中,資料庫也會把這些累積的 資料畫成一個曲線圖以供照護人員方便觀看也可以提供過去的數據讓醫 護人員可以診斷及判斷病情,在欄位的建置方面將會以一個病患一個 ID 為一個建置的方向,這樣不僅可以讓照護人員再找病患資料時更加迅速 更可以讓網管人員方便去做管理,在資料庫的設置中會以統一讓研究人 員在儲存資料跟撈取資料方便為原則去做建置,這樣未來要開發資料庫

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33 相關研究時也能互相相容。 在圖 2-4 中可以看到資料庫裡有 8 個資料表,主要資料表分別 為:bdp(血壓)、ecg(心電)、pox(血氧+脈搏)、gerent(帳密資料)及 member(病患基本資料),本系統在規劃時是以護理管理人員每天所需要 測量的生理資訊為主,在資料庫儲存的型態是採用 MyISAM[14],此資料 庫儲存引擎的優點是處理速度快、可大量 insert 資料、效能優等,在對於 生理訊號資料量大的資料庫來說是較為適合的。以下為針對長期照護協 會所建構的資料表格式: 欄位 校對 附加 說明 Mid int 主鍵 Dbp int 舒張壓 Sbp int 收縮壓 Bdate datetime 測量時間 表 3-1 血壓資料表 欄位 校對 附加 說明

Mid varchar utf8_general_ci 主鍵

Bdate datetime 測量時間

Data text utf8_general_ci 資料

(42)

34

欄位 校對 附加 說明

Mid int auto_increment 主鍵

Pulse int 脈搏 Oxi int 血氧 Bdate datetime 測量時間 表 3-3 血氧、脈搏資料表 欄位 校對 預設值 說明 Competence int 0 權限

Name varchar utf8_general_ci 帳號

Password varchar utf8_general_ci 密碼

Email varchar utf8_general_ci 電子郵件

Telephone varchar utf8_general_ci 連絡電話

表 3-4 管理人員帳密資訊

欄位 校對 附加 說明

Mid int auto_increment 主鍵

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35

Date int 日期

Htype varchar utf8_general_ci 醫科類別

Pat_Name varchar utf8_general_ci 姓名

Pat_ID varchar utf8_general_ci 身分證號

Pat_Birth varchar utf8_general_ci 生日

Pat_Sex varchar utf8_general_ci 性別

Pat_Tel1 varchar utf8_general_ci 住宅電話

Pat_Mobil int 行動電話

Pat_Addr varchar utf8_general_ci 連絡地址

Pat_ASddr2 varchar utf8_general_ci 戶籍地址

Blood_type varchar utf8_general_ci 血型

Marry varchar utf8_general_ci 婚姻

Con_Tel1 varchar utf8_general_ci 聯絡人電話

Con_Relation varchar utf8_general_ci 聯絡人關係

Med_History text utf8_general_ci 病史

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36

Wgt varchar utf8_general_ci 體重

Height varchar utf8_general_ci 身高

表 3-5 病患基本資料 在上列表 3-1、3-2、3-3、3-5 中第一欄所表示的 Mid 為病患的主鍵 編碼,在程式的判斷中所依據的也是主鍵索引,利用主鍵索引的方式來 區分病患的身分,在資料格式的傳遞中一個主鍵的編碼對應的是一個病 患的身分, 在表 3-5 中為病患的基本資料這些基本資料的收集都是按照 長期照護的護理人員所提供下去編排,未來如果有增加的需要都可以在 上面做修改,在表中欄位設定 auto_increment 為資料表數值編號累加, 是指從這個表曾有的資料累加而不是從現有的資料累加,在這情況下就 不會有遇到編號重複的情況,在建立完這些資料表之後就可以進行實際 測試來觀看生理資料是否有正確的寫入資料庫中。

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37

第四章

實驗結果與討論

4.1 長期照護環境實際測試

圖 4-1 長期照護環境

(46)

38 圖 4-3 操作人員實際測試 本系統完成初步設定後實際前往長期照護協會做人員測試,圖 4-1 為長期照護協會環境可以看出格局為長方形長度大約 10 公尺,在藍芽的 傳輸與接收上不會有問題,圖 4-2 為架設 Sensor 與 PC 連接的藍芽設定, 當感測端接收到資料後將會透過 PC 傳送至雲端資料庫,圖 4-3 為架設 Sensor 至受測者身上做實際的測試。

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39

4.2 網頁端操作結果

圖 4-4 心電與血氧傳輸過程

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40 圖 4-6 歷史資料顯示 當 Sensor 及 Gateway 端都架設完成之後就可以開始接收量測數據, 圖 4-4 為 Gateway 接收到 Sensor 端傳送過來的心電與血氧的數據後轉發 送至 Server 端的過程,在傳送到資料庫後如圖 4-5 為心電的即時顯示畫 面,護理人員將可以在畫面上觀看心電圖是否有異常的地方,如果在與 設定的區間值不一樣的話則上方的數據則會轉成紅色警示,在累積一段 時間的數據後未來如果要觀看歷史資料的話也可以在圖 4-6 中觀看,此數 據可做為日後醫護人員判斷病情的參考。

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4.3 資料庫資料顯示

本系統在長期照護環境下感測端收集病患生理訊號後透過藍芽發送 到 PC 端在轉存到雲端資料庫後,測得以下資料表中的數據。

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圖 4-6 血壓資料表

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43 在圖 4-5 中可以看到心電的資料表資訊,當數據透過程式把資料傳送 到資料庫上時,會先核對主鍵編碼也就是病患的身分,核對完之後就會 把數據一一的對應到資料表中所指定的位置上,如果途中有傳輸上的錯 誤時會經過藍芽的除錯機制來排除問題再往上傳送,在心電的傳輸格式 中因為是以累積 200 筆資料後再傳送,所以資料上較為龐大在除錯上也 較為困難,而在血壓、血氧與脈搏資料表中則是接收一筆,就傳送一筆 的方式在除錯上就較為簡單,本系統在傳輸過程中成功率超過 90%以上 所以在資料的傳輸過程所掉的資料量為少量的資料並不會影響數據上的 觀看,在大量的資料傳輸至資料庫時系統在穩定度與網路的流暢度都是 需要去注意的,本系統平台測試過累積大量的資料並沒有影響到網頁觀 看時的流暢度,所以資料庫在管理上是可以承受大量傳輸的生理訊號資 料。

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第五章

結論與未來展望

5.1 結論 本研究的優點在於可以遠端的監控病患的生理資訊,並在意外發生 的時後即時的處理以確保病患的生命安全,而在成本以及醫護資源的短 缺下,遠端的醫療監測解決了這些問題。不過還是有許多需要注意的地 方,如果遇到網路的阻塞或是斷線的時候仍然是有許多問題需要去克服, 不過對於許多醫護資源以及成本較低的醫護機構來說,能夠在遠端就能 觀看病患的病情這項的研究將會對遠距健康照護帶來一大福音。 本系統與長期照護協會合作,並在一間安養中心架設系統與實際測 量,護理人員在使用方便也可在遠端監控病患即時生理資訊的同時,而 院民在配戴上並不會感到不舒服,達到兩者的需求,將能使病患得到更 完善的照顧與幫助。

(53)

45 5.2 未來展望 本論文的遠距健康照護系統目前只有在長期照護協會中測試完成, 未來如果要應用在其他長期照護協會的話勢必需要整合其他長期照護協 會的管理模式,針對各個協會的需求加以調整。 在系統上未來也可以增加影像的部分,讓病患家屬能夠即時的看到 病患的生理情況如果有什麼異狀的時候也可以告知護理人員,在病患的 歷史資料未來也可以朝影像諮詢的方向走,資料庫累積大量的資料將可 以讓醫護人員對病患的情況更加精準的分析。

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參考文獻

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[2] Anderson, J., “Beyond Mobile Coronary Care - A Telehealthcare Case Study,” in Institution of Engineering and Technology Healthcare Technologies Network, pp. 265-281, 2007.

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[4] 台灣國際電子商務中心: 工研院電通所宣佈『遠距居家照護服務計畫』 啟動滿足政府振興經濟三大、三高、兩原則 http://www.taipeilink.net/cgibin/ newsletlist?cnt_online&3E8B8B6D [Oct 17, 2007 accessed]

[5] H.S. Chen, M.J. Su, T.H. Tsai, S.S.Teng, H.W. Zhang, J.S. Lai, F.P. Lai and C.Y. Chen, “U-Care for the Elderly:Implementation of a Comprehensive Living and Health Care Network”,Proceedings of 9th International

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47

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[9] ” PHP” http://zh.wikipedia.org/zh-tw/PHP;

[10] ” Javascript” http://zh.wikipedia.org/zh-tw/JavaScript; [11] ” Ajax” http://zh.wikipedia.org/wiki/AJAX

[12]The Apache Software Foundation.,

“ApacheTomcat,”http://tomcat.apache.org/, 1999.

[13] Sun Microsystems, Inc.., “MySQL,” http://www.mysql.com/, 2008-2009 [14] “MYISAM” http://zh.wikipedia.org/zh-hant/MyISAM

數據

圖  2-5  血壓 sensor
圖 2-7  Linux 下文字模式的 Mysql
圖  3-1  系統登入示意圖
圖 3-6 網頁介面顯示框架程式
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