سیستم مانیتورینگ بیماریهای قلبی مبتنی بر IoT برای سرویس مراقبت ازسلامت فراگیر

چکیده

در چین، اکثر حملات قلبی به مرگ منتج می شوند، قبل از اینکه بیماران تحت درمان قرار بگیرند. از آنجایی که مد و شیوه مراقبت سلامت سنتی، انفعالی است، در نتیجه بیماران خود سرویس های مراقبت از سلامت را فرامی خوانند. متعاقباً، اگر از زمان حملات بیماریهای قلبی آگاه نباشند، نمی توانند این سرویس را فرابخوانند. تکنیک های اینترنت اشیاء (IoT) در حل مسئله مراقبت از بیماران بیماریهای قلبی از برتری قدرتمندی برخوردار هستند، چرا که می توانند مد سرویس دهی را به شیوه ای فراگیر تغییر داده و سرویس مراقبت از سلامت را بر مبنای وضعیت فیزیکی بیماران نه احساسات آنها، اجرا نمایند. برای تحقق سرویس مراقبت سلامت فراگیر، سیستم مانیتورینگ راه دور (ریموت) لازم و ضروری است. در این مقاله، سیستم مانیتورینگ فراگیری را پیشنهاد کردیم که قادر به ارسال آنی و بلادرنگ علائم و نشانه های فیزیکی بیماران برای اپلیکیشن های پزشکی راه دور است. این سیستم عمدتاً از دو بخش تشکیل می شود: بخش اکتساب داده ها و بخش ارسال و انتقال داده ها. طرح مانیتورینگ ( پارامتریهای مانیتورینگ و فرکانس هر پارامتر) نقطه کلیدی بخش اکتساب داده ها به حساب می آید، و آن را برمبنای مصاحبه ها با متخصصین پزشکی، طراحی کردیم. علائم و نشانه های فیزیکی متعدد ( فشار خون، ECG، SpO2، ضربان قلب، نرخ پالس، چربی خون و گلوکز خون) و همچنین یک شاخص یا نشانگر محیطی ( مکان و موقعیت بیماران)، دائماً در نرخ های مختلف، نمونه برداری شدند. چهار مد ارسال و انتقال داده ها با درنظر گرفتن ریسک بیماران، نیازهای تحلیل پزشکی، تقاضای منابع محاسباتی و ارتباطی، مطرح شده است. بالاخره، برای ارائه یک نمای کلی از سیستم، نمونه اولیه پیاده می شود.

 1. مقدمه 

امروزه، بیماریهای قلبی علت بیش از 1500000 مورد مرگ و میر سالانه درچین بوده و حال به عنوان علت اصلی مرگ و میر دراین کشور شناخته می شوند. معمولاً بیماران مبتلا به بیماریهای قلبی در خانه زندگی کرده و زمانی که احساس بیماری می کنند، خواستار سرویس مراقبت سلامت می شوند. اما معمولاً، تا مرحله آخر بیماری احساس بیماری نخواهند کرد و این مدت به حدی دیر است که آسیب های وارده به صورت برگشت ناپذیر ظاهر می شود. و اکثر بیماران قبل از اینکه تحت هر گونه درمانی قرار بگیرند، جان خود را از دست می دهند. بنابراین، کلید بهبود عملکرد مراقبت سلامت بیماریهای قلبی و کاهش نرخ مرگ و میر، تبدیل مد مراقبت سلامت انفعالی به فراگیر است. این بدان معناست که وضعیت فیزیکی بیماران باید توسط پزشکان مورد بازبینی قرار بگیرند، کسانی که در مورد زمان تحویل سرویس مراقبت سلامت براساس وضعیت بلادرنگ و آنی بیماران تصمیم گیری می نمایند. بخش لازم و ضروری مد مراقبت سلامت فراگیر، سیستم مانیتورینگ بلادرنگ است. با تکنیک اینترنت اشیاء (IoT)، می توان کارکردهای حیاتی انسان را مانیتور و بازبینی نمود، مهم نیست کجا و چه کاری انجام می دهند. به علاوه، داده های کسب شده را می توان با هزینه پائینی برای پزشکان راه دور ارسال نمود، با این کار متخصصین دائماً و به صورت بلادرنگ از وضعیت فیزیکی بیماران آگاه می شوند. در این مقاله، یک سیستم مانیتورینگ مبتنی بر IoT برای مراقبت سلامت فراگیر برای بیماریهای قلبی پیشنهاد کردیم. این سیستم، علائم فیزیکی بیماران، نظیر فشار خون، ECG، SpO2، و همچنین نشانگرها و شاخص های محیطی مرتبط را دائماً مانیتور نموده و چهار مد متفاوت برای ارسال و انتقال داده ها فراهم می نماید، که بین نیازها و تقاضاهای مراقبت سلامت برای منابع ارتباطی و محاسباتی تعادل برقرار می نماید. در اینجا برای ارائه یک نمای کلی از سیستم، یک نمونه اولیه را نیز پیاده کردیم. این سیستم مانیتورینگ، نیازهای پایه مراقبت سلامت فراگیر برای بیماریهای قلبی را تامین نموده و برای تضمین مد فراگیر به عنوان یک مد اقتصادی، هزینه ها را نیز مد نظر قرار می دهد. به علاوه، برای ارزیابی وضعیت سلامت بیماران و اخطار برای حملات بالقوه از قبل، می تواند با الگوریتم های تحلیل بلادرنگ نیز ترکیب شود، که با این کار مراقبت سلامت فراگیر هوشمندتر ظاهر می شود. اما در این مقاله، فقط بر بخش مانیتورینگ تمرکز می کنیم. رئوس این مقاله به شرح ذیل است. در بخش 2 راجع به کارهای مرتبط بحث خواهد شد و بخش 3 سیستم را از سه جنبه نگاه می کند: معماری سیستم، اکتساب داده ها و ارسال و انتقال داده ها. در بخش 4، راجع به چهار مد عملیاتی سیستم توضیح می دهیم، در بخش 5 نمونه اولیه ای از سیستم مطرح می شود. بخش 6 نتایج را مطرح و راجع به کار آتی بحث می کند. 

Abstract

In China, most of heart attack results in death before the patients get any treatment. Because the traditional healthcare mode is passive, by which patients call the healthcare service by themselves. Consequently, they usually fail to call the service if they are unconscious when the heart disease attacks. The Internet of Things (IoT) techniques have overwhelming superiority in solving the problem of heart diseases patients care as they can change the service mode into a pervasive way, and trigger the healthcare service based on patients’ physical status rather than their feelings. In order to realize the pervasive healthcare service, a remote monitoring system is essential. In this paper, we proposed a pervasive monitoring system that can send patients’ physical signs to remote medical applications in real time. The system is mainly composed of two parts: the data acquisition part and the data transmission part. The monitoring scheme (monitoring parameters and frequency for each parameter) is the key point of the data acquisition part, and we designed it based on interviews to medical experts. Multiple physical signs (blood pressure, ECG, SpO2, heart rate, pulse rate, blood fat and blood glucose) as well as an environmental indicator (patients’ location) are designed to be sampled at different rates continuously. Four data transmission modes are presented taking patients’ risk, medical analysis needs, demands for communication and computing resources into consideration. Finally, a sample prototype is implemented to present an overview of the system.

1. Introduction

Nowadays, heart diseases cause more than 1,500,000 deaths in China each year and are now the leading cause of death in the country. Usually, patients with heart diseases live at home and ask for healthcare service when they feel sick. However, usually they won’t feel sick until the very late stage of the disease, and it is so late that the damages have already turned irreversible. And most of the patients die before they get any treatment. Therefore, the key to improve heart diseases healthcare performance and reduce the death rate is turning the passive healthcare mode into a pervasive way. That means the physical status of patients should be monitored by physicians, who will decide when to delivery healthcare service based on patients’ real-time status. The essential part of this pervasive healthcare mode is the real-time monitoring system. With the Internet of Things (IoT) technique, it is feasible to monitor vital functions of human no matter where they are and what they are doing. Additionally, the data acquired can be sent to the remote physicians with low cost, which ensures these experts be aware of patients’ physical status continuously and in real-time. In this paper, we proposed an IoT-based monitoring system for pervasive heart diseases healthcare. This system monitors the patients’ physical signs such as blood pressure, ECG, SpO2, as well as relevant environmental indicators continuously, and provides four different data transmission modes that balance the healthcare need and demands for communication and computing resources. We also implemented a sample prototype to present an overview of the system. This monitoring system fulfills the basic needs of pervasive healthcare for heart diseases, also takes the cost into consideration to ensure the pervasive mode as economical as possible. Furthermore, it can also be combined with real-time analysis algorithms to assess patients’ health condition and give warnings to potential attacks in advance, which can make the pervasive healthcare more intelligent. But in this paper, we only focus on the monitoring part. The remainder of this paper proceeds as follows. Related works will be discussed in Section 2, and Section 3 illustrates the system from three aspects: the system architecture, its data acquisition and transmission parts. In Section 4, we explain the system’s four operation modes, while a prototype of the system is presented in Section 5. Section 6 gives the conclusions and discusses the future work.

چکیده

1. مقدمه

2. کارهای مرتبط

3. سیستم مانیتورینگ بیماریهای قلبی مبتنی بر IoT برای سرویس مراقبت سلامت فراگیر

1. 3 معماری سیستم

2. 3. بخش اکتساب داده ها

3. 3 بخش اکتساب داده ها

4. چهار مد عملیاتی برای سیستم مانیتورینگ

5. پیاده سازی نمونه اولیه

6. نتایج

Abstract

1. Introduction

2. Related Works

3. The Iot-based heart disease monitoring system for pervasive healthcare service

3.1. System architecture

3.2. The data acquisition part

3.3. The data acquisition part

4. Four operation modes for the monitoring system

5. Prototype implementation

6. Conclusions