1、 基于 物联网及云计算 的脉 诊 信息 可视化 系统结构设计与 研究 刘志臻 1，陈盈运 2，杜建 1，张荣森 2，贺立维 2 1.福建中医药大学中西医结合学院，福州， 350122； 2.台湾国立中央大学光电科学与工程学系，台湾， 300 Design and Implementation of pulse diagnosis Information Visualization System Based on IoT and Cloud Computing Zhi-Zhen Liu1, Ying-Yun Chen2, Jian Du1, Rong-Seng Chang2, Li-Wei Ho
2、2, Zi-Jie Huang1, 1. College of Integrative Medicine, Fujian University of TCM, Fuzhou, Fujian 350122, P.R. China 2. Department of Optics and Photonics, National Central University, 300 Chung-Da Rd. 摘要 脉诊信息系统 以物联网技术为基础，利用传感器设备实 时 检测 脉象数据并通过无线网络技术传送到医疗数据中心，依托大数据存储与处理平台，应用数据挖掘和人工神经网络等知识发现理论对脉象数据进行 可视化
3、 建模与分析， 进行脉象信息标准化赋值， 挖掘关键脉象特征，通过云服务的方式提供给医务人员作为诊疗参考，或为终端用户直接提供医疗护理方案。 Abstract Pulse diagnosis information systems based on internet of things as the background. With use of real-time pulse sensor detection and transmit pulse data to the medical data center through wireless technology. It rely on la
4、rge data storage, processing platform, data mining and artificial neural network knowledge to discovery and analysis pulse condition model, that could give pulse information standardization, mining key pulse characteristics, and provide diagnostic and treatment reference to the medical staff by way
5、of cloud services. 关键词 云计算、物联网、脉象、 中医诊断 、可视化 Key Word Cloud Computing; Internet of things; Pulse Condition; Diagnosis of TCM; Visualization 基金项目： 国家自然科学基金 青年项目（ No： 81202856） 作者 简介 ： 刘志臻 （ 1983-）， 女 ， 讲师 ，主要从事中西医结合基础和临床研究。 背景 中医脉诊是中华民族医学发展中的一份独特的瑰宝，随着互联网的迅猛发展和 物联网、云计算 等新服务与新应用的日益丰富， 网上数据流量呈现迅猛发展态势，由
6、此产生的海量数据分析推动着信息社会迎来了大数据时代 1。大数据时代为中医脉象的采集、特征信息提取和反馈提供了新思路，数 据化能帮助人们更为简便、高效的获取到更多关于人体脉象的信息密码。 1. 脉象物联网 物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，为医疗 市场 便捷化 服务 起到重要作用 2。 在医疗物联网中 ,“物”包括 医疗器械、药品 及 医生、病人、健康关注者 等 ;“网”即医疗和健康管理的工作流程 ;“联”即通过信息交互 ， 将与医疗有关的“物”编织成具备智能的医疗“网”的过程。 有关学者从 20 世纪 50 年代初开始，将脉搏描记器用于中医脉象的研究
7、，试图把古老而深奥的中医脉象和现代技术结合起来 ,使脉象图像化、客观 化、数据化 3。发展至今，脉诊仪关键部位之传感器 (如压力传感器、血流阻抗传感器、超声脉搏信号传感器等 )均存在的精确度与信号 /噪声比瓶颈问题。近年来，随着光电技术迅猛的发展，可望突破目前中医脉诊客观化研究中通用的记录脉搏波形的一维或二维信息采集处理模式瓶颈。其原理是血液波动式流动引起血管内血容量变化，而血容量多寡又决定光线经过组织被血液吸收量多少，因而当照明光线投照到组织时，其透过组织的光线也随血流波动式变化而变化，通过共振原理光电转换器将接收的光信号转换为电信号，以此测量脉象数据 4， 并通过通信技术将数 据传输至手机
8、 ， 手机再将数据通过无线网络实时传送给医疗服务中心 ， 医疗服务中心的软件收到数据后 ， 将发现的异常状况报告给医生和患者 。 最后 ， 医生通过手机对患者进行远程服务 ， 提示风险并给出建议 ， 并能有效管理历史数据 。 2. 脉象 云计算 云计算通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟的计算资源，使各种应用系统能够通过网络按需获取计算力、存储空间和各种软件服务。 云计算使得 网络 变成每个人的数据存储 、 计算中心 ，你可以在任何时间、地点以某种便捷的方式安全地获得它或与他人分享，这样 可能缩小 因医生 诊断差异给脉诊信息赋值标准化 造成的统计分析偏倚 5。 由于多种无线传感器设备
9、 等物联网设备 已逐渐发展成熟， 接入 云计算 的 整合分布式资源，构建 相应 脉象 服务要求的计算环境，并可通过网络访问 共享的 服务资源 ， 实现 脉象 系统管理维护与 资源 服务使用的解耦。 基于 物联网及 云计算技术架构的 脉象 信息平台 的 系统 结构，见图 1。 图 1 系统结构图 2.1 云 存储 云存储指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。通过云存储 服务，不但能提供医疗单位、社区卫生服务站和个人用户的存储服务，同时还能实现区域间相关 医疗机构的 信息共享，实
10、现数据的统一存储 6-7。因此，严格来讲，云存储是一种服务，是应用软件与存储设备相结合，通过应用软件来实现存储设备向存储服务的转变。 由于需要保障医院数据的安全稳定性，院内 计算机桌面使用有 权限 限制 。 可通过 web构建虚拟桌面，可实现桌面计算资源的集中化，提升了桌面使用的灵活性 。 只要有网络的地方，用户就可随时随地远程访问自己的桌面环境。所有的桌面数据都集中存储在数据中心，能够让桌面系统融入整体 容量 体系中， 构成一个完整的 容量 体系。 物联网设备通过连接 桌面虚拟化集中 上传 ，在 云存储 终端 就可以 进行数据的 管理维护工作 ， 可降低终端的故障率与病毒攻击的概率， 并 降
11、低 运行维护 成本。 2.2 可视化 计算 与建模 由于脉象信号的复杂性和提取数据的多样性，人工分析这些脉象数据是十分困难的，选择合适的分析识别技术是与脉象信息特征模型研究密切关联的一个重要环节。目前，热门的脉象物联网 弦脉 3D可视化 图 医生、研究者 脉象仪器 脉象知识库 远程服务 数据采集 脉象 云 数据挖掘 &训练集 云计算平台 大数据处理 数据 中心网络 虚拟化技术 大数据储存 通用技术 系统管理 Qos管理 用户管理 安全管理 手机网络 宽带网络 无线网络 分析和识别方法有时域分析、频域分析、时频分析、人工神经网络、模糊逻辑及一些其他分析方法 8-9。以上分析方法体现出两种获取新特
12、征信息的趋势：一是在原有信息来源的基础上，引进新的分析技术，现新的特征参数；二是开发除脉动压力信息以外的新的信息来源，并应用新的分析技术。时频分析属于前一种趋势。时频分析的目的是在时间和频率上同时表示信号的能量和强度 ,最终建立一种能量和强度的时相分布，具有动态分析的特征。其与原有的时域和频域分析不同，但又兼有二者的优点。由于视觉是人类获取外界信息的最主要途径，因此，在时频分析的基础上引入可视化图像分析技术可突破了长期以来一维脉动压力信号的采集模式，即将主要研究对象转移到桡动脉 三维运动相关的图形图像变化上 10-11。在此基础上，本课题组前期对桡动脉激光三维脉象图进行分析，发现其所携带的信息
13、远远大于压力信号。若将三维运动的空间测量作为参数获得的主要手段，对一些压力信号无法反映的特征，如脉象的“位、数、形、势”等实现了参数定量分析的补充 12。 云 存储终端 汇集了大量的 脉象 数据，需要对分布的、海量的 脉象 数据进行处理、分析。对医生来说，需要即时的应用，越快越好。云计算的分布式并行计算模式，实现巨量数据的即时计算，更能支持远程医疗的应用。先进临床 脉象 应用可以简单而充分地集成在任何医疗信息化系统中，简单地、全对称性地传递到网络的任何地方，在任何时候、用任何智能终端实现任何数量的用户对任意大小的数据进行即时 脉象分析 处理。 2.3 脉象信息赋值标准化 此外，脉象信息赋值的标
14、准化也是研究的难点之一、脉诊技法凝集了医生的个人知识经验，受客观和主观因素影响 13-14，面对同位患者不同医生因为关注点不同，会从不同角度探查和分析脉象，可能会给出不同的诊断结论。并且，高水平中医专家数量有限，病人需求巨大， 供远小于求 。这些问题成为了脉象信息赋值标准化及后续交流、推广应用的瓶颈。 可以依托云计算存储与传输 系统， 结合患者中医八纲信息，以 ICC 值、 Kappa 值 (K 值 )为指标分析舌象图同一评分者评分的稳定性 (intra-rater stability)、不同评分者评分的一致性 (inter-rater agreement)及重测信度 (test-retest
15、 reliability)，进行标准化研究，赋予脉象信息特征周延且合乎逻辑的知识档案，建立人工智能专家系统的知识库 15。未来可实现教学、科研、临床的数据全球化 ,为各医疗机构提供作诊断参考。增强中医师之间、中医师与西医师、国外医学者之间的交流的信任度，使中医的宝 贵经验传承下去。 3 展望 基于物联网及云计算系统的脉象采集、分析平台的建立，实现对 传感器 设备、计算、存储、数据、网络等资源的统一管理，提高 脉象 资源的利用度，提升系统的可维护性，最终有针对性地提供个人健康管理的建议 ，实现 用户期待的新 中医 医疗信息化服务。 参考文献 1 高汉松，肖凌，许德玮，桑梓勤 .基于云计算的医疗大
16、数据挖掘平台 J. 医学信息学杂志， 2013， 34（ 5） :7-12. 2 朱洪波，杨龙祥，朱琦 .物联网技术进展与应用 J.南京邮电大学学报 (自然科学版 ) ，2011， 1:1-9. 3曹东，易 珺 .传感技术在脉诊中应用及脉象多属性特征检测探讨 J. 自动化与信息工程，2010， 1:5-8. 4 Yingyun Chen, Zhizhen Liu, Jian Du, at al. Research on Subcutaneous Pulse Shape Measurement by Near-infrared Moir Technique J. Journal of the O
17、ptical Society of Korea, 2015, 19(2): 123-129. 5 Kang M, Kang DI, Crago SP, et al. Design and development of a run-time monitor for multi-core architectures in cloud computingJ. Sensors (Basel), 2011, 11(4): 3595-3610. 6 岳红丽 ,张侃 .云计算在区域医疗信息化中的应用探索 J.计算机与现代化 ,2012,(8):141-143,147. 7 孔 令 珠 . 云 计 算 在 医
18、 疗 卫 生 信 息 化 中 的 应 用 J. 山 西 职 工 医 学 院 学报 ,2012,22(2):69-70. 8张治国脉诊信息分析和识别方法评析 J中国中医药信息杂志 , 2010,17(8):109-112 9 周越，许晴，孔薇 . 脉象特性分析和识别方法的研究 J. 生物医学工程学杂志， 2006，23(3)： 505-508. 10 张治国，牛欣，杨学智，等 . 脉长的数字化、可视化探索 J. 中医杂志， 2008， 49(9)：830-832. 11 张爱华，李向群 . 基于图像传感器的脉搏三维运动分析 J. 微计算机信息 (测控自动化 )， 2007， 23(5)： 176
19、-177， 270. 12张荣森新型 3D 光学式脉博量测系统 C.台湾第 82 届国医节暨 2012 台北国际中医药学术大会论文集 . 台北： 2012. 16-21. 13 汪南玥，于友华，黄大威，等 . 脉诊信息影响因素及处理方法的研究 J. 中国中医药信息杂志， 2011,18（ 1）： 11-13. 14 沙洪，赵舒，王妍，等 . 中医脉象多信息采集系统的研制 J.中华中医药杂志， 2007，22(1)： 21-24. 15 贺立维，杜建由舌象诊断消化道肿瘤的 智能型中西医结合专家系统 C.台湾第 82届国医节暨 2012 台北国际中医药学术大会论文集 . 台北： 2012. 10-15.
