一种基于案例大数据云平台的智能心脏康复系统及其应用.docx

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一种基于案例大数据云平台的智能心脏康复系统及其应用

Ø一种基于案例大数据云平台的智能心脏康复系统及其应用

1技术领域

心血管疾病患者生理数据测试及病情智能分析评估

2技术背景

心血管疾病具有高患病率、高致残率、高死亡率和高医疗负担的特点，是目前世界上危害人类生命健康的第一杀手。

根据国家心血管病中心统计数据，截至2015年，我国已有心血管病患者2.9亿，且发患者数仍在逐年增加。

如此严峻的形势引起社会各界的高度重视，有关心血管疾病预防及治疗方法的研究工作也得到迅速发展。

目前我国的心血管内外科治疗技术已达到国际先进水平，心血管病急性期的死亡率显著下降；但另一方面，手术后的随访和康复管理往往被忽视，危险因素控制不力，导致患者反复住院、反复手术甚至英年早逝，给国家和家庭都带来巨大损失。

国内外50年临床实践已经证实，仅仅依靠外科手术还远远不够，还必须配合适当的心脏康复疗法才能有效预防治疗心血管疾病。

但从目前国内外情况来看，心脏康复治疗的实施都采用医院内“医患面对面”模式。

这种模式具有很大的局限性：

一方面训练有素的康复师医师极度稀缺，无法满足庞大的心脏病患者的服务需求；另一方面，心脏康复周期是一个由I期（住院）、II期（门诊或社区3-6个月）、III期（居家终身）组成的漫长过程，需要一个完整的病情监测和康复治疗综合管理体系。

因此即使在美国这样的医疗技术发达国家，也只有不到20%的患者能够得到及时有效的病情监测和康复治疗服务。

随着微型传感器技术的发展，穿戴式传感系统用于心脏患者、老年人、慢性患者的监测和远程康复训练管理成为趋势。

例如：

美国LSI公司的实时心电监测系统工作站，允许医师对每个患者进行选择性参数监测和预警；美国Wellframe于2013年推出了移动心脏监测和康复系统，装备出院患者，能够根据医生开出的康复处方，帮助患者居家康复。

但上述产品依然存在很多缺陷，前者只适合医院内监测，没有康复处方指导和提醒；而后者没有智能感知设备，也没有康复监测功能。

因此上述产品均不是用于心脏康复疗法的理想产品。

基于上述背景，我公司提出并发明了一种基于案例大数据的智能心脏康复系统及其应用。

2主要创新点及解决问题

基于案例大数据云平台的智能心脏康复系统，能够为心血管疾病患者提供实时的病情监测和康复治疗服务，提高了康复医师的服务效率，克服了优秀医师数量不足的难题，使所有参与患者都得到高水平的康复治疗服务。

3系统构成

基于案例大数据云平台的智能心脏康复系统主要由基于案例大数据的智能管理平台和智能心脏康复助手两部分构成。

可为患有急性冠脉综合征、稳定性心绞痛、慢性心力衰竭、外周血管病、高血压等心血管疾病或进行过经皮冠状动脉介入治疗和冠状动脉旁路移植术、心脏瓣膜手术、心脏或心肺移植的病人提供综合医疗评估、五大处方指导、自我管理能力培训、危险因素控制等服务，最大程度减少心血管疾病对患者身心的不良影响，降低猝死的危险，稳定心脏症状，改善心理和身体状态。

（1）智能心脏康复助手

智能心脏康复助手由微型心电和运动数据同步采集设备和心脏康复APP两部分构成。

微型心电和运动数据同步采集设备能够同时监测患者的心电、呼吸、运动类型和强度、患者位置等信息，并上传到云服务平台，为医生实时地监测患者情况并指导患者实施药物、运动、饮食、精神、戒烟五大康复处方提供了数据支持。

该设备的主要特点是结构微型化和良好的穿戴舒适性。

心脏康复APP包括安卓和iOS两个版本。

该APP安装于智能手机、平板电脑等移动终端，为患者提供专业的线上线下服务，其主要功能包括：

●接收云平台推送的个性化康复服务，并根据服务信息提醒患者按时按量执行药物、运动、饮食、精神、戒烟康复5大处方；

●对患者心电信号进行实时处理和分析，准确检测QRS位置并计算心率，检测早搏、房颤、心律失常等心电异常，并根据患者心率数据提醒可能出现的异常状况，通知医生优化处方；

●处理和分析患者运动信号，检测佩戴者的姿态，检测步频和步长，计算运动速度和运动强度，保证患者的训练频率、强度、时间都维持在最佳水平；

●记录患者的运动数据、心电数据、五大处方执行数据，并根据需要上传各项数据和分析结果至云平台；

●为患者提供心血管疾病知识普及、压力缓解方法、专家在线问答及患友在线交流等服务；

●根据处方和用药进程以及身体恢复情况提供药物及专业定制食品的上门配送服务；

●通过安装该APP的医生用户端，医生可以随时查看患者情况，处理选定患者问题，并下发处方建议；

●通过安装该APP的患者家属用户端，患者家属可以实时了解患者情况，若出现突发情况，可及时报警。

（2）基于案例大数据的智能管理云平台

在使用智能心脏康复助手实现患者康复实时监控的同时，利用医疗领域案例思维原理，以统一的案例模板将大量患者的数据进行规范化、标准化地组织管理和存储，建成案例大数据智能管理云平台，能对患者生理及运动数据进行自动分析和识别，具有高度智能化。

云平台与所有心肺功能评估设备、康复训练设备，以及其它各诊断医疗设备实现全数字化连接，并通过医生客户端、患者客户端、家属客户端将相关患者和医务人员联系到一起，形成一个将医院、家庭融为一体，使患者、家属、医生充分参与其中的全新康复体系。

基于案例大数据智能管理云平台的应用将极大地提高康复医师的服务效率，克服优秀医师数量不足的难题，使所有参与患者都得到高水平的康复治疗服务。

基于案例大数据的智能管理云平台的主要特点如下所述：

●病情评估定量化。

使用大数据云计算技术，对患者的心肺功能监测数据和日常活动型态等数据进行地智能分析和逻辑推理，对患者的恢复情况进行综合评定，并依据评定结果对患者进行危险分层。

●康复方案个性化。

以典型的成功案例为参考样板，以心脏康复5大处方（药物、运动、饮食、精神、戒烟）为指导，依据患者病情的综合评定结果进行逻辑推理，并向医生输出符合康复指南和流程标准的规范化处方及其后续优化建议和提示，进而由医生根据建议和提示内容为患者提供个性化、定制化、安全且利于患者坚持的专业康复治疗方案，并定期检查患者的执行情况。

●治疗服务规范化。

该云服务平台根据康复专业委员会发布的指南进行规范化管理。

对于患者，该平台是可以信赖的康复导师和可靠的健康卫士；对于家属，该平台是了解患者情况并与医生及时沟通的便利渠道；对于医护人员，该平台不仅大大提高他们服务的效率和水平，更提供了进行医学研究和服务模式研究的理想平台。

4应用说明

第一步：

使用智能心脏康复助手，实时动态的监测患者的心电、呼吸、步频、步长等信息，并进行实时处理和分析，准确检测QRS位置并计算心率，检测早搏、房颤、心律失常等心电异常，计算运动速度和运动强度；

第二步：

通过wifi或4G网络将患者的生理数据和运动数据上传至云平台；

第三步：

将患者各项生理及运动信息上传至服务端之后，对患者数据进行识别和推理分析，利用数据挖掘技术挖掘案例数据库中同类病症群体的身体状况、生理数据、生活规律、治疗方案、用药历史等信息，结合专业知识库，经过运算匹配适用于个体用户的治疗方案和处方建议；

第三步：

云平台将分析结果发送至医护人员办公室客户端或手持移动客户端，医师可以借助这些终端设备实时地监测分析患者情况，方便地调整治疗方案或采取必要措施；

第四步：

云平台将个性化康复服务发送至患者客户端，并根据服务信息提醒患者按时按量执行药物、运动、饮食、精神、戒烟康复5大处方；

第五步：

云平台将患者的各项健康信息实时的发送至患者家属的移动客户端，患者家属可以随时随地了解患者身体及心理情况，并及时与患者或医生沟通，若出现突发情况，还可及时发现并报警；

Ø一种用基于大数据智能分析的心肺功能评估系统和方法

1技术领域

心血管疾病患者生理数据测试及病情智能分析评估

2技术背景

心血管疾病具有高患病率、高致残率、高死亡率和高医疗负担的特点，是目前世界上危害人类生命健康的第一杀手。

根据国家心血管病中心统计数据，截至2015年，我国已有心血管病患者2.9亿，且发患者数仍在逐年增加。

如此严峻的形势引起社会各界的高度重视，有关心血管疾病预防及治疗方法的研究工作也得到迅速发展。

心肺循环系统功能评估对于心血管疾病的监控和治疗至关重要，医师需要对患者的心肺循环系统功能进行及时准确的评估，才能提供有效的康复治疗处方。

目前，国际上主要使用“心肺运动试验（CPX）”的方法来评估患者心肺系统动态功能。

进行这种实验的设备造价昂贵且使用复杂，可操作性很差，全国最著名的三甲医院都难以使用，且由于大部分患者根本达不到运动极限，导致该实验的评估指标不具备临床指导意义。

为此，我们在国际上首次提出心应变能力系列指标（ChronotropicCompetenceIndicesCCI）的规范化定义，使用智能穿戴感知技术，首创了“数字心肺步行试验（DigitalCardiacWalkingtestDCW）”技术。

在国际权威机构指南的基础上，进一步提出了使用心应变能力指标，评估患者心肺功能、进行危险分层的方法，为医师设计心脏康复处方提供了科学依据。

DCW使用简单、方便，随时随地，大大降低了测量和试验风险，是普及和推广心肺代谢功能评估的有效手段。

在使用数字心肺步行试验方法的基础上，我公司进一步地将穿戴智能感知技术和大数据云平台技术有效集成，发明了一种用基于大数据智能分析的心肺功能评估系统。

2主要创新点及解决问题

与传统的心肺运动试验相比，使用简单、方便，不需要患者达到运动极限，大大降低了测量和试验风险。

使用该系统的患者只需在平地或跑步机上以一定步速行走即可完成心肺功能评估评估所需运动信号和心电信号的采集。

此外，该系统具有智能化的特点，能够使用大数据云计算技术对患者的心肺功能数据进行分析和推理，自动得出评估结果，自动生成试验报告，提供危险分层，极大地提高了医生的工作效率。

3系统构成

本发明的系统由一件心电及运动信号采集设备，一个安装有配套APP软件的移动终端，以及云平台构成。

本发明中的心电和运动数据同步采集设备，在结构设计上具有微型、穿戴舒适的特点，主体尺寸小于50x30x12mm，质量小于20克，能够以透气胶布贴在患者胸部。

在硬件设计上，包括生理特征测量单元、运动状态测量单元、通信接口、微处理器以及供电单元五个模块。

生理特征测量单元用于检测心电信号，运动状态测量单元用于检测轴加速度和3轴角速度传感器信号。

此外，整个电路使用低电耗设计，尽量降低电池重量，保障连续工作时间大于10小时。

设备所采集的心电和运动信号将以蓝牙通讯传往安装于移动终端的APP。

安装有配套APP软件的移动终端通过有线或无线通信的方式，获得被实验者的心电及运动信号，并对实验过程进行控制。

实验结束后，移动终端APP对实验采集数据进行初步处理并通过wifi或2G、3G、4G网络上传至云计算平台。

云平台将大量患者在不同运动强度下的心率、血压等数据进行规范化、标准化地组织管理和存储。

可对移动终端上传的患者实验数据进行智能识别和分析推理，输出患者心肺功能评估结果，并生成患者心电参数、运动参数、心律运动反应参数报告。

3应用说明

第一步：

使患者分别以3~5种不同的步速，在平地或跑步机上步行一段距离，每段步行时间在5分钟左右。

在此过程中，使用心电及运动信号采集设备，实时动态的监测患者在不同步速下的心电、呼吸、步频、步长等信息，并进行实时处理和分析，准确检测运动速度和运动强度，以及静止心率、靶心率、靶心率与运动强度的比值、心率漂移速率、心率从静止心率上升到靶心率所需要的时间、心率从靶心率下降到静止心率所需要的时间、最大心率等参数；

第二步：

通过wifi或4G网络将患者的生理数据和运动数据上传至云平台；

第三步：

将患者各项生理及运动信息上传至服务端之后，对患者数据进行识别和推理分析，利用数据挖掘技术挖掘案例数据库中各类类病症群体在对应运动强度下的心率特征信息，然后将监测到患者的心率与上述心率特征信息比对，并结合专业知识库，经过运算匹配得