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15架構於Web服務、藍芽與GSM簡訊之居家健康照護系統設計與實現DesignandImplementationofHomeHealthCareSystemBasedonWebService,Bluetooth,andGSMShortMessageService譚旦旭1*白振祥2葉國瀧3Tan-HsuTan1*,Chen-HsiangPai2,Kuo-LungYeh3國立台北科技大學電機工程系1*國立台北科技大學機電整合研究所2國立台北科技大學自動化科技研究所3摘要本研究應用新崛起的Web服務(WebService)、藍芽通訊技術(Bluetooth)及GSM簡訊服務(GSMShortMessageService)，發展一套適用於居家環境之新型健康照護系統。我們首先製作一個行動式心電圖感測發收單元(ECGSensor/Transmitter/Receiver)，接著我們利用藍芽模組將數位化後的心電圖(ECG)訊號傳至心電圖接收器(ECGReceiver)，再經由簡單物件存取協定(SOAP)傳給遠端健康照護Web服務(HealthCareWebService)系統之資料庫中，藉此醫師可以透過網站伺服器檢視病患心電圖進行診斷。若醫生診斷後認為病人需要進一步檢查，則可使用簡訊Web服務(SMSWebService)發送簡訊通知病人就診。本系統的軟體架構具有良好的擴充性，因此容易維護，亦可大幅降低系統整合及後續開發成本。另外透過藍芽技術的應用，本系統亦可大幅減少家中纜線的羈絆並增加機動性。實驗的結果驗證本系統有良好的效能，具備實用的價值。關鍵詞：Web服務、藍芽通訊技術、GSM簡訊、心電圖、簡單物件存取協定投稿受理時間:92年10月15日審查通過時間:92年12月24日架構於Web服務、藍芽與GSM簡訊之居家健康照護系統設計與實現116ABSTRACTThisstudypresentsanovelhomehealthcaresystemusingtheemergingWebService,Bluetooth,andGSMshortmessageservice.WefirstimplementamobileECGunit,whichconsistsofasensor,transmitter,andreceiver.Afterthedigitizationprocess,themeasuredECGsignalistransmittedtotheECGreceiverviathewirelessBluetoothmodule.Then,theECGsignalispassedalongtheInternettotheremotedatabaseofthehealthcareWebServiceunitbasedontheSOAPfordiagnosis.ThepatientwillreceivetheGSMshortmessagefromthedoctoriffurtherdiagnosisisnecessary.Sincethesoftwarestructureoftheproposedsystemisveryeasytoexpandandmaintain,itcansignificantlyreducethecostsrequiredforfutureintegrationanddevelopment.Besides,theuseofBluetoothallowstheresidencetoescapefromthefettersofinterconnectionwires,therebyincreasingsystemmobility.Experimentalresultsverifytheeffectivenessoftheproposedsystemforpracticalapplication.Keywords:WebService,Bluetooth,GSMshortmessageservice,ECG,SOAP壹、緒論民國83年起，台灣地區65歲以上老人已超過總人口的7%，達到了聯合國所訂定的高齡化社會標準，預估民國100年將達10%，與歐美、日本等先進國家接近[1]。隨著老年人口急速增加，勢將衍生許多與老人醫療及照護相關的社會問題，造成政府及家庭日益沉重的負擔。近年來，我國國民的主要死因已由傳染性疾病轉移為慢性病及退化性的非傳染性疾病，除了老人因年齡因素易患有慢性病以外，青壯年人口由於工作壓力、不良飲食習慣、以及缺乏運動等因素而罹患慢性病的人數亦有逐年上升的趨勢。慢性疾病需要長期追蹤與治療，但目前的醫療資源並不允許病患長期住在醫院接受治療，因此慢性病患只能以定期回院複診的方式進行治療，但此方式不但浪費患者往返醫院的時間、金錢，也大大降低其生活品質，而且離院病患的病情若缺乏長期有效的監控與照護，將易演變成為急性，為社會醫療成本的負擔雪上加霜。因此，如何改善慢性病患的醫療品質，以有效運用醫療資源，是目前亟待解決的一個課題。居家健康照護(HomeHealthcareSystem)是提升慢性病患醫療品質的一個可行機制，若是慢性病患能在此機制內，藉科技之助將居家所量測到的非侵入性生理訊號送至醫院，進行長期的監控和訊號的判讀，再由醫生根據判讀2臺北科技大學學報第三十七之一期17結果，提供病患後續處理之建議，這樣病患就毋須三天兩頭在醫院與家庭之間疲於奔命，使醫療資源能達到最有效的運用，因此近年來網路科技已被廣泛地應用於遠距居家照護系統之開發。目前這些系統大多建構在公眾電話網路或電視纜線之有線環境[2-7]，雖然在遠距看診等應用有一定的成效，但其主要缺點為患者在生理訊號的擷取上缺乏機動性，同時在醫療系統網路服務架構之規劃與設計方面也少有著墨，因此未來醫療系統擴展時將易面臨系統整合的問題。為克服機動性的問題，Bai等人[8]利用市售無線通訊模組與心電圖量測儀器開發一套可攜式心電圖與血壓傳輸系統，以達居家照護無線化的目的，但其接收範圍限於30公尺以內，且其無線通訊模組無法像藍芽一般，在全球統一的通訊協定架構下，與其它電子裝置交換資訊，換言之，此系統應用範圍有其侷限性。Crumley等人[9]發展了一套適用於醫院病患監護、具低功率優點的可攜式無線電收發系統，但與[8]相同，此系統無法與其它電子裝置直接交換資訊。Shimizu等人[10]整合類比無線電、數位GSM系統，以及衛星通訊等技術，應用於遠距醫療照護，並有良好的效果，但衛星通訊的費率並不便宜，加上通道的時變特性，極易發生數據中斷現象，因此存在資料可靠度的疑慮。為克服上述缺點及促進醫病之時效性，本研究結合Web服務(WebService)[11-13]，無線藍芽通訊(Bluetooth)[14-17]、以及GSM簡訊服務[18-21]等技術建構一套新穎的居家健康照護系統。此系統服務的對象為具備基本行動能力的慢性病患，由於心臟血管疾病在慢性病中佔有相當比例，因此在眾多生理訊號當中，我們將先著重於心電訊號的處理。為免除纜線之羈絆，我們將製作一個可攜式藍芽心電圖量測器，使慢性病患能在高度機動情況下量測心電圖(ECG：Electrocardiogram)訊號，心電訊號可利用無線藍芽技術與網路自動上傳至醫院(遠端診斷中心)的資料庫，再由醫生透過瀏覽器(Browser)檢視之。另外，我們使用GSM模組與健康照護網站伺服器開發一套簡訊Web服務(SMSWebService)機制，醫生可以利用其提供的函式，直接對網站伺服器之串列通訊埠下達指令，以通知有異常狀況的病人儘速就診。另外，由於Web服務具備良好的擴充能力，我們只要解析該Web服務描述語言(WSDL)，就可以將Web服務連結到程式之中，毋需耗費額外時間與金錢在中介軟體(middleware)之開發，此使應用系統之開發及維護更為容易，因此本研究利用Web服務網路架構解決醫療系統間未來整合時的需求，達到降低醫療成本，維持病患一定生活品質的目的。本論文第貳節說明系統所應用的背景知識，第參節描述系統之設計與實作，第肆節為實驗結果，第伍節提出結論與未來研究方向。貳、背景知識本節說明本研究所應用之相關知識，包括心電圖(ECG)、Web服務(WebService)、藍芽架構於Web服務、藍芽與GSM簡訊之居家健康照護系統設計與實現318(Bluetooth)與GSM簡訊服務(SMS：ShortMessageService)等。一、心電圖(ECG：Electrocardiogram)心臟的肌肉是人體肌肉中唯一具有自發性跳動及節律性收縮的肌肉，心臟在收縮時會產生微弱的電流。人體表面兩點間的電位差隨時間變化而產生的波形即為心電圖(ECG)。電極片依其放置部位之組合而有不同的心電圖導程(ECGlead)。本論文使用愛因託芬(Einthoven)[22]所提出的標準雙極導程(BipolarStandardLeadI,II,andIII)量測心電圖訊號：導程I：量測左手與右手間的電位差；導程II：量測左腳與右手間的電位差；導程III：量測左腳與左手間的電位差。三個標準導程形成愛因託芬氏三角形(Einthoven’sTriangle)，即導程II電位差＝導程I電位差＋導程III電位差。心電圖訊號的頻率屬於低頻，其訊號頻寬在0.02～150Hz之間，且振幅僅1～3mV[23]，因此需使用放大器與濾波器擷取心電圖訊號。一般市售的心電圖機為避免受到居家環境雜訊的影響，大都將頻率響應設定在0.5～50Hz之間。二、Web服務(WebService)Web服務是利用網際網路標準協定HTTP與XML，將軟體的功能完全地發揮在網際網路或是企業內部網路(Intranet)上運用的一種軟體服務技術。它使得應用程式之間可透過網際網路相互連結使用，利用這種物件模組技術讓企業系統易於進行彈性組裝，可隨時經由網路增減元件以調整系統功能，使應用系統之開發及維護更為容易，因此可快速滿足客戶的需求。另外，Web服務使用SOAP及XML技術以達到跨作業平台、跨程式語言的目的，因此任何系統平台、程式語言所撰寫的應用程式，都可以將它們引入自己的應用程式之中。Web服務能跨越網路及異質平台架構，其中的主要關鍵，說明如下：可延伸標記語言(XML)XML(ExtensionMarkupLanguage)是由全球資訊網聯合會(W3C：WorldWideWebConsortium)所率先提出，並在1998年二月中旬成為正式的規範。XML是一種有彈性且可擴充的描述語言，我們可以自由定義標籤，定義出來的標籤可以充分表達文件的內容，例如我們可以定義標籤address來表達文件內容是地址。XML擅於描述結構化的資料並使用純文字的方式儲存，使用純文字的好處是可以直接檢視這些資料，不須再使用其它的轉換工具。簡單物件存取協定(SOAP)SOAP[24]是1999年由微軟的研發中心與Lotus、IBM等大廠所共同提出的一種協定。SOAP是傳輸架構的最底層，它能夠讓各種應用程式透過HTTP通訊協定，以XML格式相互交換彼此的資料。目前幾乎所有的防火牆都允許透過Port80來溝通，所以SOAP可以利用現有的網際網路架構讓應用程式之間進行溝通，而不會被防火牆阻礙。SOAP可以使用SecureSocketsLayer(SSL)加密協定以維護安4臺北科技大學學報第三十七之一期19全。SOAP讓分散式物件通訊協定透過網際網路的溝通如同使用瀏覽器來存取網頁一樣方便。Web服務描述語言(WSDL)WSDL(WebServiceDescriptionLanguage)[12][13]是一個以XML為基底的描述語言，可以描述Web服務的介面與實作。WSDL的職責在於告訴其他機器如何將請求與回應的訊息格式化，以便使用某項Web服務。透過WSDL這個標準，客戶端的程式可以依據WSDL的形容，打造調用Web服務的程式碼。三、藍芽(Bluetooth)藍芽[14-17]是一種短距離(10m～100m)低功率無線通訊技術，操作於2.4GHzISM