医学信息学解锁：物联网、雾计算和云计算的应用

医学信息学解锁20（2020）100368基于物联网、雾计算和云计算Hafedh Ben Hassena，b，*，Nadia Ayaria，Belgacem Hamdi a，caMonastir大学，电子微电子&实验室，Monastir科学学院，Monastir，5000，突尼斯b莫纳斯提尔大学电气工程系，莫纳斯提尔国家工程学院，莫纳斯提尔，5000，突尼斯c苏塞大学，苏塞应用科学和技术高等研究所，苏塞，4000，突尼斯A R T I C L EI N FO保留字：家庭住院治疗冠状病毒健康监测物联网（IoT）雾计算云计算A B S T R A C T近年来，世界上经常患有慢性病的老年人数量显著增加，近几个月来，新型冠状病毒（COVID-19）的大规模传播导致数千人死亡，尤其是老年人和慢性病患者。冠状病毒还在医院造成了许多问题，这些医院不再能够容纳大量患者。这种病毒也开始在医疗队和辅助医疗队之间传播，这对住院病人的健康造成重大威胁。为了减少病毒的传播并保持需要住院的患者的健康，家庭住院是最好的解决方案之一。本文提出了一种基于物联网（IoT）、雾计算和云计算的家庭住院系统，这些技术是最重要的技术之一，为医疗保健行业的发展做出了重要贡献。这些系统使患者能够在家中和家人中间康复和接受治疗，在那里监测患者健康和住院室环境状态，使医生能够跟踪住院过程，并通过为此目的开发的监测单元和移动应用程序向患者及其监督者提出建议。评估结果表明，病人和医生都非常接受这一系统1. 介绍全球正目睹新型冠状病毒（COVID-19）的广泛传播，许多国家因疫情而出现数千例感染病例和死亡病例，例如意大利和西班牙，截至2020年3月，其死亡人数最多。人们可能会被其他携带该病毒的人感染COVID-19疾病，因为这种病毒通过直接接触传播。它可能通过呼吸道飞沫传播时，人咳嗽或打喷嚏。如果一个人接触病毒存在的表面，然后接触他的嘴，鼻子或眼睛，它也可能传播[1]。这种病毒构成了重大风险，特别是对于老年人和患有高血压、心脏病和糖尿病等慢性疾病的人[2]。由于新型冠状病毒的爆发，世界各地的大多数医院都遇到了容忍大量感染者的问题，因为这种病毒已经开始在这些医院的医疗和辅助医疗团队中传播，这可能会对住院患者的健康造成很大风险。除了这种病毒的传播，世界还目睹了一场老年人数量大幅增加根据世界卫生组织的《2015年世界老龄化与健康报告》，60岁及以上人口的数量将在2015年至2050年间从9亿增加到约20亿。老年人数量的显著增加增加了患者的依赖性、慢性病和残疾[3]，此外，由于医院住宿费用的增加[4]，相关国家的经济将承受巨大的财政负担。鉴于经常患有慢性疾病并经常需要住院的老年人人数大幅增加，以及新型冠状病毒（COVID-19）的快速传播，我们认为政府必须采取家庭住院治疗，以限制这种病毒的传播并维持需要住院患者的健康。家庭住院是一种聪明和开创性的医疗保健模式，是最有前途的医疗服务之一，旨在减轻患者，特别是老年人的痛苦，避免了前往医院机构接受治疗的麻烦，并使他们能够* 通讯作者。Monastir大学，电子微电子&电子邮件地址：hafedh. enim.u-monastir.tn（H. Ben Hassen），ayarinadia13@yahoo.fr（N. Ayari），belgacem. gmail.com（B. Hamdi）。https://doi.org/10.1016/j.imu.2020.100368接收日期：2020年4月29日;接收日期：2020年6月3日;接受日期：2020年2020年6月9日在线提供2352-9148/©2020的 自行发表通过Elsevier 公司这是一个开放接入文章下的CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。可在ScienceDirect上获得目录列表医学信息学期刊主页：http://www.elsevier.com/locate/imuH. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）1003682在家中享受舒适的护理[5这种医院化的目的是从两个方面减轻疾病的负担，一个是医疗和人道，因为在医院接受治疗家庭环境非常重要，对药物的益处有积极影响。第二个方面是经济方面，特别是因为医院的费用显著增加，而家庭住院大大降低了保健费用为了使家庭住院过程取得成功，病人必须遵守医生的建议，还必须定期监测他或她的健康状况，以便在健康状况不佳的情况下进行医疗干预。同样地，必须监测住院室的环境因素，因为这些环境因素可能阻碍患者之间这些必须监测的环境因素是温度，温度升高或降低会导致许多风险，尤其是对老年人来说，它会影响大脑、心脏、心血管和呼吸系统，在某些情况下还可能导致死亡[9]。湿度也会给患有哮喘或过敏等呼吸道疾病的患者带来健康问题[10];不要忘记吸烟对病人和人类健康的危害，以及对眼睛和呼吸系统有健康影响并可能导致死亡的气体泄漏。如今，随着物联网领域的巨大发展，预计许多智能对象和设备将具有在它们之间收集和共享信息的巨大能力。物联网已在许多应用中得到依赖，其使用已在几乎所有领域得到广泛接受，包括医疗保健领域，它广泛应用于远程监控患者健康[12，13]，其不同的技术提供了一种可靠的方法来改善安全，健康和人类的福祉[14，15]。近年来，云计算提供了许多支持利用物联网处理，无处不在的计算和存储方面的资源，并以简单易用的方式共享这些资源[16]。在文献[17，18]中提出了许多基于云和物联网的解决方案，这些解决方案增加了云计算的许多好处，以支持不断增加的数据量。然而，移动到物联网不能被认为是云计算的简单应用。最近，出现了一种新的计算概念，与云计算相比，它吸引了很多关注，因为它能够满足尚未通过云计算解决的需求;它被称为雾计算[19]。雾计算将云的计算资源扩展到物联网的网络边缘，允许许多连接的设备向其用户提供存储和处理数据等服务。其结构也提供支持为 实时 数据 分析 为所有数据存储容量有限的地理分布设备和处理，从而减少设备和云之间交换的数据量[20]。本文旨在帮助寻找新的和创新的解决方案，以发展医疗系统，鉴于大多数医疗机构在此期间遇到的问题，如拥挤和资源缺乏，由于新型冠状病毒的快速传播（COVID-19）通过开发基于重要现代技术的低成本，可靠和安全的家庭住院系统，即物联网，雾计算，和云计算。该系统使患者能够在家中和家人之间康复和接受治疗，并避免他们感染新型冠状病毒的风险，特别是对于经常患有慢性疾病和免疫力较弱，难以前往医院的老年人。本文的主要贡献是：提出了一种基于物联网、雾计算和云计算的家庭住院系统。开发环境传感单元和移动应用程序，扮演雾服务器的角色，可以实时查看和分析住院房间的环境因素。开发一个生命体征传感单元和一个移动应用程序，扮演雾服务器的角色，使护士能够测量病人的生命体征和准备医疗报告。为医生开发移动应用程序，使他们能够监测住院室的环境状况和患者的健康状况，并向护士和患者及其亲属提供建议。为患者及其亲属开发移动应用程序， 他们 遵循 的 住院治疗过程中，环境-心理地位的的住院房间，和医生建议.病人及医生对居家住院系统之评估。本文的其余部分组织如下。第二部分介绍了本文提出的家庭住院系统的相关工作.拟议系统的详细说明见第3节，第4节解释了实施情况和结果。最后，在第5节中给出了结论和未来的工作。2. 相关作品本文提出了一种家庭住院系统，其中使用物联网、雾计算和云计算来监测患者的生命体征和住院房间的环境因素。本节介绍了基于这些技术的最重要的工作，这些工作提供了监测患者健康和环境因素的系统和解决方案。近年来，如许多研究工作中所描述的，IoT、雾计算和云计算已经被用于监测患者健康，这是因为这些技术能够提供快速、安全和可靠的监测。低成本解决方案[21例如，在[24]，基于物联网的智能设计了一种医疗保健系统，该系统从不同的传感器收集患者信息，并允许医生远程监测患者的生理参数，并快速诊断疾病，并且还通过在监护人和医生之间发送SMS或电子邮件来向监护人和医生提供警报。适时在参考文献中。[25]长者健康电子健康系统提出了一种基于物联网和雾计算的老年人健康监测系统，该系统使用Mysignals HW V2平台和Android应用程序定期收集老年人的生理和公共健康参数，该应用程序充当雾服务器的角色，使老年人及其家人能够监测他们的健康状况并与医疗保健提供者进行沟通已经提出了一个基于物联网的应用程序，解释了雾计算概念的好处[26]。该应用旨在通过嵌入式可穿戴设备、移动边缘设备和云服务提供可靠、准确和即时的心率监测。近年来，智能手机和平板电脑在健康监测应用中的使用有所增加，它们被用作移动计算设备和处理数据并将其发送到云的雾服务器[27在[ 31 ]中使用移动应用程序通过脉率传感器实时监测患者的心脏，脉率传感器测量患者的脉搏，然后将其发送到远程数据库中的存储。此应用程序还将通知发送给医生，如果问题是在心跳中发现的。还使用移动应用程序开发了一个用于监测工作中生命体征的系统[32]。对于环境因素的监测，已有许多研究进行了探讨。例如，第[33]段就如何利用技术进行环境监测提供了指导。在[34]中，引入了一个复杂事件处理引擎（CEP）来监控基于物联网的环境，实时检测异常。在参考文献[35]中，提供了一种基于环境传感器和云计算的用于监测和内部环境管理的智能系统，其中该系统收集与内部气体相关的数据，然后在云中存储和处理环境数据，并且该系统使用户能够通过基于网络的监测平台监测环境并在空气质量超过法定限制时接收警告。在[36]一个������H. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）1003683室内热舒适环境监测系统的提出是为了探索人们在室内环境中的热舒适性，取决于物联网。正如我们在本节中所看到的，有许多基于物联网，雾计算和云计算的研究来监测患者健康和监测环境因素，但我们没有发现这样的作品，合并 监测 患者的 健康 和 监测环境尽管环境因素对患者健康有重大影响，但这些系统中的大多数主要依赖于互联网将数据发送到云，当互联网中断时，这些系统变得无用，因此，我们认为这些系统不会在大多数发展中国家实施和接受，因为这些国家在所有地区都没有良好的互联网基础设施。在本文提出的家庭住院系统中，我们将把监测患者的健康状况和监测环境因素合并在一个系统中，因为这个系统将允许患者在家中康复，避免了转移到卫生机构的困难和风险。互联网中断的问题也将通过依赖雾计算和云计算来克服。3. 拟议的家庭住院制度本节介绍拟议的家庭住院制度基于物联网、雾计算和云计算。本节将分为两个部分，第一部分介绍了拟议的系统的架构，而第二部分介绍了该系统中使用的云计算的架构。3.1. 拟议的系统在本文中，我们提出了一个基于物联网，雾计算和云计算的家庭住院系统，在这个系统中，住院室的环境被监控，除了远程监控患者健康以确保良好的医院化过程之外。图1示出了所提出的系统的架构。在这个提议的系统中，住院室通过环境传感单元和移动应用程序进行监控，移动应用程序扮演雾服务器的角色，它可以实时分析住院室的环境因素，同时通过生命体征传感单元和移动应用程序监测患者该系统还提供了一种移动医生应用程序，使他们能够监测住院房间的环境状况和病人的健康状况，并向护士和病人及其亲属提供建议，病人及其亲属移动应用程序，使他们能够跟踪住院过程，环境状况，的 住院 房间， 和 医生 用于数据存储，我们选择NoSQL数据库，因为它们能够解决关系数据库的问题，如异构性问题，数据及其处理大量数据的能力，因为它具有很大的可扩展性和高灵活性[37-39 ]。 以下是对住院室的环境监测和患者健康监测过程的详细描述。3.1.1. 病房在医院中，环境因素通常适合于住院过程，但在家庭住院过程中，这些因素可能超出理想值的范围，因此不利可能影响住院过程，也可能对患者的健康构成风险，因此，我们认为，对于家庭住院过程，有必要对住院室进行环境监测。 如图 1、医 院 的拟议建筑-净化室图1.一、拟议的家庭住院系统的总体架构。H. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）1003684扮演雾服务器角色的设备所提出的环境传感单元由三个模块组成，用于检测环境因素。使用的模块有温度和湿度检测模块（DHT 11传感器）、气体泄漏检测模块（MQ5传感器）和烟雾检测模块（MQ2传感器）。这三个检测模块连接到NodeMCU V3板，NodeMCU V3板收集环境因素的值，然后通过WiFi定期发送到雾服务器。温度和湿度检测模块（DHT 11）返回数值，为此，它直接连接到NodeMCU V3板;然而，气体泄漏检测模块（MQ 5传感器）和烟雾检测模块（MQ 2传感器）返回模拟值，为此，我们使用模拟/数字转换器（ADC）转换这些模块的值。表1详细列出了拟议环境传感装置的组成部分雾服务器接收环境传感器发送的数据然后实时显示。它还分析这些数据是否在理想值的范围内。如果此数据超出理想值的限制，雾服务器将向此系统中的所有参与者发送警报，表1拟议的环境传感装置的组成部分。构件描述NodeMCU V3是一个基于开源ESP 12 E模块的开发平台，用于创建物联网连接对象[40这开发平台基于ESP12E模块，集成了GPIO、PWM、I2C、1-WIRE总线和ADC，所有这些都在一块带有WiFi连接屏蔽的单板上，感谢NodeMCU固件。实时，否则，它将此数据存储在本地并对其进行处理，然后通过RESTAPI经由互联网将其发送到云，以进行永久存储和进一步处理和分析。3.1.2. 患者在医院的住院治疗过程中，患者健康受到持续监测，护士访问患者以监测和记录生命体征并将其与先前捕获的数据进行比较。的访视频率与患者医生电子仪器一般用于测量患者的生命体征;这些仪器一般体积较大，不易传输。生命体征通常以图表的形式记录，医生在就诊期间每天都会看到在本文提出的家庭住院系统中，病人的健康监测几乎与医院中病人的健康监测相同，护士根据监督医生提供的预约时间表访问病人。期间在这些访问中，护士核实病人进行了测量患者生命体征的过程是通过传感单元和安装在平板电脑上的移动应用程序进行的，该平板电脑扮演雾服务器的角色，如图所示。1.一、该系统的生命体征传感单元是MySignals HW V2平台，这是一个用于医疗设备和电子健康应用的开发平台。MySignals HW V2平台是市场上最完整的平台，因为它支持许多生物医学传感器来测量生物特征参数，如ECG信号、血压、血氧、脉搏、呼吸频率和体温。它体积小，可以便于携带到患者的MySignals HW V2平台依赖于Atmega 328（Arduino UNO）微控制器来管理各种传感器，还允许平板电脑和温湿度检测模块（DHT 11）烟雾探测模块（MQ2传感器）气体泄漏检测模块（MQ5传感器）模数转换器（ADC）电源这种基于传感器的模块提供与传感器测量的温度和湿度成比例的数字输出。用于生产DHT 11传感器的技术保证了高可靠性，出色的长期稳定性和非常快的响应时间。该模块基于MQ2气体传感器，可检测烟雾、氢气、LPG、异丁烷、丙烷、甲烷和酒精。它具有高灵敏度（可通过电位计调节）和快速响应时间。该模块基于MQ5气体传感器，用于检测（民用和工业用途）气体泄漏。它可以检测液化石油气，天然气，城市燃气...凭借快速的响应时间，它是快速检测气体存在的理想选择它配备了一个电位器来调整灵敏度。该模块是一个模数转换器（ADC），可将模拟量转换为数字值（以多位编码），数字值与输入模拟量和信号最大值之间的比值成比例。由于该系统中有模拟传感器（气体传感器MQ 2和气体传感器MQ 5），因此我们需要一个模数转换器，因为NodeMCU V3包含单个模拟输入，为此，我们将使用Microchip Technology Inc.的MCP 3008-I/P模数转换器。MCP 3008-I/P与NodeMCU V3的通信使用与SPI协议兼容的简单串行接口执行。对于NodeMCU V3的电源，电压必须在3.3 V和9V之间在任何情况下都不应超过此输入电压。因此可以看出，通过将3.3 V电源连接到3.3 V端子之一，通过使用USB电缆连接到微型USB或通过将源连接到VIN来为卡供电。为此，我们使用5V电源为NodeMCU V3和系统的其他模块供电。智能手机通过内置的WiFi和BLE模块与它进行通信测量生命体征的过程是通过患者佩戴要测量的生命体征传感器来完成的通过WiFi与MySignals HW V2平台连接以测量这些生命体征，其中其向MySignals HW V2平台发送请求以测量所需的生命体征。MySignals HWV2测量这些生命体征，然后将测量结果发送到移动应用程序。移动应用程序分析这些测量结果，并在本地显示和存储它们。根据测量结果，以及护士向患者及其亲属提出的一些口头问题，护士通过移动应用程序编写医疗报告，然后将测量结果和报告发送到云端进行永久存储，并通过REST API进行进一步分析。通过存储在云中的这些测量结果和医疗报告，监督医生可以通过移动设备应用程序，监测患者对护士、患者及其亲属进行提醒和指导，以确保良好的住院流程，并在患者健康存在风险时进行3.2. 建议的云计算架构云托管代表了传统托管选项的根本变化，例如共享托管和专用托管，与传统托管相比，它具有许多优势[43]。云托管具有强大而灵活的基础设施，可以轻松扩展所使用的资源，并确保数据的永久可用性，此外还提供高级别的保护。它 也是一种低成本的托管，托管成本是根据云资源的使用量计算的，不像传统的托管，其成本往往超过所使用的资源成本本文中提出的家庭住院系统依赖于云计算来托管REST API和数据存储，其中将使用Microsoft Azure云平台，这是最突出的云计算平台之一[44]。 图 2显示云H. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）1003685该系统中提出的计算架构。Microsoft Azure云平台是云服务的提供商，包括基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS），由Microsoft使用其在全球不断扩展的数据中心网络创建，因为它提供各种云计算，存储，为工商业和机构的各类用户提供应用服务。它允许使用它提供的独特工具和框架在巨大的全球网络上创建应用程序和服务，检查，管理和传播。安全和隐私也包含在Azure平台上。Microsoft Azure云平台提供了安全存储数据的能力，同时提供了增加存储空间的可能性，随时根据用户的业务活动。与云计算服务一样，成本仅基于所消耗的空间，而总费用是根据访问时间和数据使用量计算的。它还提供了轻松创建应用程序的可能性，并在所有Web平台和移动电话上发布全球兼容的应用程序，并且能够开发和快速响应，能够管理Web应用程序并轻松地检查和发布它们。对于这个提议的系统中的数据存储，我们依赖于Azure Cosmos DB，这是微软的全球分布式和多模型数据库服务，通过为常见的NoSQL数据库（包括Azure Tables Storage，Gremlin，Cassandra和MongoDB）实现有线协议，提供灵活的存储和快速的数据访问。MongoDB被选为数据存储系统，这是一个名为NoSQL的数据库系统，或者更准确地说，非关系数据库管理系统，它使用BSON（二进制JSON）文件。同样，MongoDB考虑无模式，因为它不遵循特定的模式，因此文件的内容可能会随时间而变化。MongoDB也被认为是一个可扩展的系统，因为它可以同时处理数千个请求，而不会影响性能[45]。与MySQL中由表组成一样，MongoDB是也由集合组成，集合又包含文档，因此集合的大小取决于其中包含的文档数量。我们可以说，MongoDB和MySQL的不同之处在于文件结构不遵守某些规则，因为我们发现一个表中的行它们必须遵守已经定义的模式规则，因为MongoDB不支持任何模式，因此文件结构可以在同一集合中不时更改[46]。Node.js之所以被选择来开发REST API，是因为它在计算性能方面优于其他Web开发技术，如PHP/Nginx，并且在实时和高速应用程序中有很好的应用[47，48]。Node.js是一个免费的JavaScript软件平台，面向高度竞争的事件网络应用程序，必须能够扩展。它使用V8虚拟机，libuv库用于其事件循环，并在MIT许可下实现CommonJS规范。在Node.js的原生模块中，有一个HTTP允许开发HTTP服务器。因此，在部署使用Node.js开发的网站和Web应用程序时，无需使用Nginx或Apache等Web服务器。具体来说，Node.js是一个用于执行服务器端JavaScript的低级环境。Node.js特别用作Web服务器平台; LinkedIn、Microsoft、Yahoo和PayPal都使用它。REST API连接拟议系统数据库，应用程序可以使用HTTP请求和JSON数据模型通过Web服务存储，检索和管理数据[49]。开发REST API将使用EX press.js框架，这是一个有用的Node.js Web应用程序框架，作为一个免费的开源程序发布，旨在构建Web应用程序和API [50]。除了Mongoose库，对象数据建模（ODM）对于MongoDB和Node.js，它用于管理EX press.js框架和MongoDB数据库之间的关系[51]。图二. 提出的云计算的架构。H. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）10036864. 执行情况和结果本节解释了实施拟议家园住院系统，其中深入研究了住院房间的环境监测过程的实施该系统，除了讨论的特点和优势，这一拟议的系统和它的评价使用系统可用性量表（SUS）。4.1. 执行4.1.1. 病房在家庭住院过程中，监测住院房间的环境因素非常重要，这些因素对病人的健康。 监测这些环境为了解决环境因素的感知问题，我们开发了一个基于NodeMCU V3板卡的环境感知单元，用于感知环境因素，并开发了一个Android应用程序，扮演雾服务器的角色，该应用程序与NodeMCU V3板卡进行通信，收集环境因素的感知数据，然后进行处理、分析、实时显示并存储在本地，并将信息发送到云端永久存储和进一步分析。图3示出图3.第三章。 环境传感单元和Android应用程序接口。H. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）1003687þþþþ环境传感单元和Android应用程序的家庭界面，用于监测住院室的环境因素。环境传感单元通过DHT 11传感器感测温度和湿度，通过MQ2传感器感测烟雾，通过MQ5传感器感测LPG气体。MQ 2传感器和MQ 5传感器是模拟传感器，NodeMCU V3板只有一个模拟输入引脚，因此我们使用MCP 3008-I/P模数转换器将这些模拟传感器连接到NodeMCU V3板。而DHT11传感器是数字传感器，因此我们将其直接连接到NodeMCU V3板，该板具有10个GPIO引脚，可用于数字输入和输出操作。为了感知这些环境因素并与Android应用程序进行通信，我们使用Arduino IDE编写了一个C脚本。此脚本使NodeMCU V3板作为HTTP服务器工作，使用WiFi接入点模式，使安装在平板电脑上的Android应用程序通过WiFi与NodeMCU V3板通信，而无需连接到路由器。在我们开发的这个脚本中，分配了SSID名称和密码来访问NodeMCU V3板以及安装其IP地址。有了这个IP地址，NodeMCU V3板可以向其网络中的所有连接设备提供网页和Web服务。此脚本返回Android应用程序使用的JSON格式中感测到的环境因素，其中Android应用程序将HTTP请求发送到NodeMCU V3板。NodeMCU V3板感知环境因素，然后将感知到的数据以JSON格式返回给Android应用程序。当然，这是在安装了Android应用程序的平板设备通过输入SSID名称和密码并进行必要的设置连接到NodeMCU WiFi接入点之后。Android应用程序定期收集环境因素并实时显示，它还将这些环境因素存储在本地并进行处理和分析。例如，如果这些因素超出了健康因素的范围，例如记录气体泄漏或感知房间内的烟雾或湿度或室温的显著增加或减少，则Android应用程序会给出 声音警报，并向患者亲属、监督医生和系统管理员发送警报。此警报是通过其应用程序发送给每个到达者的通知，此外， 如果这些因素对患者健康构成真正的风险，则实时到达以进行干预以拯救患者的SMS消息Android应用程序还将感测到的环境数据发送到云以进行永久存储和进一步分析，并且该数据还在本地存储指定的时间段，以便在应用程序不能将数据发送到云时显示。最初，我们的想法是将NodeMCU V3板通过互联网直接发送到云端，并通过移动应用程序访问这些数据，但我们放弃了这个想法，因为它会增加系统成本，因为我们需要一个路由器将NodeMCU V3板连接到互联网。除此之外，在许多地区，特别是在发展中国家，没有互联网连接，即使有，互联网速度也往往很低，因此我们选择依靠安装在平板设备上的Android应用程序来收集这些数据，并通过3G/4G将其发送到云。即使Android应用程序无法将此数据发送到云，它也会将数据存储在本地，并在以下情况下提醒患者如果环境因素通过该应用程序对他或她构成危险，则通过SMS向患者图3（a）示出了专用于Android应用的Android应用界面。此外，还可以导入确定环境传感单元ID的设置、环境因素的理想范围以及患者主管的电话号码。 图3（b）显示了Android专用于显示住院房间的环境因素的测量的应用界面4.1.2. 患者在这个建议的系统中，病人每次就诊时发给医生的医疗报告。测量患者生命体征和撰写医疗报告的过程是通过安装在平板设备上的Android应用程序完成的。图4示出了该应用程序的一些界面，其中护士可以在通过输入登录名和密码登录后查看所有待访问患者的访问时间表。在此之后，护士选择相关的访问来执行健康监测过程（测量健康状况）。患者的生命体征和准备医疗报告）。护士还可以查看以前访问的报告，监督医生和病人档案患者在该系统中，测量SpO2、心率、体温和心电图（ECG）。该系统可以扩展到测量其他患者数据，如气流、血压、血糖、皮肤电反应和肌电图（EMG）。使用集成开发环境Arduino IDE编程C脚本，以使MysignalsHW V3平台能够测量这些生命体征并通过WiFi连接将其发送到Android应用程序图 5（a）显示了测量SpO2和心率的过程，其中传感器放置在患者的食指上，通过Android应用程序，将测量SpO2和心率的请求发送到MySignals HW V2平台。该平台测量SpO2，心率，然后将测量结果发送到Android应用程序，以便在发送到云之前在本地存储。关于患者的 体 温 测 量 ， 将 传 感 器 放 置 在 食 指 上 或 测量温度的部位上，并通过Android 应用程序请求测量体温。发送到MySignals HW V2平台。该平台测量体温，然后将测量结果发送到Android应用程序，以便在发送到云之前在本地存储，如图所示。 5（b）.对于心电图（ECG），图6示出了其测量过程，其中传感器连接到患者完成应用以评估所获得的ECG测量结果。在执行患者生命体征测量过程后，护士准备并保存医疗报告，如图所示。7 .第一次会议。后保存医疗报告后，此Android应用程序将此访问从护士的访问列表中删除，并加密测量结果和医疗报告，并将其发送到云，以便通过互联网通过REST API进行永久存储和更多分析。如果没有互联网连接，这些数据将存储在本地并发送到云在第一次互联网连接时自动进行。4.1.3. 家庭住院系统在本文提出的家庭住院系统中，有四组行动者，即医生、护士、病人及其家属和系统管理者。他们每个人都通过其Android应用程序在这个系统中扮演着特定的角色在预-在前面的小节中，我们介绍了护士报道在本小节中，我们将为医生、患者及其亲属以及系统管理员介绍Android应用程序React Native被用于开发该系统的各种应用程序它是由Facebook创建的开源移动应用程序框架，用于使用ReactJS开发Android和iOS应用程序，它允许开发人员使用这些平台的所有原生功能[52]。图8为医生展示了一些Android应用程序界面，H. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）1003688见图4。 用于患者健康监测的一些Android应用程序界面。在登入后，每位医生可浏览病人的资料，并跟进住院病房的环境情况（图8（a）），以及透过浏览每名病人的量度及医疗报告，了解病人的健康状况（图8（b））。 8（b））。通过这个Android应用程序，医生还可以管理每个病人的药物，确定服用每种药物的时间，此外还可以向病人及其亲属提供建议，以确保良好的住院过程。这个Android应用程序-阳离子还提供通知医生时，添加任何医疗报告的病人之一，或当环境条件，任何病房的扩建都会对病人的健康构成威胁图9（a）示出了用于患者及其亲属的一些Android应用界面，其中患者或其亲属的成员在登录之后可以查看护士将对患者进行的访问的列表。除了查看患者的药物列表和服用每种药物的时间、监督医生的建议以及住院室的环境条件之外，还可以让患者跟踪他或她的健康状况 这个Android应用程序还提供通知时，护士的访问是接近，服用日期 的 药物是 临近，当 督导医生发送建议，或者当住院房间的环境条件对患者的健康构成风险时图图 9（b）示出了用 于系 统的 一些Android应用接口。管理员，这个Android应用程序使他们能够管理病人及其亲属化过程。为每个患者确定每个住院过程的开始和结束日期，并且通过添加用于患者的ID和代码PIN来安排护士对患者的访问，并且管理每个住院房间的环境感测单元。每个环境感测单元，并将其与患者的账户相关联该Android应用程序还允许跟踪每个住院房间的环境因素，并在特定房间的环境条件对患者的健康构成风险时接收通知4.2. 讨论和评价本文提出的家庭住院系统代表了智能医疗系统的范式转变。该系统允许患者在家中和家人之间康复和接受治疗，避免了他们前往医院的困难和感染新型冠状病毒的风险，这对老年人尤其重要，他们经常患有慢性疾病和免疫力较弱。这一系统还解决了大多数卫生机构和医院在这一时期面临的拥挤和资源缺乏问题。通过该系统，患者的健康和住院房间的环境状况在整个住院期间被远程和定期地监测，这允许医生跟踪住院过程并远程监督患者。该系统与其他智能医疗系统不同。在文献中提出的系统，因为它易于应用，成本低，可靠和安全，并且它还将监测患者的健康和住院房间的环境因素集成在一个系统中，这允许医生诊断他们的患者的状态。此外，它可以适用于富国和发达国家，也可以适用于穷国和发展中国家。近年来提出的大多数智能医疗保健系统主要使用连接到互联网的传感器和电子设备来远程监测患者例如，在[24]，基于智能物联网的健康护理系统被设计为允许使用一组传感器来测量、观察和监测患者的生命体征。当生命体征达到或超过一定限度时，该系统还会向医生和患者家属发送警报。以EX cel片的形式记录的数据是此外，还可以通过Web应用程序和移动应用程序查看Google云端硬盘中收集的数据，以便将来进行分析。在参考文献[25]中，还提出了一种基于物联网和雾计算的电子健康系统来监测老年人的健康该系统允许定期收集老年人的生理和公共健康参数。它使用Mysignals HW V2平台和Android应用程序，扮演雾服务器的角色，使老年人及其家人能够监控健康状况，并与医疗保健提供者进行沟通。这两个提议的系统的问题是，它们是基于H. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）1003689图五. SpO2、心率和体温的测量过程。由于在许多地区，特别是在发展中国家，没有与互联网的连接，即使有，互联网的速度也很低，我们认为，这种系统在大多数发展中国家不会得到实施和接受。 由于财政能力有限，他们没有在所有地区建立良好的互联网基础设施，无法提供智能传感器，为所有患者远程监测患者健康状况，这与发达国家和富裕国家不同，这些国家可以克服这些障碍。对于本文提出的家庭住院系统，我们认为，它可以很容易地实施和接受的发展中国家和发达国家一样，由于其解决互联网基础设施的问题，其成本低。在这个提议的系统中，我们将不需要每个患者的生命体征感测设备来监测其健康，但是我们将需要每个护士的一个设备（生命体征感测单元）和扮演与生命体征感测单元通信的雾服务器的角色的移动应用程序，护士通过该移动应用程序测量患者的生命体征并在每次就诊时准备医疗报告。此应用程序解决了互联网连接问题其中，如果互联网覆盖范围没有到达患者的家中，则该应用程序将在本地存储数据并将其发送到第一互联网处的云 连接. 的 环境感测 单元是 此外，它的低成本让人着迷，因为制造它的原型的成本只有几美元。在每个家庭住院流程开始时，该单元安装在住院室中，在住院流程结束时，它用于另一个患者的住院流程;这当然降低了该系统的成本。该单元收集住院房间的环境因素数据，并通过安装在平板设备上的移动应用程序将其通过互联网发送到云端，该平板设备扮演雾服务器的角色。数据也存储在此应用程序的本地。如果这些环境因素对患者构成危险，则通过该应用程序（雾服务器）向患者发出警报，而无需连接到互联网，并且患者的所有监督员都通过SMS发出警报。如果有互联网连接，警报将通过雾服务器发送到他们的移动应用程序。对于数据存储，云计算平台提供可靠的存储，维护数据安全性和低成本。这就是我们选择Microsoft Azure云的原因H. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）10036810见图6。 ECG的测量过程见图7。 医疗报告的创建过程。数据存储平台和拟议系统应用程序的托管。为了评估本文提出的家庭住院系统，我们使用了系统可用性量表（SUS），因为该量表提供了一种快速可靠的工具来衡量易用性[53，54]，并允许评估各种服务和产品，包括移动设备，移动应用程序和网站。检测大多数可用性问题，如参考文献[55]所述，可以接受5名用户进行评价;基于此，选择了5名年龄在45 - 61岁之间的住院患者和5名医生进行可用性测试。为了评价所提出的家庭住院系统，对系统模型进行了解释，并向患者和医生演示了其各种应用，然后要求他们完成SUS问卷。调查问卷由10份H. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）10036811图8.第八条。 一些Android应用程序界面的医生.评估系统可用性的问题，其中每个问题根据同意程度进行分类，从1（强烈不同意）到5（强烈同意），如图所示。 10（a）. 在患者和医生完成回答问题后，SUS分数的计算如图所示。 10（b）.表2显示了每例患者提供的SUS问卷的值、每例患者的SUS值以及计算的所有患者的平均SUS。表3显示了每位医生提供的SUS问卷的值、每位医生的SUS值以及计算出的所有医生的平均SUS。在SUS评估中获得的患者评估得分为91.0，而医生评估得分为93.0。根据理论[53]，如图10（c）所示，可用性是优秀的，因为我们需要在80.8获得A级，即可用性的最高等级。从评估中可以看出，本文提出的家庭住院系统得到了患者和医生的广泛接受，但我们认为该系统必须进行改进和调整，以便安全地应用于冠状病毒患者，其中包括患者自己测量生命体征，以及患者和医生之间的视频通信。但是，对于这些变化和改进，我们认为，由于费用增加和所有区域缺乏良好的互联网覆盖，贫穷和发展中国家将无法实施该系统。5. 结论和未来工作本文提出了一种基于物联网的家庭住院系统--雾H. Ben Hassen等人医学信息学解锁20（2020）10036812图9.第九条。 患者及其亲属和管理员的一些Android应用程序界面。计算和云计算已经被提出。该系统允许患者在家中和家中康复和接受治疗。他们的家人，病人通过安装在住院室中的生命体征感测单元和环境感测单元以及为此目的开发的移动应用程序，定期地监测住院室。该系统还使医生、患者及其家属能