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5G时代,AI+家庭医疗物联网产品如何设计

基于未来5G目前4G物联网的AI+家庭医护产品的设计目的在于合理整合医疗资源、个性化服务多种群体、减轻社会公共医疗保障体系的压力。

5G时代,AI+家庭医疗物联网产品如何设计

我们都知道第五代移动通信技术(5G)正在阔步前行,它将以全新的网络架构,提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力,开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。

5G技术的应用,将打破空间的局限,在医疗及智慧家居医疗等多个生活场景优化人们的生活。其中移动医疗设备的数据互联——支持实时传输大量人体健康数据,协助医疗机构对非住院穿戴者实现不间断身体监测。同时,也可通过医疗平台,对医院所有设备,如医疗监护仪,便携式监护仪等进行数据的统一传输。

  1. 远程手术示教——通过对手术画面和医疗画面等进行远程直播,结合AR,帮助基层医生实现手术环节的异地实习。
  2. 超级救护车——对超高清视频和智能医疗设备数据的传输,协助在院医生提前掌握车上病人的病情。
  3. 高阶远程会诊——通过传输的高清视频与力量感知与反馈设备结合,为医生提供更真实的病况,为病人提供高阶会诊。
  4. 远程遥控手术——医生通过5G网络传输的实时信息,结合VR和触觉感知系统,远程操作机器人,实现远程手术。

5G网络下,诊断和治疗将突破地域的限制,健康管理和初步诊断将居家化,医生与患者实现更高效的分配和对接,传统医院向健康管理中心转型。

本文笔者主要撰写通过用户居家佩戴的智能设备,对其生命体征和所处环境信息进行实时监控,以无线传输方式将监测数据传送至服务器并对其进行实时处理和反馈,同时用户、家人及医护人员也可以通过手机 APP实时掌握用户本人的体征和环境状态情况,减少用户(老人、儿童及特殊人群)疾病的突发率,便于预防和及时治疗。

一、硬件部分设计

硬件系统采 用 Arduino Mega2560[Mega2560是采用USB接口的核心电路板,具有54路数字输入输出,适合需要大量IO接口的设计。可通过3种方式供电,而且能自动选择供电方式。

和Arduino Uno(Arduino Uno开发板——以ATmega328 MCU控制器为基础——具备14路数字输入/输出引脚(其中6路可用于PWM输出)、6路模拟输入、一个16MHz陶瓷谐振器、一个USB接口、一个电源插座、一个ICSP接头和一个复位按钮。它采用Atmega16U2芯片进行USB到串行数据的转换。)作为核心控制器,多种传感器协同工作,实时监测用户生命体征数据。

其中通过 MDL0019 腕带心率测量模块,配合 Pulse Sensor 脉搏传感器佩戴至指尖、耳垂等多个部位监测脉搏数据能够提高精准性,减少误差;GSR 皮肤电流传感器监测用户的情绪波动;MLX90615 红外体温传感器监测体表温度;AD8232 单导心电模块监测患者的心电数据并生成心电图。同时,利用 ESP8266Wifi 模块把数据传输至服务器,进行智能化分析。

另外,考虑到某些病患和特殊用户的身体状况受环境条件影响较大,系统还加入了环境监测模块。利用 PM2.5 粉尘传感器、GY-68 BMP180 BOSCH 温度气压模块、光敏传感器构成外界环境检测系统。

同时,该系统还具备急救功能,如实时监测到外界环境或用户体征数据异常时,服务端会向用户家属和医护人员发出急救警报,从而及时为患者提供医护帮助。

整体硬件系统组成如下图:

5G时代,AI+家庭医疗物联网产品如何设计
5G时代,AI+家庭医疗物联网产品如何设计

二、服务端部分设计

物联网转发服务器和核心分析服务器:

  1. 基 于Tomcat 和 Django 框 架、MySQL 数据库和 SQList 搭建物联云转发服务器;
  2. 采用 Vert.x 框架,Vert.x 框架基于事件和异步,依托于全异步 Java 服务器 Netty,并扩展了很多其他特性,轻量、高性能、支持多语言开发;
  3. 数据传输采用 AES 加密,Base64编码简单、可并行计算、误差不传递;不容易主动攻击(误差传递)、适合长报文,是SSL、IPSec 标准;分组转变为流模式,可加密小于分组数据。

三、移动端APP产品框架设计

  1. 采用 RxAndroid 架构与传 统 的Android 框架相比 RxAndroid 可以方便实现返回 AndroidUI 的主线程对象;
  2. 运用独立设计图表控件 ——FlaskChart 可实现折线图、曲线图、条形图的绘制,可更改线条颜色,可对绘制的图表进行拉伸,也可以进行多个图表联合展示。

四、手机APP端功能设计

  1. 查看用户实时体征数据和外界环境数据;
  2. 通过网络实时查看用户心电图、历史数据,为用户提供病情分析,记录用户用药详情,添加用药提醒功能,并通过分析历史数据,为病人提供专属医护建议;
  3. 监测数据发生异常,APP 自动向医护人员和患者家属报警。

手机 APP 端主页需求演示DEMO如下图:

5G时代,AI+家庭医疗物联网产品如何设计

五 、数据可视化管理后台设计

为保证用户监控数据的稳定性,在高性能物联云转发服务器的基础上增加了 MySQL 数据库,方便对监测数据的管理和存储,并且使用bootstrap 框架结合 ECharts 可视化框架搭建了Web 端可视化管理系统。

通过可视化展示,可以更直观的展示病患的各项数据,方便医护人员和患者家属对病人的病情进行管理。

Web 可视化管理系统后台如下演示图:

5G时代,AI+家庭医疗物联网产品如何设计

六、病情预测预防数据模型算法设计

产品逐步采用多种机器学习预测分类算法,通过数学模型分析监测数据与门急诊需求之间存在的相互影响。在方法的选择上我们考虑了包括决策树、logistic回归、Adaboost等多种算法,通过比较测试数据的实际结果和模型预测结果,评估分类器的预测准确度。

方法步骤图如下:

5G时代,AI+家庭医疗物联网产品如何设计

七、产品好用性设计

基于未来5G目前4G物联网的AI+家庭医护产品的设计目的在于合理整合医疗资源、个性化服务多种群体、减轻社会公共医疗保障体系的压力。

主要考虑以下几方面:

  1. 基于产品个性化设计角度分析产品可用性、易用性;例如老年人操作IoT设备的便捷性设计。
  2. 基于交互设计角度分析用户需求及体验感受;因产品本身牵涉多端因此需要考虑多端设备易用且交互友好。
  3. 基于系统设计角度提出构建云计算平台的智能就医体系,使产品、人、系统三者相辅相成,且易于操作,兼容性、扩展性、实际应用性较强。

实现以上产品设计对于互联网上的大部分产品经理来说可能不难,难的是通过从0到1看到产品设计之后。总结出对其中物联网和智能硬件设备采集数据,如何使硬件性能稳定成本更低。挖掘出更体贴用户的新功能。总结出对数据挖掘,做出提早预测病人发病并做到预防治疗的更有效的算法模型。总结出通过AI助力家庭医疗产品,到AI助力大健康,到AI赋能更多行业的力量。

据社科统计:现时中国老龄化逐年增长速度为 3.4%,到 2020 年,中国老年人口将达到 2.48 亿,老龄化水平将达到 17.17%,空巢老人的数量在不断增加;另一方面由于对儿童缺乏有效看护,导致的安全问题也日益受到广泛关注。这就是刚需,期待更多的产品投入战斗。

#专栏作家#

连诗路,公众号:LineLian。人人都是产品经理专栏作家,《产品进化论:AI+时代产品经理的思维方法》一书作者,前阿里产品专家,希望与创业者多多交流。

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题图来自Unsplash,基于CC0协议

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