基于活體檢測之村醫(yī)系統(tǒng)研制

1、基于活體檢測之村醫(yī)系統(tǒng)研制本文是軟件工程論文，本論文結(jié)合國家醫(yī)療體系的發(fā)展方向，設(shè)計并實現(xiàn)了一個較為完善的村醫(yī)系統(tǒng)原型。該系統(tǒng)分為兩個主要部分，其一是用來管理醫(yī)生任務(wù)的管理系統(tǒng)以及移動端APP，主要用來給醫(yī)生發(fā)布各種醫(yī)療任務(wù)，給病員提供診療服務(wù)，并用來進(jìn)行醫(yī)生的績效考評等；其二是用來收集病員詳細(xì)病情狀況的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，依然采用移動端APP的方式，收集病員的圖文信息，可以讓醫(yī)生對病員病情的分析更加精準(zhǔn)。該系統(tǒng)具有以下特色或創(chuàng)新：1.選擇普通移動設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用的搭載，極大程度的降低了成本，提高了便捷性；數(shù)據(jù)收發(fā)相對獨立，便于管理。2.結(jié)合了圖像識別、活體檢測、人證比對等技術(shù)，能夠?qū)︶t(yī)生是否真實去到指

2、定病員處進(jìn)行自動識別、判斷，避免了存在一些醫(yī)生采用已有的病員圖像資料進(jìn)行欺騙，提高了對醫(yī)生、病員的監(jiān)管力度，給病員提供更加完備的醫(yī)療服務(wù)。3.提供專門的病員信息采集手段，不僅在文本信息方面通過問卷的方式完善信息，還進(jìn)行視頻錄制，使醫(yī)生在對病員病情分析時有更直觀的圖像資料。.第一章緒論由于面具欺騙的問題，只觀察眼睛、嘴唇的動作已經(jīng)無法再進(jìn)行有效的防偽。因此，從整個面部全局來進(jìn)行分析成為了主要的研究方向。目前研究最多的檢測方式有兩種，一種是從人面部微小紋理的變化進(jìn)行分析，屏幕視頻反饋給攝像頭的信息和真實人臉存在差異；另一種是由密歇根州大學(xué)的研究團(tuán)隊完善并實現(xiàn)演示的一種方法6，它可以通過普通攝像頭直

3、接獲取到人臉的不可見信息rPPG（即心臟脈沖）信號，這種識別方式幾乎可以100%地辨別活體，是目前最為先進(jìn)的方法。在目前的各醫(yī)療系統(tǒng)中，人臉識別技術(shù)主要被用來進(jìn)行身份驗證，所使用的活體檢測方法多為通過病員配合做出搖頭、眨眼和開閉合嘴唇等動作進(jìn)行驗證的方式，此方式對于病情嚴(yán)重或無法溝通的病員就難以進(jìn)行活體驗證。并且，當(dāng)前對于派遣醫(yī)生到鄉(xiāng)鎮(zhèn)中進(jìn)行診療工作的情況大多為書面委派，缺乏監(jiān)管方式。因此，結(jié)合人證比對和不需要動作配合的活體檢測方法設(shè)計的村醫(yī)系統(tǒng)對于完善村鎮(zhèn)醫(yī)療體系有著非常重要的意義。.第二章相關(guān)技術(shù)理論2.1系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)技術(shù)其優(yōu)點是很好地體現(xiàn)了單一職責(zé)的原則，三層結(jié)構(gòu)分割明確，即使業(yè)務(wù)變化很

4、多，結(jié)構(gòu)仍然清晰明了，對于后期維護(hù)十分有利。有新需求到來時，只需要按照結(jié)構(gòu)寫出對應(yīng)接口，無需在意是否與其他功能糅雜在一起，對于整個系統(tǒng)的測試也十分便捷。缺點是MVP結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致文件數(shù)量較多，當(dāng)需求逐漸添加進(jìn)去后，整個程序包的體積會變得很大，其次就是可能存在內(nèi)存泄漏，在編寫程序的時候需要注意這一點。MD5的主要應(yīng)用場景是在密碼加密中，保障用戶密碼的安全，數(shù)據(jù)庫中只存儲使用MD5加密后的密碼密文，用戶輸入密碼后就會進(jìn)行加密操作，即使有網(wǎng)絡(luò)竊聽者的存在，也無法在竊聽過程中獲取到用戶的密碼信息，這樣就保證了用戶的密碼只有在輸入的時候才能知道具體數(shù)值，其余任何地方不存在密碼明文，極大地保障了用戶密碼的安全

5、。信息加密后，雖然攻擊者從網(wǎng)絡(luò)上竊聽到的密文為加密后的MD5串，但對于密碼長度較短的情況，攻擊者可以通過比較大量密碼MD5密文進(jìn)行密碼結(jié)果匹配，找到相同結(jié)果后即可破解密碼。因此，在人們的后續(xù)研究中對MD5加密方法進(jìn)行了一定程度的改進(jìn)，在用戶密碼的基礎(chǔ)上添加一段復(fù)雜字符串后再進(jìn)行加密，此種方法被廣泛使用，添加的這段字符串稱為鹽（Salt）。2.2圖像識別相關(guān)技術(shù)及算法學(xué)習(xí)如果一個學(xué)習(xí)問題的輸出在一組可能的類別中取離散值，則該問題稱為分類問題；如果它的輸出是連續(xù)的實值輸出，則稱之為回歸問題。輸入和輸出函數(shù)關(guān)系的一個簡單而有用的模型是假設(shè)輸出變量可以近似的表示為其輸入矢量分量的線性組合。這些線性模型

6、包括用于回歸的線性最小二乘法和用于分類的logistic回歸法。由于線性模型本身的預(yù)測能力有限，因此在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等非線性模型中得到了廣泛的研究。然而，使用非線性模型存在兩個主要問題：其一是理論上分析困難；其二是計算上難以解決。線性方法由于其理論和計算上的簡單性，在近期開始得到廣泛使用。研究發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)奶卣飨拢€性模型的預(yù)測能力可以達(dá)到與非線性模型相同的水平。例如，可以通過對模型中所有可能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用加權(quán)平均來線性化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。由于支持向量機(jī)（SupportVectorMachine,SVM）的引入和對高斯過程的重新關(guān)注，這一思想最近受到了廣泛的關(guān)注。.第三章系統(tǒng)需求分析與總體框架.163.

7、1應(yīng)用場景分析.163.2系統(tǒng)功能需求.173.3性能指標(biāo)需求.20第四章村醫(yī)系統(tǒng)總體設(shè)計.244.1概述.244.2服務(wù)器端體系架構(gòu).244.3村醫(yī)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu).244.4接口設(shè)計.264.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計.29第五章村醫(yī)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計與實現(xiàn).325.1界面設(shè)計.325.2病員識別模塊設(shè)計.355.3算法設(shè)計.36.第六章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)6.1功能設(shè)計視頻錄制要求為后臺錄制，即不能在頁面上顯示其窗口，考慮到涉及病員隱私的問題，在病員查看項目告知書時，視頻即開始錄制，可獲取到病員同意參加信息采集的音頻信息，選擇退出，則系統(tǒng)將自動刪除已錄制的視頻。視頻錄制過程中如果操作不慎導(dǎo)致了頁面切換，視

8、頻錄制也不會受到影響，醫(yī)護(hù)人員配合病員回到問卷頁面即可繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)操作。數(shù)據(jù)管理功能給醫(yī)護(hù)人員提供查看病員所填問卷答案和醫(yī)生所填表格答案的功能，對于特殊的需要進(jìn)行打分的問卷或醫(yī)生填寫的相關(guān)信息，可自動計算打分，便于醫(yī)生使用，打分功能與問卷對應(yīng)，需根據(jù)實際場景對應(yīng)實現(xiàn)。該部分還提供兩個主要功能：上傳數(shù)據(jù)、清空數(shù)據(jù)，由于APP的使用環(huán)境為離線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，因此，每次使用后需要回到指定地點連接路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，為了保證數(shù)據(jù)的唯一性，即不上傳重復(fù)數(shù)據(jù)，每次上傳完成后需要進(jìn)行數(shù)據(jù)清空，繼而醫(yī)護(hù)人員每次取走的都是初始化過的APP裝載設(shè)備。6.2界面設(shè)計根據(jù)第三章中的系統(tǒng)需求分析，其界面設(shè)計主要分為病員注冊頁

9、面、問卷調(diào)查頁面、醫(yī)生填寫相關(guān)項目頁面以及數(shù)據(jù)管理頁面。如圖6-2所示，根據(jù)系統(tǒng)需求，病員注冊頁面可以根據(jù)應(yīng)用場景的不同進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⑼ㄓ眯畔⑷苛谐?，對于特殊信息，例如病員化療次數(shù)、是否切除腫瘤信息等，屬于特定應(yīng)用場景注冊信息，編程人員需通過與不同應(yīng)用場景的相關(guān)人員了解需求，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。問卷調(diào)查頁面設(shè)計如圖6-3所示，問卷頁面上方展示所注冊病員的床號或編號，病員選擇自己的號碼后，會在下方顯示其詳細(xì)信息供病員確認(rèn)，并開始問卷填寫，根據(jù)醫(yī)院提供的管理辦法，病員需要先閱讀項目告知書，確認(rèn)是否要配合進(jìn)行信息采集，由于涉及到個人隱私問題，病員可以選擇拒絕進(jìn)行該項目的調(diào)查。進(jìn)入填寫后，設(shè)備采集病員的圖文信息，包括視頻、圖像、聲音、問卷信息等，具體問卷內(nèi)容由不同使用場景相關(guān)人員提供，各頁面相互獨立，可靈活調(diào)整。醫(yī)生填寫表格頁面即為醫(yī)生相關(guān)信息填寫頁面，頁面布局與問卷頁面基本相同，醫(yī)生選擇對應(yīng)病員后，通過對病員進(jìn)行問詢并結(jié)合相關(guān)檢測報告結(jié)果對頁面上的表格或選項進(jìn)行填寫，頁面內(nèi)容根據(jù)場景需求編寫。.第七章總結(jié)與展望4.以上系統(tǒng)解決了醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行繁瑣的手寫紙質(zhì)表單的問題，填寫完成后無需再手動輸入到系統(tǒng)中，極大地方便了醫(yī)護(hù)人員的工作，提高了工作效率。使用此種方式進(jìn)行人員身份判斷的原因有以下兩個：（1）如果要求醫(yī)生每次都要錄制視頻來進(jìn)行自證，不僅可能存在視頻造假的情況，即用已有視頻上傳，還會對醫(yī)院