基于手持终端的眼外伤智能检查工具的开发
王琳 1，王晔 2
1.解放军第8 5医院 眼科，上海200052；2.第二军医大学 信息管理中心，上海 200433
[摘 要] 目的随着各种高技术武器出现，战场环境下的眼外伤发生率呈上升趋势。针对眼外伤急救的特点，本文研究开发一个基于手持智能终端的眼外伤检查工具。 方法利用智能终端的多种传感器、摄像头和定位芯片，本文采用原生安卓系统APP的方式开发构建一个快捷方便的应用工具。 结果此应用工具可以进行多项基本的眼科检查和记录，自动形成标准的眼伤数据表单以供后送的医院数据库使用。 结论本文提出的基于手持智能终端的眼外伤检查工具可以提供给一般救护人员使用，也可提供给普通战士进行培训后的简单检查和记录使用，提高了眼外伤急救的效率。
[关键词]手持终端；眼战伤；智能检查工具；眼外伤数据表单；安卓APP
引言
在当前由远程武器主宰的战场环境中，士兵的视觉功能有至关重要的作用，眼睛一旦受损将极大降低士兵的战斗力，因此眼部损伤的救护越来越重要，应当针对眼战伤救护增强相关的机动、前伸和快速救护能力，为减少并发症和后遗症、保留及恢复伤员的视功能赢得时间 [1-2]。
在眼战伤救护过程中，由于并非所有救护人员都具备眼科专项知识和技能，因此需要为救护人员提供一个专用辅助工具用于眼伤的快速检查、记录与评估，这样的工具要适合在战场环境使用，因此必须具备灵巧、快捷和智能的特点。目前国内已有文献介绍了战争环境下眼战伤快速救治策略 [3]，而快速救治的基础就是快速的对眼部战伤伤情进行检查、记录和评估。随着近几年移动智能终端技术的快速发展，采用便携的类似手机或小型平板电脑Pad成为眼战伤检查和记录工具的最好选择。国内也有多项使用手持终端进行眼部检查的研究 [4-7]，但是这类研究多使用专业手持仪器进行专项的眼科检查，在战场环境下一般医护人员或普通战士能够携带的智能终端设备一般只能有一台（具备多种传感器和功能），因此开发基于一个开放统一智能终端平台的眼伤检查工具更适合战场环境。国内目前还有多项与手持眼部检查仪器相关的专利研究 [8-11]，但大多只具备单一功能，且并不依托于统一智能终端平台，也无法使用多种现有传感器，因此也不适合战场环境。
目前国外文献对于眼伤的快速救治的特点已有多项研究，同样强调了时效的重要性 [12-13]，同时也有部分国外文献成果研究了基于手持智能设备进行眼部检查 [14-15]。但是这些研究对于眼部检查的功能设计比较单一，主要用于视力检查，且没有充分利用智能终端设备的多种传感器，不具备声控或手势识别的能力，不适合战场环境下的快速检查需求。
1 材料与方法
本文研究开发一个基于手持终端的智能眼外伤检查和记录工具，利用智能终端的多种传感器、摄像头和定位芯片，构建一个快捷方便的应用工具，可以进行多项基本的眼科检查，自动形成标准的眼伤数据表单以供后送的医院数据库使用。具体目标是开发一个基于智能手机系统的简易眼科检查工具原型系统，主要特点有：
（1）原型系统基于开源系统安卓（可兼容国产嵌入式Linux系统）开发,适用于各类适合手持的安卓系统智能手机和PAD设备。
（2）基于语音控制和手势识别实现智能终端上的视力检查，提供色盲、色弱、散光、斜视等快速判断工具。
（3）采用临床文档架构(Clinical Document Architecture，CDA)标准形成眼伤数据表单，利用多种传感器、摄像头和定位芯片记录环境信息，方便后送的医院数据库使用，同时便于进行数据分析。
系统开发的硬件环境：Windows 7 PC，I5CPU，4 G内存，1T硬盘；安卓4.1三防手机，2 G RAM。
系统开发软件：Visual Studio 2005，Wex5 HTML5 App Developer，Alljoyn P2P框架。
检查工具的实现采用App软件形式开发，我们使用国产HTML5开发框架WeX5，采用Apache许可证开源模式，用户界面组件体系完全基于W3C的HTML5+CSS3+JS标准，采用混合应用开发模式，我们能轻松调用手机设备的系统和硬件能力，如相机、地图、LBS定位、指南针、通讯录、文件、语音、电池等。
2 结果
目前手持智能终端（手机或Pad）的软硬件基础研究在国内已日趋成熟，核心智能芯片已有多款国产产品（如华为海思和全志芯片），定位芯片采用我国的北斗导航，操作系统软件采用开放源代码的安卓系统，智能手持终端选用国产手持设备（手机或小型Pad），眼伤检查工具采用HTML5 App软件形式开发，部署安装在智能手持终端上。这样整体的数据链条安全可控，可基于此类手持智能终端开发多种适合战地环境的智能应用工具，这也为各类战伤检查系统的研究提供了基础的平台。系统框架，见图1。
图1 系统框架
2.1 基于智能手持终端的眼伤检查
利用智能手持终端的摄像头和话筒作为音视频采集装置，实现基于声控和手势识别的快速视力检查，可以帮助战场伤员在受伤后采用多种途径方便的进行检查。快速视力检查示意图，见图2。
图2 移动视力检查的实现
图2中模块1是智能移动遥控输入终端，模块2是智能移动显示服务终端，两个模块都采用相同的安卓系统手机终端。我们采用国内通用的四个方向“E”视力图标，每次显示一个不同大小的图标，显示在智能移动显示服务终端2上，测试者在一米的距离外注视智能移动显示服务终端2的屏幕，通过测试者在手中的智能移动遥控输入终端1进行“上下左右”的触摸操作，或者通过声控识别单元说出“上下左右”指令，智能移动遥控输入终端1通过Alljoyn通信单元101传输识别后的指令到智能移动显示服务终端2的Alljoyn通信单元201上，由智能移动显示服务终端2判定指令与视力图标显示单元203上显示的“E”视力图标方向是否一致，由智能计算打分单元202判定测试者连续答对3个图标后提高难度（缩小“E”视力图标），测试者连续答错两个图标后降低难度（扩大“E”视力图标），由智能计算打分单元202自动确定测试停止的节点（提高难度过程中遇到连续答错两个图标，或者降低难度过程中遇到连续答对3个图标），停止节点时智能移动显示服务终端2上最后答对的“E”视力图标大小即对应测试者的视力值。最终测试结果将同时显示在智能移动显示服务终端2和智能移动遥控输入终端1的屏幕上。
此外我们在眼伤检查工具中实现多项眼科基本检查功能，如基于Snellen表的视力检查；基于照片的角膜混浊、前房积血、晶状体缺如等体征的分析判断检查；基于Amsler表的视网膜黄斑病变检查；色弱/色盲检查等等。
2.2 基于智能手持终端自动形成标准的眼伤数据
基于标准HL7 CDA标准设计眼伤数据表单，为解决数据规范问题，在项目中我们使用了国际通行的临床文档标准HL7 CDA。CDA以数据交换为目的，描述临床文档的结构和语义，是HL7标准集的一部分，由于HL7规范过于复杂，因此目前国外的医疗机构大多采用了较为简洁的CDA作为电子病历的标准。符合CDA标准的XML病历表单数据项复杂，虽然具备一定的语义信息，但是由医务人员直接设计、添加和修改是相当困难的。在2003年2月的HIMSS会议上，Microsoft发布了一个InfoPath 2003 CDA演示2.0版，以XML表单为基础，与HL7 CDA 和消息标准完全兼容，很好的解决了这个问题。它通过动态表单收集所需的信息，能够帮助用户完成XML表单文档的结构化设计和编辑。在本项目中我们使用了InfoPath 2007作为XML病历表单的设计工具，文档在设计和执行上与XML CDA的架构完全一致，能够向最终数据用户提供一个标准化的、清晰直接的电子病历文档编辑界面。标准病历文档既能够被机器处理，也能够被人阅读，易于检索和使用。XML格式的CDA文档片段，见图3。
图3 XML格式的CDA数据表单片段
为此我们专门设计了内嵌在WeX5 HTML5容器中的表单输入工具，使得最终用户可以在智能终端上方便的使用输入病历表单。表单数据输入后通过Alljoyn通信模块传输到服务器，自动形成XML CDA格式的InfoPath表单文件 [16]，可用于数据归档、查询和分析。
3 讨论
本系统利用手持智能终端实现一个快速便捷的眼外伤检查工具，采用声控和手势识别进行快速系统输入。采用手持智能终端的多种传感器获取环境数据，自动形成标准眼伤数据表单。本系统对眼外伤能进行快速检查、记录和评估，并给出智能、标准的简单意见，将对眼外伤的快速有效救治提供理论研究价值和实际应用前景。
本系统实现的眼伤检查工具还可以根据不同应用场景进行多种功能扩充，例如可综合使用智能手持终端的各类传感器，获取环境参数，自动添加在数据表单中，例如可在安全环境下使用智能终端的闪光灯和摄像头给受伤部位和受伤环境拍照，定位芯片可自动获得经纬度信息，温湿度传感器可自动获得温湿度信息，气压传感器可获得大气压和当前海拔高度，光线感应器可获得当时环境的光线亮度，使用电子罗盘可获得当时行进方向（如正在机械化行进中）等等，这些获得的信息都可以自动添加在数据表单中以记录更多更翔实的环境情况。
此外眼伤数据表单由于其XML标准性可开放接口给智能终端中其他战场应用程序，也可调用其他战场应用程序的信息以实现开放互联，以兼容电子伤票等其他可能运行于智能终端上的现有应用程序。
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本文编辑 袁隽玲
Development of Intelligent Eye Trauma Examination Tool Based on Handheld Terminal
WANG Lin 1, WANG Ye 2
1. Department of Ophthalmology, 85 Hospital of People’s Liberation Army, Shanghai 200052, China; 2. Information Management Center, Second Military Medical University, Shanghai 200433, China
Abstract： ObjectiveWith various high-tech weapons emerges, incidence of eye trauma in the battlefield environment is on the rise. In view of characteristics of eye trauma first aid, this article developed an eye trauma examination tool based on handheld intelligent terminal. MethodsUsing a variety of intelligent terminal sensors, cameras and positioning chips, we adopted the native android application system to develop and construct a quick and convenient application tool. ResultsThis tool could perform a number of basic eye examinations and records, and automatically form a standard eye trauma data form for hospital database for delivery. ConclusionThis proposed tool can be provided to the general ambulance personnel for use, and can be provided to ordinary soldiers for post-training simple examination and record use, to improve the efficiency of eye trauma first aid.
Key words：handheld terminal; eye trauma; intelligent examine tool; eye trauma data form; android application
[中图分类号]TH776
[文献标识码]B
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2017.02.022
[文章编号]1674-1633(2017)02-0080-03
收稿日期：2016-03-29
修回日期：2016-05-04
基金项目：南京军区科技创新课题《基于智能手持终端的眼部战伤检查和记录工具》（14MS001）。
通讯作者：王晔，高级工程师，主要研究方向为医疗数据管理。
通讯作者邮箱：wangye@smmu.edu.cn