lCU醫(yī)療設(shè)備警報管理及警報信息集成技術(shù)分析

沈云明，鄭 焜，吳 勝，王 琳，陳 龍

浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備科，杭州市，310003

lCU醫(yī)療設(shè)備警報管理及警報信息集成技術(shù)分析

【作 者】沈云明，鄭 焜，吳 勝，王 琳，陳 龍

浙江大學醫(yī)學院附屬兒童醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備科，杭州市，310003

分析了國內(nèi)外醫(yī)療設(shè)備警報管理存在的問題，對當前ICU醫(yī)療設(shè)備報警管理的現(xiàn)狀進行調(diào)查，對醫(yī)療設(shè)備的數(shù)據(jù)接口及協(xié)議進行剖析，提出初步的報警信息集成框架，從醫(yī)學工程的角度給出解決警報管理問題的方法，以加強醫(yī)療設(shè)備警報管理，減少相關(guān)不良事件的發(fā)生。

警報疲勞；警報管理；信息集成；醫(yī)療設(shè)備不良事件

0 引言

醫(yī)療設(shè)備在使用過程中會因各種原因出現(xiàn)報警提示，在警報發(fā)生時，醫(yī)護人員希望能從報警的聲音或視頻信號中推斷出報警性質(zhì)、緊急程度、原因等，但由于醫(yī)療環(huán)境的復(fù)雜性，產(chǎn)生的各種眾多報警信號使醫(yī)護人員聽覺和視覺上產(chǎn)生混亂。醫(yī)療設(shè)備警報管理已成為醫(yī)療質(zhì)量控制和管理最重要的問題之一[1-2]。

重癥監(jiān)護室（intensive care unit，ICU）是治療搶救重癥患者生命的關(guān)鍵科室，其內(nèi)醫(yī)療設(shè)備數(shù)量品種繁多，臨床報警頻報繁報問題突出，在以往研究中顯示了臨床報警管理的諸多困難：

(1) 報警識別困難 研究表明如果一個人要同時分辨6種以上不同報警信號會存在困難，有經(jīng)驗的護理人員甚至不能辨認出重癥監(jiān)護室一半的關(guān)鍵報警。因此，在重癥監(jiān)護室復(fù)雜的音頻和視頻報警環(huán)境中，需要有優(yōu)先級地識別不同設(shè)備的報警。

(2) 報警的人機效應(yīng) 誤報警是指報警的發(fā)生與患者實際病情不符，誤報警率太高可導致醫(yī)療人員對報警的漠視，更為糟糕的是，有些醫(yī)護人員為了減少對報警的抱怨，要求醫(yī)療設(shè)備設(shè)計者把報警設(shè)計成有“消除”狀態(tài)；另一方面，很多醫(yī)療設(shè)備報警設(shè)計理念是：即使有的警報真實發(fā)生醫(yī)護人員也無須介入干預(yù)，造成醫(yī)護人員對報警的缺乏信任，經(jīng)常會關(guān)閉報警或?qū)⒁袅空{(diào)到最小，甚至有醫(yī)護人員強行用膠布堵住報警蜂鳴器等極端行為。

(3) 頻繁報警使ICU環(huán)境惡劣 ICU醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的報警聲形成了一個外人無法想象的嘈雜環(huán)境，Boston醫(yī)學中心的調(diào)查報告顯示[3]：82%的ICU醫(yī)護人員感到工作環(huán)境非常嘈雜；91%的醫(yī)護人員說，如果他們是病人，他們不想在這樣的環(huán)境下接受治療；73%的醫(yī)護人員想得到更多的關(guān)于醫(yī)療設(shè)備報警管理方面的培訓。

據(jù)美國醫(yī)療設(shè)備評價資深研究機構(gòu)ECRI研究院的報告顯示，醫(yī)療設(shè)備報警管理已連續(xù)六年列為ECRI十大醫(yī)療技術(shù)危害榜，并連續(xù)兩年位居榜首[1-2]。近四年，F(xiàn)DA接到了500多例與監(jiān)護儀報警管理相關(guān)的病人死亡報告，在2010年呼吸機2500多例不良事件報告中，有1/3與報警管理有關(guān)。圖1為ECRI于2011年統(tǒng)計的與報警管理相關(guān)的不良事件數(shù)目，結(jié)果顯示該不良事件數(shù)量逐年增加。雖然早在2002年，美國醫(yī)療機構(gòu)評審委員會（JC）就對醫(yī)療設(shè)備警報管理提出警告，并引起相關(guān)部門和人員的重視，但十幾年

過去了，進步甚微。

圖1 與報警管理相關(guān)的不良事件數(shù)目Fig.1 Number of alarm management relevant adverse events

1 醫(yī)療設(shè)備警報管理現(xiàn)狀

針對醫(yī)院臨床警報管理存在的問題，我們就臨床報警的有效性和正確性、醫(yī)療設(shè)備報警設(shè)計現(xiàn)狀和對將來報警設(shè)計要求等對ICU的一百多位醫(yī)護人員進行了問卷調(diào)查，希望通過調(diào)查進一步了解警報管理現(xiàn)狀并對相關(guān)對策做出分析。

對調(diào)查結(jié)果進行分析后發(fā)現(xiàn)：在報警的有效性和準確性上，71.4%的醫(yī)護人員認為，不必要的警報會時常打斷他們對病人的監(jiān)護，并且由于不必要的警報降低了護士對警報的信任度，使得監(jiān)護人員有時會將警報關(guān)閉；在醫(yī)療設(shè)備報警設(shè)計上，現(xiàn)行標準推薦的不同優(yōu)先級的聲壓級差為6 dB[4]，85.7%的醫(yī)護人員認為，在背景不是很嘈雜時，他們能根據(jù)報警的音頻或視頻信號來區(qū)分報警的優(yōu)先級和報警的來源，但所有的醫(yī)護人員都認為在ICU眾多設(shè)備同時報警時會產(chǎn)生混淆，不能清楚地知道哪個設(shè)備處于警報狀態(tài),在辨識不同優(yōu)先級的警報信息上亦存在困難；調(diào)查結(jié)果亦顯示，88.6%的醫(yī)護人員認為，警報的集成(通過有線或無線設(shè)備)在提高警報管理和響應(yīng)中很有用，對多設(shè)備、多參數(shù)以及信號質(zhì)量自動評估整合的報警信息集成會大大減少報警管理不良事件的發(fā)生(圖2)。

圖2 智能報警的調(diào)查分析Fig.2 Analysis of smart alarms

對比國外醫(yī)院報警管理的相關(guān)調(diào)查，兩者的結(jié)果亦大至相同[3]。為此，我們要在加強醫(yī)療設(shè)備報警管理和嚴格執(zhí)行醫(yī)療設(shè)備報警設(shè)計標準[5]的同時，有必要對報警集成和分析系統(tǒng)進行研究以優(yōu)化對醫(yī)療設(shè)備報警信息的管理，減少醫(yī)護人員的勞動強度和相關(guān)不良事件的發(fā)生，優(yōu)化ICU的工作環(huán)境。

國外近幾年來，關(guān)于醫(yī)療設(shè)備報警管理和輔助報警集成系統(tǒng)研究較多[6-7]，但問題也較多，如：(1) 現(xiàn)有的輔助報警集成系統(tǒng)只產(chǎn)生單一的報警信號，而不能提供報警的優(yōu)先級別，也不能確定報警性質(zhì)；(2)由于輔助報警集成系統(tǒng)是由第三方（而不是由醫(yī)療設(shè)備制造商）提供，會出現(xiàn)一系列兼容性問題，如醫(yī)療設(shè)備軟件升級后，輔助報警系統(tǒng)沒有及時升級等。而在國內(nèi)，還沒有相關(guān)研究的報道，其原因一方面是至今國內(nèi)醫(yī)療設(shè)備管理和使用部門沒有引起足夠的重視，在醫(yī)院數(shù)字化建設(shè)中還很少提及ICU的警報管理；另一方面，進口醫(yī)療設(shè)備的技術(shù)壁壘使醫(yī)療設(shè)備的信息采集成為一大技術(shù)難點。

2 ICU醫(yī)療設(shè)備報警信息集成方案

ICU設(shè)備種類繁多，接口各異且不同的設(shè)備廠家采用各自的通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)輸出，某些同一品牌不同型號的設(shè)備在接口通訊協(xié)議上也存在差異。部分品牌的設(shè)備需要加裝硬件接口、進行軟件版本升級或進行輸出設(shè)置后才能輸出數(shù)據(jù)。因此，設(shè)計和實現(xiàn)各種診斷、監(jiān)護、搶救、治療設(shè)備的信息集成，是ICU警報信息集成的重點和難點，其重要環(huán)節(jié)是不同接口、不同通信協(xié)議的報警信息采集和不同數(shù)據(jù)格式的報警信息融合。

2.1 通訊接口

信息采集首先必須面對各種不同的物理接口，如RS232、RS485、RJ45以太網(wǎng)接口、USB接口等，數(shù)據(jù)采集的第一步工作是完成采集電腦與設(shè)備的有效對接。

以監(jiān)護儀、呼吸機、輸注泵為代表的ICU常用設(shè)備的數(shù)據(jù)接口都經(jīng)歷了從RS232串口、專用接口到網(wǎng)絡(luò)接口的發(fā)展過程。部分監(jiān)護儀對于生命體征趨勢采用串口或?qū)Ｓ媒涌谳敵?，而波形則采用RJ45網(wǎng)絡(luò)口輸出。從輸出接口的硬件定義看，可分為RS232、RS422、RS485串口信號、專用圓口串口信號、專用梯形口串口信號、RJ45網(wǎng)口等等，不同的硬件接口決定了電腦采集必須采用相應(yīng)的接口連接。

早期醫(yī)療設(shè)備通常采用RS232接口，但不同品牌型號的設(shè)備其串口引腳順序會有所不同，通過設(shè)備提供協(xié)議可以解決線序問題，測量引腳的電平也可以做出部分判斷。某些設(shè)備是RS422、RS485串口的，需要用到RS485、RS422到RS232的轉(zhuǎn)換器后才能連接

到電腦的RS232串口。遠距離數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)會遇到傳輸距離問題，由于串口傳輸?shù)南拗疲虼吮仨氂玫酱诘骄W(wǎng)口的轉(zhuǎn)換器并安裝相關(guān)驅(qū)動程序以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離采集。

2.2 通訊協(xié)議

采集面臨的第二個問題是設(shè)備接口的通訊協(xié)議，它決定了數(shù)據(jù)往來的方式和數(shù)據(jù)包的格式，要正確采集解析出數(shù)據(jù)至少還要兩個過程：其一， 設(shè)備要能夠發(fā)出數(shù)據(jù)；其二，采集電腦上運行的軟件必須能正確的解析出數(shù)據(jù)。正確采集數(shù)據(jù)的前提是知曉其通訊協(xié)議，當前醫(yī)療設(shè)備的通訊協(xié)議標準是HL7，在其被各廠家認識和接受之前，所有醫(yī)療設(shè)備都是采用廠家各自的通訊協(xié)議，某些廠家的個別型號設(shè)備支持基于HL7標準輸出數(shù)據(jù)，但其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選擇(TCP／UDP)、通訊端口號仍然是由廠家自行定義，因此，即使是采集支持HL7標準輸出接口的設(shè)備，仍須先行獲知上述信息。

早期醫(yī)療設(shè)備僅能輸出生命體征趨勢數(shù)據(jù)，包括早期的監(jiān)護儀、絕大部分輻射床、注射泵等僅有數(shù)值散點數(shù)據(jù)輸出；高端品牌的某些監(jiān)護儀、呼吸機則支持輸出生命體征波形，但是波形數(shù)據(jù)采用的協(xié)議與生命體征趨勢散點數(shù)據(jù)采用的協(xié)議通常不一致，甚至是采用不同的接口輸出。大多數(shù)設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)口（或?qū)Ｓ媒涌冢┹敵霾ㄐ?，而采用RS232串口來輸出生命體征趨勢。

數(shù)據(jù)格式封裝上，許多醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)包格式采用數(shù)值編碼封裝，它是一種“加密”了的數(shù)據(jù)包，由于數(shù)據(jù)包的封裝格式不一樣，數(shù)值解碼方法也多種多樣。因此，監(jiān)護、治療搶救類設(shè)備的數(shù)據(jù)采集需要具備豐富的數(shù)據(jù)解析經(jīng)驗或者需知曉其通信協(xié)議，大部分設(shè)備廠家對數(shù)據(jù)輸出協(xié)議進行保密，這使得對協(xié)議的理解或信息的獲取成為系統(tǒng)集成的一大難點。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)與信息集成

我院ICU的Philips、Datex/Ohmeda等的監(jiān)護設(shè)備都是采用數(shù)值編碼方式封裝數(shù)據(jù)，絕大部分設(shè)備采用RS232或RJ45數(shù)據(jù)接口，下表1為我院ICU主要醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)接口統(tǒng)計表，其中Philips M1205A監(jiān)護儀采用專用的圓口數(shù)據(jù)接口，采集時必須配備Philips的專用采集轉(zhuǎn)換卡，而像PHILIPS MP50、Datex/Ohmeda CC5監(jiān)護儀則是采用RJ45網(wǎng)絡(luò)接口來同時輸出生命體征和波形信息。

在硬件構(gòu)架上，對RJ45數(shù)據(jù)接口可通過網(wǎng)線直接與交換機相連，而對非RJ45數(shù)據(jù)接口必須采用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為RJ45數(shù)據(jù)接口后與交換機連接，以實現(xiàn)整個ICU醫(yī)療設(shè)備警報數(shù)據(jù)的長距離傳輸和集成，如圖3。

表1 ICU主要醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)通信接口Tab.1 Data communication interface of medical device in ICU

圖3 設(shè)備接口轉(zhuǎn)換示意圖Fig.3 Diagram of interface conversion

采集分析軟件含原始報警信息采集和對報警信息進行智能化處理功能，由于不同廠家不同型號設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)包格式不一樣，要統(tǒng)一實現(xiàn)信息采集、存儲、顯示等，必須對每臺設(shè)備信息采用不同的解析方式并定義好數(shù)據(jù)后臺存儲方式，例如，SLE5000高頻呼吸機的數(shù)據(jù)通信采用RS232接口，它的每個數(shù)據(jù)包的最后一個參數(shù)值代表當前的報警狀態(tài)：“0”代表“無報警”、“15”代表“壓力傳感器零點漂移太大”、“45”代表“低電池”、“56”代表“高潮氣量”、“101”代表“EEPROM流量數(shù)據(jù)校驗出錯”等，采集到這些原始數(shù)據(jù)后，分析軟件進行信息后處理，比如對報警等級的識別、對誤報警的篩選、與報警相關(guān)的生理參數(shù)顯示、人機界面的人性化處理等，最后在電腦終端上顯示并產(chǎn)生相應(yīng)級別的聲光報警信息。

3 結(jié)束語

在國外，醫(yī)療設(shè)備報警管理和報警信息的集成研究已如火如荼地展開，美國AAMI、FDA、ACCE、ECRI等機構(gòu)于2011年10月會同各大醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)商研究制定了該課題研究的5年規(guī)劃[8]，其目標是在5年規(guī)劃結(jié)束時（2017年）希望報警管理相關(guān)的不良事件不再發(fā)生，病人也不會因為報警管理相關(guān)的不良事件而受到傷害。

同時，我們對數(shù)字化手術(shù)室已耳熟能詳，但對

ICU的數(shù)字化建設(shè)還較少提及，本文在借鑒了國內(nèi)同行數(shù)字化手術(shù)室研究的基礎(chǔ)上[9-10]，對ICU的報警管理進行了技術(shù)分析，希望能起到拋磚引玉的作用，讓我們對報警管理引起進一步的重視，并對數(shù)字化ICU的建設(shè)建立一定的基礎(chǔ)。國內(nèi)大部分ICU的醫(yī)療設(shè)備中，輻射床、監(jiān)護儀、呼吸機、注射泵等擺放位置流動性較大，這對有線信息采集的實現(xiàn)和臨床應(yīng)用帶來一定的麻煩，有必要采用新型（如無線）的數(shù)據(jù)采集方式。當然，設(shè)備信息采集與集成是成功實現(xiàn)數(shù)字化建設(shè)的首要條件，相關(guān)管理部門和臨床工程師必須積極介入標準的制定工作，以縮短數(shù)據(jù)接口和通信協(xié)議從各個廠家自行定義走向標準化的過程。

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Analysis of Alarm Management and Alarm lnformation lntegration Technology for lCU’s Medical Device

【 Writers 】Shen Yunming, Zheng Kun, Wu Sheng, Wang Lin, Chen Long
Clinical Engineering Department, Children’s Hospital, Zhejiang University School of Medicine, Hangzhou, 310003

【 Abstract 】This paper analyzed current problems and challenges facing hospitals in alarm management both abroad and at home. Based on a survey conducted on alarm management in hospitals, plus an analysis on different kinds of data interfaces and data exchange protocols of the medical equipment used in ICUs, a solution of alarm management is put forwarded which is based on alarm information integration and processing. It aims at improving medical equipment alarm management and reducing relevant adverse events.

alarm fatigue, alarm management, information integration, medical device adverse event

R197.3

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2014.04.011

2014-03-25

鄭焜，E-mail: zhengkun@zju.edu.cn

1671-7104(2014)04-0270-04