醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)中無線網(wǎng)絡(luò)的接入應(yīng)用實(shí)踐

應(yīng)俊，何史林，周丹

中國人民解放軍總醫(yī)院，北京 100853

醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)中無線網(wǎng)絡(luò)的接入應(yīng)用實(shí)踐

應(yīng)俊，何史林，周丹

中國人民解放軍總醫(yī)院，北京 100853

以醫(yī)院中泛在感知設(shè)備的互聯(lián)互通為特點(diǎn)的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療健康信息自動(dòng)化采集、智能化傳輸、全面化匯集、全局化決策分析和全流程輔助。隨著醫(yī)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及和醫(yī)療信息系統(tǒng)應(yīng)用需求的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的固定部署計(jì)算機(jī)的方式存在點(diǎn)位固定、布線復(fù)雜、移動(dòng)受限等問題，制約了醫(yī)院信息化終端向移動(dòng)性、便攜性、小型化的發(fā)展。無線網(wǎng)絡(luò)具有終端可移動(dòng)性、接入靈活方便等特點(diǎn)，打破了傳統(tǒng)有線部署的局限性，在越來越多的醫(yī)院得到規(guī)?；慕ㄔO(shè)。大量異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備、智能終端、傳感器、RFID標(biāo)簽等在醫(yī)院中的推廣應(yīng)用，逐漸改變傳統(tǒng)的信息化應(yīng)用模式，進(jìn)一步提高醫(yī)療服務(wù)能力與效率，改善醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量與模式[1-2]，實(shí)現(xiàn)面向全程健康管理的智慧醫(yī)療。

1 醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)

醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)由多層組成，由下至上分別為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、云平臺(tái)層和應(yīng)用層，見圖1。感知層由各類終端設(shè)備與傳感器組成，包括移動(dòng)或固定聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療設(shè)備、健康檢測(cè)設(shè)備，分別部署在家庭、社區(qū)以及醫(yī)療機(jī)構(gòu)，對(duì)不同對(duì)象進(jìn)行識(shí)別、定位、狀態(tài)感知與采集。網(wǎng)絡(luò)層通過有線網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)和無線網(wǎng)的異構(gòu)互聯(lián)，連接醫(yī)院、社區(qū)和家庭，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療健康信息的智能化傳輸。云平臺(tái)作為醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行支撐平臺(tái)，承擔(dān)著醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)連接、信息處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)管理，為醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)提供支撐運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)，針對(duì)醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用需求，在各層面提供必要的安全隱私保障。應(yīng)用層直接面向使用者，緊密結(jié)合醫(yī)療業(yè)務(wù)需求，包括一系列應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)與界面，應(yīng)用層為醫(yī)療活動(dòng)的參與者提供精確、高效、便捷、實(shí)時(shí)的應(yīng)用服務(wù)。移動(dòng)終端通過無線網(wǎng)絡(luò)接入是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)性工程，包括了異構(gòu)、多模態(tài)數(shù)據(jù)從感知層傳送到網(wǎng)絡(luò)層所涉及的平臺(tái)建設(shè)、技術(shù)手段、硬件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)接口等。

圖1 醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

2 無線組網(wǎng)方案

醫(yī)院無線網(wǎng)絡(luò)主要部署住院病區(qū)內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，見圖2。每個(gè)醫(yī)療樓宇設(shè)有一個(gè)核心交換機(jī)向上連接醫(yī)院主干網(wǎng)絡(luò)，向下連接樓層交換機(jī)。每層設(shè)有一個(gè)POE（Power Over Ethernet）交換機(jī)，取獨(dú)立布放無線AP（Access Point）的方式進(jìn)行WLAN（Wireless Local Area Network）覆蓋，平均每4 個(gè)病房部署1臺(tái)AP，POE交換機(jī)通過五類線與AP相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和供電。AP采取3個(gè)頻點(diǎn)復(fù)用，同層之間相鄰、樓層之間上下相鄰的AP 需避免相同頻點(diǎn)，以免造成同頻干擾。每個(gè)AP區(qū)域內(nèi)，部署1臺(tái)多功能無線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，該設(shè)備能夠兼容Bluetooth、Zigbee、RF等無線通信方式，支持輕量級(jí)IPv6協(xié)議棧，將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)與有線局域網(wǎng)互通，從而實(shí)現(xiàn)各種無線物理設(shè)備互聯(lián)互通。AP與多功能網(wǎng)關(guān)的搭配使用，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院無線通信的全面覆蓋。

圖2 無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 移動(dòng)終端設(shè)備

移動(dòng)終端設(shè)備是生理信號(hào)或醫(yī)療數(shù)據(jù)采集與顯示的節(jié)點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的起源之一[3-4]。醫(yī)院中移動(dòng)終端設(shè)備部署在臨床環(huán)境中，借助無線通信技術(shù)，能夠在移動(dòng)狀態(tài)下向醫(yī)護(hù)人員、患者提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)，具有其他固定式設(shè)備不具備的功能，主要特點(diǎn)如下：移動(dòng)便攜性；低功耗抗干擾；在網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)唯一識(shí)別；可支持?jǐn)?shù)據(jù)與控制信息的無線傳遞；便于消毒。 目前醫(yī)院中成功應(yīng)用的移動(dòng)終端包括3類。

（1）生理信號(hào)采集設(shè)備包括無線體溫計(jì)、無線血壓計(jì)、無線血氧儀與移動(dòng)心電圖機(jī)。此類設(shè)備能夠采集患者常規(guī)生理參數(shù)，支持24 h實(shí)時(shí)測(cè)量，一般由患者隨身佩戴，減少了對(duì)患者活動(dòng)的限制。

（2）移動(dòng)醫(yī)護(hù)終端包括基于智能平板電腦的移動(dòng)醫(yī)生工作站以及基于手持PDA與移動(dòng)護(hù)理車的護(hù)理工作站。此類設(shè)備能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，信息錄入，RFID標(biāo)簽掃描，設(shè)備定位等。

（3）院內(nèi)通訊設(shè)備主要是指患者佩戴各類無線呼叫器，該類設(shè)備由患者隨身攜帶，應(yīng)急情況下按動(dòng)呼叫器按鈕可發(fā)出預(yù)警信息，根據(jù)無線網(wǎng)關(guān)獲得定位信息，兩類信息同時(shí)通過無線網(wǎng)絡(luò)可上傳到護(hù)理工作站。

4 接入方式

醫(yī)療無線網(wǎng)中所涉及的主要接入方式包括WLAN、Bluetooth、ZigBee、RFID。根據(jù)應(yīng)用需求、設(shè)備功耗、傳輸距離、傳輸速度、使用環(huán)境等因素選擇移動(dòng)終端設(shè)備最合適的接入方式[5]。終端主要設(shè)備的無線接入方式選擇，見表1。

表1 各類移動(dòng)設(shè)備接入方式

在上述的無線傳輸方式中，無線醫(yī)療設(shè)備主要采用WLAN或者藍(lán)牙方式，藍(lán)牙適用于病房?jī)?nèi)小型的無線醫(yī)療終端設(shè)備，此類設(shè)備功耗低，活動(dòng)區(qū)域有限，主要適合在幾個(gè)病房?jī)?nèi)部署。院內(nèi)無線呼叫器主要采用Zigbee連接，Zigbee的組網(wǎng)規(guī)模大于藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，通過多功能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中的Zigbee模塊在病區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行無線組網(wǎng)。WLAN主要通過無線AP實(shí)現(xiàn)與醫(yī)院有線網(wǎng)之間的通信，由于其他無線接入方式在硬件接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)類型均不同，多功能醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)無線通信的數(shù)據(jù)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了各類醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的接入。

多功能網(wǎng)關(guān)是醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)匯一的關(guān)鍵設(shè)備。其主要功能如下。

（1）實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立、小規(guī)模、異構(gòu)的無線通信的互聯(lián)，將多個(gè)提供某種特定服務(wù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)融合成一個(gè)提供全面服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)，并且提供多種手段將物聯(lián)網(wǎng)接入到傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)上[6-7]。

（2）傳感器節(jié)點(diǎn)的低功耗和低能量特點(diǎn)導(dǎo)致通過節(jié)點(diǎn)自身來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理并不現(xiàn)實(shí)，直接對(duì)數(shù)量龐大的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制的方式過于復(fù)雜，利用醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)療設(shè)備管理的最佳選擇。醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)不僅要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、協(xié)議翻譯以及路由聚合、地址分配和回收、數(shù)據(jù)匯聚、節(jié)點(diǎn)控制等功能，還將實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備提供的服務(wù)進(jìn)行抽象和管理，為用戶提供方便的訪問接口。

5 應(yīng)用模式

5.1 移動(dòng)生理信號(hào)采集

移動(dòng)與無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了病區(qū)內(nèi)的床旁檢測(cè)與24 h隨身監(jiān)測(cè)。通過移動(dòng)無線醫(yī)療終端臨床醫(yī)生可以進(jìn)行患者生命體征參數(shù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，包括血壓、血氧、心電、體溫等參數(shù)及相關(guān)波形。生理參數(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)结t(yī)院信息系統(tǒng)，系統(tǒng)將監(jiān)護(hù)設(shè)備上產(chǎn)生的患者數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)記錄到電子病歷系統(tǒng)，確?；颊呱w征數(shù)據(jù)的定時(shí)定量自動(dòng)采集與存儲(chǔ)。生理參數(shù)自動(dòng)采集后電子病歷系統(tǒng)自動(dòng)完成評(píng)估與評(píng)分，為醫(yī)生提供決策支持。對(duì)于手術(shù)室、監(jiān)護(hù)病房等特殊環(huán)境下監(jiān)護(hù)設(shè)備可直接移動(dòng)在病人床旁使用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生命體征，從而減少患者不便，保障患者安全。

5.2 患者應(yīng)急呼叫

患者在住院期間佩戴無線呼叫器，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急情況下緊急呼叫，無論患者在住院病房、物理治療室、急救病房、輸液室、衛(wèi)生間等位置，只要屬于無線覆蓋范圍內(nèi)，應(yīng)急呼叫器保持與無線網(wǎng)關(guān)之間的連接?；颊叱霈F(xiàn)意外或者緊急情況下，呼叫器通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出預(yù)警信息，直接傳導(dǎo)到護(hù)士站。根據(jù)給呼叫器連接的網(wǎng)關(guān)可實(shí)現(xiàn)迅速的定位，確保提醒醫(yī)護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)處置。

5.3 移動(dòng)醫(yī)生工作站

移動(dòng)醫(yī)生工作站主要用于無線查房，醫(yī)生在查房的過程中，手持便攜式的智能移動(dòng)終端如平板電腦，PDA等可直接連接到WLAN。移動(dòng)終端主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，一是便于醫(yī)生隨時(shí)調(diào)取患者的電子病歷信息，二是可根據(jù)患者當(dāng)時(shí)的具體病情直接在設(shè)備上下醫(yī)囑。通過移動(dòng)工作站的方式有助于醫(yī)護(hù)人員更加準(zhǔn)確、及時(shí)、全面的了解患者的病史詳情和治療過程。無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，避免傳統(tǒng)紙質(zhì)病歷記錄本的不便與調(diào)用困難，有助于患者也能夠得到及時(shí)、準(zhǔn)確的診治。

5.4 移動(dòng)護(hù)理工作站

移動(dòng)護(hù)理工作站通過PDA或者移動(dòng)護(hù)理車上的WiFi網(wǎng)卡連接WLAN。移動(dòng)護(hù)理車實(shí)現(xiàn)床旁的閉環(huán)醫(yī)囑執(zhí)行和給藥確認(rèn)功能。通過掃描患者腕帶標(biāo)識(shí)、藥品單劑量包裝標(biāo)識(shí)，從而記錄護(hù)士執(zhí)行操作與執(zhí)行時(shí)間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)囑執(zhí)行過程的信息支持和給藥時(shí)醫(yī)囑—患者—藥品的計(jì)算機(jī)輔助查對(duì)，一旦出現(xiàn)給藥錯(cuò)誤時(shí)終端設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行提醒。無線移動(dòng)護(hù)理的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了對(duì)醫(yī)囑實(shí)際執(zhí)行的全過程跟蹤，醫(yī)囑的生命周期的閉環(huán)式管理，極大程度提高醫(yī)療質(zhì)量、減少醫(yī)療差錯(cuò)。護(hù)士還可在護(hù)理工作站上進(jìn)行生命體征調(diào)取、護(hù)理文書的錄入、患者健康教育、不良事件上報(bào)等操作。

5.5 醫(yī)療設(shè)備標(biāo)簽管理

無線物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)備管理中主要運(yùn)用無線PDA與RFID識(shí)別技術(shù)。重點(diǎn)對(duì)醫(yī)院內(nèi)規(guī)模大或價(jià)值高的醫(yī)療設(shè)備或者基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的RFID標(biāo)簽管理。在進(jìn)行設(shè)備盤點(diǎn)時(shí)，通過PDA掃描RFID可對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并實(shí)時(shí)采集設(shè)備的標(biāo)識(shí)、定位、保養(yǎng)記錄與運(yùn)行狀態(tài)。由于無線PDA能夠在全院范圍內(nèi)與WLAN相連，管理人員手持PDA直接在設(shè)備應(yīng)用的臨床現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)取設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫內(nèi)的基本信息進(jìn)行核對(duì)，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備維保信息直接錄入到數(shù)據(jù)庫。

6 結(jié)論

移動(dòng)與無線技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)成為行業(yè)的熱點(diǎn)，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的無線終端應(yīng)用模式在很多方面改善我們的醫(yī)療系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的工作方式，創(chuàng)新出新的管理模式。物聯(lián)網(wǎng)還可以在病人身份管理、移動(dòng)醫(yī)囑、診療體征錄入、移動(dòng)藥物管理、移動(dòng)檢驗(yàn)標(biāo)本管理、移動(dòng)病案管理、嬰兒防盜、護(hù)理流程、臨床路徑等應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。無線、有線網(wǎng)絡(luò)和各應(yīng)用系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，在醫(yī)院中實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療、管理信息的廣泛采集、高度共享和有效利用，從而達(dá)到提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量、安全與效率的根本目的。

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Application Practice of Accessing Wireless Network to Medical Internet of Things

YING Jun, HE Shi-lin, ZHOU Dan

The General Hospital of PLA, Beijing 100853, China

無線接入是醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)連接感知層到網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，本文對(duì)此提出了多功能網(wǎng)關(guān)、無線組網(wǎng)、終端分布等關(guān)鍵技術(shù)的解決方案。通過應(yīng)用實(shí)踐實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備、通信設(shè)備與手持智能終端無縫連接。醫(yī)院應(yīng)用實(shí)踐證明無線移動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用為確保醫(yī)療安全，提高醫(yī)療工作的質(zhì)量與效率發(fā)揮了重要作用。

醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)；移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備；WLAN；多功能網(wǎng)關(guān)；RFID

This paper introduces a solution composed of key technologies including multifunctional gateway, wireless networking and terminal distribution for wireless access which is the fundamental linking technology between perception layer and network layer in IOT. The application practices of access technologies have implemented the interconnection between heterogeneous wireless network and wired network, which has implemented the seamless connection among mobile and medical equipment, communication equipment, hand-held and intelligent terminal. It is proved that the application of wireless access would play an important role in ensuring the safety, quality and effciency of medical work.

medical internet of things; mobile and medical equipment; WLAN; multifunction gateway; RFID

0 前言

TP393.17

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.05.014

1674-1633(2014)05-0044-03

2013-12-20

2014-01-09

解放軍總醫(yī)院臨床扶持基金課題（2012FC-TSYS-4009）資助。

周丹，博士，高級(jí)工程師。

作者郵箱：yingjun301@sina．com