基于一網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)平臺的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用探討

張 穩(wěn)，馬錫坤，于京杰

0 引 言

臨床移動(dòng)應(yīng)用是根據(jù)醫(yī)療環(huán)節(jié)質(zhì)量管理要求，在臨床信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的應(yīng)用模式，現(xiàn)已逐步成為臨床業(yè)務(wù)流程的重要組成部分。近年來，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，越來越多的醫(yī)院已經(jīng)建成或正在建設(shè)無線移動(dòng)查房和移動(dòng)護(hù)理等臨床信息化應(yīng)用［1－2］。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，醫(yī)院如何科學(xué)統(tǒng)一地規(guī)劃建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)等多種通訊網(wǎng)絡(luò)，以及如何在無線網(wǎng)絡(luò)平臺支撐下開展醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用，以提升醫(yī)療信息化水平、提高醫(yī)護(hù)質(zhì)量和工作效率、更好地服務(wù)患者，將變得十分重要。

1 醫(yī)院無線網(wǎng)絡(luò)需求特點(diǎn)分析

隨著電子簽名得到法律的認(rèn)可和電子認(rèn)證的廣泛應(yīng)用，紙質(zhì)病歷將最終被替代。而基于電子病歷的移動(dòng)查房、床邊護(hù)理、移動(dòng)輸液等臨床移動(dòng)應(yīng)用將成為臨床核心業(yè)務(wù)的一部分，作為支撐臨床移動(dòng)應(yīng)用的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的重要性將不言而喻。無線網(wǎng)絡(luò)的性能將直接影響到醫(yī)院的日常業(yè)務(wù)水平和醫(yī)療護(hù)理質(zhì)量。其穩(wěn)定性、可靠性、安全性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性必須與臨床核心業(yè)務(wù)相適應(yīng)。同時(shí)更重要的是，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，醫(yī)院必須考慮到醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對無線網(wǎng)絡(luò)的需求［3］。

因此，醫(yī)院無線網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出以下特點(diǎn):首先，無線網(wǎng)絡(luò)將成為核心業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，對穩(wěn)定性、可靠性、安全性要求高;其次，病房與手術(shù)室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，直接影響無線信號傳輸，且移動(dòng)終端種類多，無線網(wǎng)絡(luò)需要兼顧到各種通信能力的移動(dòng)終端的使用;再者，無線應(yīng)用種類眾多，無線數(shù)據(jù)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、定位網(wǎng)、醫(yī)療遙測網(wǎng)等多種無線業(yè)務(wù)能否有效統(tǒng)一整合和避免重復(fù)建設(shè)可能造成的浪費(fèi)，減少對日常業(yè)務(wù)的影響，避免各系統(tǒng)間的不兼容和干擾，降低整體系統(tǒng)的維護(hù)成本等是關(guān)鍵要求［4－5］。

2 多業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)平臺概述

在新的需求形勢下，醫(yī)院急需一個(gè)能夠同時(shí)承載多種業(yè)務(wù)應(yīng)用的無線網(wǎng)絡(luò)平臺?；谠撈脚_可同時(shí)滿足多種醫(yī)療無線應(yīng)用，從WLAN 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療遙測網(wǎng)絡(luò)到再到醫(yī)療專用定位網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)支持多個(gè)無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和無線頻率。因此，多業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)運(yùn)而生。所支持的通訊協(xié)議包括WLAN(2.4 GHz、5.8 GHz)，ISO18000-6(860 ～960 MHz)，Zigbee(868 MHz、915 MHz、2400 MHz)，WMTS(1.4 GHz、600 MHz)，802.15.4c(780 MHz)等協(xié)議，見圖1。醫(yī)院通過鋪設(shè)該平臺，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一、多應(yīng)用系統(tǒng)整合，從而避免重復(fù)投資和重復(fù)基礎(chǔ)建設(shè)，簡化無線應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)，降低維護(hù)成本。

圖1 多業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)平臺示意圖Figure 1 Scheme of multi-service wireless web platform

醫(yī)療專用多業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)平臺同時(shí)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療無線數(shù)據(jù)網(wǎng)、醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)以及醫(yī)療遙測系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)，一網(wǎng)整合相關(guān)網(wǎng)絡(luò)功能，各網(wǎng)的特點(diǎn)如下:①醫(yī)療專用數(shù)據(jù)網(wǎng)主要是指WLAN 數(shù)據(jù)網(wǎng)，提供無干擾、無切換、穩(wěn)定均勻的無線信號傳輸，滿足無線數(shù)據(jù)網(wǎng)對帶寬的要求，一般采用支持802.11n 甚至是802.11ac的WLAN 無線網(wǎng)絡(luò)。②醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)主要指基于有源射頻識別(radio frequency identification，RFID)技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)多采用工作在800 ～900 MHZ 和2.4 GHz 頻率下的有源RFID，包括ZigBee、ISO1800-6、802.15.4 等協(xié)議，主要包含生命體征采集、醫(yī)療冷鏈管理、無線輸液監(jiān)控等應(yīng)用。③醫(yī)療專網(wǎng)主要是針對特殊醫(yī)療設(shè)備專門開辟的通訊頻率和協(xié)議。醫(yī)療心電遙測即屬于這類醫(yī)療專網(wǎng)應(yīng)用，而在美國1.4 GHz 頻率即專門為其開放。④醫(yī)療專用定位網(wǎng)的設(shè)定緣于醫(yī)院室內(nèi)定位系統(tǒng)對于可靠的房間級定位信息的需要。這不同于通用的定位系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的三維定位精度。結(jié)合房間級水平的定位信息，醫(yī)院可以開展人員定位和資產(chǎn)定位等應(yīng)用。

3 基于多業(yè)務(wù)無線平臺的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用

3.1 醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)無線冷鏈管理系統(tǒng) 為了對某些藥品及血液制品的存儲環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，傳統(tǒng)的解決方案是人工定時(shí)采集藥品、血液制品存儲柜的溫度、濕度，并手工做好歷史數(shù)據(jù)的記錄和保存。這種做法缺點(diǎn)在于無法連續(xù)監(jiān)測存儲柜的溫度、濕度，且可靠性欠佳。另一種方法是在藥品存儲柜中放置相應(yīng)的RFID 溫濕度標(biāo)簽對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，用手持式RFID 閱讀器讀取并顯示標(biāo)簽內(nèi)測量的歷史溫濕度數(shù)據(jù)，并通過手持式閱讀器將標(biāo)簽內(nèi)記錄的數(shù)據(jù)通過有線網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器，其缺點(diǎn)是需要人工使用RFID 閱讀器定期讀取溫度數(shù)據(jù)。一旦在下一次監(jiān)測周期前出現(xiàn)異常情況，則不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)警，無法實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，存在監(jiān)控盲區(qū)。

在設(shè)計(jì)中，我們將醫(yī)院建設(shè)的多業(yè)務(wù)無線平臺與基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫濕度傳感器結(jié)合，構(gòu)建醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)無線冷鏈管理系統(tǒng)［6－7］，以解決傳統(tǒng)冷鏈管理系統(tǒng)的弊端，見圖2。通過在需要監(jiān)測的藥品及血液制品存儲柜內(nèi)安裝物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)溫濕度傳感器，實(shí)時(shí)采集溫濕度數(shù)據(jù)信息。這些信息與后臺數(shù)據(jù)采集引擎及管理系統(tǒng)軟件互聯(lián)，在系統(tǒng)內(nèi)定義每種標(biāo)簽對應(yīng)存儲柜的存儲溫濕度范圍，物聯(lián)網(wǎng)溫濕度傳感器周期性地采集存儲柜內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)通過多業(yè)務(wù)無線平臺將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_冷鏈管理系統(tǒng)軟件。管理軟件一方面保存各存儲柜的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，以備查詢;另一方面對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，如果溫濕度數(shù)據(jù)超過存儲柜所允許的范圍，服務(wù)器將即時(shí)觸發(fā)報(bào)警信息通知相關(guān)管理人員。無線冷鏈管理系統(tǒng)能夠方便、快捷、準(zhǔn)確和連續(xù)地采集目標(biāo)冷庫的溫度數(shù)據(jù)信息。這些信息與后臺數(shù)據(jù)庫及監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)，使監(jiān)測物品受到全程監(jiān)控和跟蹤，從而避免了因溫濕度變化而影響藥品及血液制品的品質(zhì)，有效杜絕人工采集的不確定性，同時(shí)減輕了醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度以及工作壓力，全面提高醫(yī)院管理效率和藥品及血液制品的安全性。

圖2 醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)無線冷鏈管理系統(tǒng)示意圖Figure 2 Scheme of wireless cold chain system in medical internet

3.2 醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)無線輸液監(jiān)測系統(tǒng) 靜脈輸液是護(hù)士在臨床廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)基礎(chǔ)護(hù)理操作，輸液速度是整個(gè)輸液過程的重要部分。而靜脈液體外滲、腫脹或針頭脫出、靜脈炎、靜脈痙攣、末梢循環(huán)欠佳等現(xiàn)象的出現(xiàn)會影響輸液速度，進(jìn)而影響臨床治療效果。

為掌握確定輸液速度以達(dá)到最好治療效果，對輸液速度進(jìn)行因素分析，基于多業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)平臺系統(tǒng)，構(gòu)建醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)無線輸液監(jiān)控系統(tǒng)［8－9］，見圖3。利用主動(dòng)式輸液狀態(tài)監(jiān)測模塊可即時(shí)掌握輸液數(shù)據(jù)，從感知層、無線傳輸層、應(yīng)用層角度充分體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的高技術(shù)水準(zhǔn)。無線輸液監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括操作模塊、無線發(fā)射模塊及監(jiān)控軟件系統(tǒng)。操作模塊具有設(shè)定滴速記憶功能，自動(dòng)計(jì)量和控制輸液速度，并對故障進(jìn)行報(bào)警。在輸液過程中可隨時(shí)查看已輸入總量、已耗時(shí)間與輸液速度。無線輸液監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用紅外光電傳感技術(shù)及微處理器，以準(zhǔn)確的滴速將藥液輸入人體，用于臨床靜脈輸液時(shí)對低滴速的精確控制，特別適用于兒科、婦產(chǎn)科、心內(nèi)科、神經(jīng)科、泌尿科、ICU、CCU、腫瘤化療等對滴速有嚴(yán)格要求的患者群體。與輸液泵相比，具有體積小巧靈活、隨意移動(dòng)、使用方便、操作容易、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，可有效減少護(hù)理差錯(cuò)和糾紛的發(fā)生，提高患者的滿意度，提升醫(yī)院的社會效益。

圖3 醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)無線輸液監(jiān)測系統(tǒng)示意圖Figure 3 Scheme of wireless transfusion monitoring system in medical internet

4 結(jié) 語

醫(yī)療專用多業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)平臺支持多種頻段和協(xié)議及醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展，在無線網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)下一次建成、多次利用，根據(jù)信息化發(fā)展需求，逐步、靈活擴(kuò)展相應(yīng)協(xié)議的通訊網(wǎng)絡(luò)和臨床物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更趨成熟并基于多業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)平臺，除醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)冷鏈管理系統(tǒng)、無線輸液監(jiān)控等創(chuàng)新應(yīng)用，還將有更多的無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療［10－11］。通過無線物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通技術(shù)實(shí)現(xiàn)對象和流程的綁定，從而實(shí)現(xiàn)對象、行為流程的全過程標(biāo)準(zhǔn)化管理，達(dá)到提高醫(yī)療安全和醫(yī)療質(zhì)量的目標(biāo)［12］。

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