基于國(guó)產(chǎn)CPU芯片的醫(yī)院病員集成多生理參數(shù)及環(huán)境信息智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與示范研究

程乃俊　周金治　周建麗　吳斌　羅盧　韓斌

摘要：目的 探討利用信息化途徑構(gòu)建起患者與醫(yī)護(hù)間生理信號(hào)參數(shù)和環(huán)境信息參數(shù)監(jiān)測(cè)信息初篩顯示，為醫(yī)護(hù)人員提供直觀的生理狀態(tài)預(yù)警。方法 應(yīng)用大數(shù)據(jù)和人工智能，設(shè)計(jì)一套基于國(guó)產(chǎn)CPU芯片的醫(yī)院病員集成多生理參數(shù)及環(huán)境信息的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在一個(gè)集成融合的監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)院病員的生理信號(hào)參數(shù)和醫(yī)院環(huán)境信息參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析。結(jié)果 通過該系統(tǒng)的建設(shè)最大限度地依托國(guó)產(chǎn)CPU芯片進(jìn)行開發(fā)，極大的優(yōu)化了安全，提高對(duì)病員的實(shí)時(shí)有效看護(hù)，醫(yī)護(hù)人員能及時(shí)根據(jù)參數(shù)的改變判斷突發(fā)狀況對(duì)病情的威脅，及時(shí)給出處置方案，在提升醫(yī)院對(duì)患者的監(jiān)護(hù)效率，減少醫(yī)護(hù)人員的工作量的同時(shí)，大大降低突發(fā)狀況對(duì)患者的危害。結(jié)論 利用信息化途徑構(gòu)建起患者與醫(yī)護(hù)間生理信號(hào)參數(shù)和環(huán)境信息參數(shù)監(jiān)測(cè)信息初篩顯示，提升了醫(yī)院對(duì)病員的監(jiān)護(hù)管理效率，確保醫(yī)療數(shù)據(jù)信息的安全可靠，并完成多參數(shù)集成的示范應(yīng)用的有助于提高醫(yī)生或護(hù)士對(duì)病員生理信號(hào)參數(shù)和環(huán)境信息參數(shù)進(jìn)行有效實(shí)時(shí)監(jiān)管，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、防護(hù)和處理意外事件發(fā)生，值得臨床應(yīng)用推廣。

關(guān)鍵詞：國(guó)產(chǎn)CPU；芯片；多生理參數(shù)；環(huán)境信息；智能監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1959（2017）18-0011-02

目前，醫(yī)院病員的生理信號(hào)參數(shù)監(jiān)測(cè)還停留在單一的依托護(hù)理人員定時(shí)監(jiān)測(cè)和重癥病員依靠心電監(jiān)護(hù)儀等設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)完成，針對(duì)普通病員和突發(fā)重癥患者缺少必要的生理信號(hào)參數(shù)預(yù)警，隨著醫(yī)院院內(nèi)感染的重要性不斷提高，對(duì)醫(yī)院各病區(qū)環(huán)境的參數(shù)監(jiān)測(cè)也依賴于院感部門的定期監(jiān)測(cè)為主，沒有特別的針對(duì)性和目的性，不利于院感事件的預(yù)警和早期預(yù)防預(yù)案的執(zhí)行[1]。我院通過國(guó)產(chǎn)CPU芯片的醫(yī)院病員集成多生理參數(shù)及環(huán)境信息智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（該產(chǎn)品已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，已進(jìn)入公告期，專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N20170155334X，專利公告號(hào)：CN106778051A），同時(shí)展開了示范研究，取得了良好的效果，現(xiàn)報(bào)道如下：

1 設(shè)計(jì)與示范研究理念

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于人體生理信號(hào)參數(shù)和環(huán)境信息參數(shù)的單獨(dú)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已有相關(guān)的研究，使用的技術(shù)手段各不相同[2]。國(guó)產(chǎn)CPU芯片應(yīng)用于醫(yī)院信息化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還未見相關(guān)報(bào)道。隨著電子和信息技術(shù)的快速發(fā)展及國(guó)家對(duì)自主芯片產(chǎn)業(yè)的大力支持，國(guó)產(chǎn)CPU芯片的發(fā)展克服了國(guó)外的技術(shù)壁壘，取得了突破，已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品開始商用[3]。但基于國(guó)產(chǎn)CPU芯片的相關(guān)應(yīng)用研究依然較少，通過查新并沒有查詢到基于國(guó)產(chǎn)CPU芯片在醫(yī)院信息化系統(tǒng)建設(shè)中相關(guān)應(yīng)用研究文獻(xiàn)。醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)的信息安全對(duì)于國(guó)家關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全至關(guān)重要。醫(yī)療系統(tǒng)是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的國(guó)家系統(tǒng)，隨著國(guó)家對(duì)信息安全的重視，“自主可控”是醫(yī)療信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[4]。缺少自主可控的“芯”，信息化設(shè)備的安全就是無本之末，使用國(guó)產(chǎn)CPU芯片在作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主控制器，能從源頭上保障數(shù)據(jù)信息的安全，同時(shí)對(duì)國(guó)家的自主芯片產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用也是一種推動(dòng)。

2 系統(tǒng)組成及功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)前端、數(shù)據(jù)處理終端、數(shù)據(jù)安全傳輸三大部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。監(jiān)測(cè)前端由生理參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備與智能網(wǎng)關(guān)兩部分組成。生理參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者的生理參數(shù)和位置信息；智能網(wǎng)關(guān)基于國(guó)產(chǎn)CPU設(shè)計(jì)，既是網(wǎng)關(guān)也完成對(duì)環(huán)境信息的監(jiān)測(cè)。生理監(jiān)測(cè)設(shè)備通過短距離通信與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)加密打包后通過主干網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心服務(wù)器[5]。監(jiān)測(cè)終端的信息處理系統(tǒng)對(duì)前端的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示并接入到專家系統(tǒng)進(jìn)行分析決策。

2.1監(jiān)測(cè)前端設(shè)計(jì)

前端由生理參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備和智能網(wǎng)關(guān)組成，監(jiān)測(cè)設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間使用短距離無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。生理參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)為便攜可穿戴設(shè)備，病員穿戴后完成對(duì)患者的身份注冊(cè)、生理參數(shù)采集、位置信息的記錄。智能網(wǎng)關(guān)分為兩個(gè)模塊，一部分是環(huán)境信息監(jiān)測(cè)模塊，完成對(duì)當(dāng)前的環(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)；另一部分是網(wǎng)關(guān)模塊，完成對(duì)生理采集設(shè)備數(shù)據(jù)的接收，并與環(huán)境信息數(shù)據(jù)進(jìn)行組合、加密、打包，通過醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器。由于網(wǎng)絡(luò)的開放性，同時(shí)需要考慮系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)[6]。

2.1.1生理參數(shù)與環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè) 對(duì)監(jiān)測(cè)的生理指標(biāo)的選擇從醫(yī)療需求和技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩方面考慮，既要滿足醫(yī)療上能夠明顯反應(yīng)患者狀態(tài)的生理參數(shù)，同時(shí)滿足技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)的需求，生理采集所使用的傳感器擁有精度準(zhǔn)確、低功耗、體積小、容易集成的特點(diǎn)。綜上所述，擬對(duì)心率、血氧飽和度、體溫、血壓的參數(shù)進(jìn)行采集。

2.1.2環(huán)境信息參數(shù)的監(jiān)測(cè) 主要以能直接影響生理狀態(tài)的環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行采集，擬對(duì)溫度、濕度、PM2.5含量、煙霧濃度進(jìn)行采集。

2.1.3短距離無線通信 無線通信用于傳輸生理數(shù)據(jù)和位置信息，數(shù)據(jù)量小，主要考慮功耗低，傳輸有效距離遠(yuǎn)，可以定位。設(shè)計(jì)擬采用藍(lán)牙5.0技術(shù)。藍(lán)牙5.0是最新發(fā)布的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，具有功耗極低、有效距離遠(yuǎn)、可室內(nèi)定位、針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于智能家居、智能手環(huán)等產(chǎn)品中，非常適合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要。

2.1.4智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì) 智能網(wǎng)關(guān)主要是對(duì)生理監(jiān)測(cè)設(shè)備的連接、管理，同時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密轉(zhuǎn)發(fā)。由于網(wǎng)關(guān)與公網(wǎng)連接，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是敏感的醫(yī)療信息，因此對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求高。擬采用國(guó)產(chǎn)CPU芯片為主控制器，從源頭保障信息安全。

2.2監(jiān)測(cè)終端設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)終端是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，由信息處理監(jiān)控系統(tǒng)和專家系統(tǒng)組成，通常設(shè)置在醫(yī)院的護(hù)士站或者監(jiān)控中心。信息處理監(jiān)控系統(tǒng)接收各個(gè)前端發(fā)出的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解密、分析和存儲(chǔ)能操作，并送入專家系統(tǒng)，進(jìn)行決策。終端系統(tǒng)是對(duì)在網(wǎng)的各個(gè)前端數(shù)據(jù)的匯集處理，其系統(tǒng)安全性尤其重要，必須從軟硬件兩方面都做到自主可控。擬采用國(guó)產(chǎn)桌面級(jí)的CPU作為終端的主控芯片；軟件系統(tǒng)基于國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)進(jìn)行終端管理系統(tǒng)的開發(fā)，數(shù)據(jù)庫，圖形界面的軟件設(shè)計(jì)基于開源軟件進(jìn)行信息系統(tǒng)的開發(fā)，保證軟件的自主可控。endprint

2.3應(yīng)用大數(shù)據(jù)和人工智能方法分析設(shè)計(jì)

終端信息處理系統(tǒng)用于分析患者的生理指標(biāo)和醫(yī)院環(huán)境信息，判別患者當(dāng)前的生理狀態(tài)，如果有患者生理狀態(tài)出現(xiàn)異常情況，及時(shí)預(yù)警和提醒，以確保及時(shí)采取措施[7]。參照相應(yīng)的生理和環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，對(duì)當(dāng)前病員生理指標(biāo)與醫(yī)院環(huán)境信息數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，經(jīng)過算法進(jìn)行分析決策，并做出相應(yīng)的指示，應(yīng)用大數(shù)據(jù)和人工智能方法對(duì)病員生理信號(hào)參數(shù)和環(huán)境信息參數(shù)，給出科學(xué)決策[8]。

3 應(yīng)用效果分析

3.1醫(yī)院病員生理參數(shù)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測(cè)分析

采集病員的如脈率、體溫、血壓、呼吸、血氧飽和度等生理參數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行實(shí)時(shí)或歷史比對(duì)分析，提高對(duì)病員的有效看護(hù)。當(dāng)緊急情況出現(xiàn)時(shí)，可通過病員的一鍵呼叫功能，對(duì)特殊病員進(jìn)行應(yīng)急處置。

3.2醫(yī)院環(huán)境信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測(cè)分析

采集醫(yī)院范圍內(nèi)特別是重點(diǎn)區(qū)域的如溫度、濕度、PM2.5、空氣細(xì)菌數(shù)量等環(huán)境信息數(shù)據(jù)，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)分析，從而提高醫(yī)院對(duì)環(huán)境信息的有效掌控，為醫(yī)院其它正?；顒?dòng)的開展提供基礎(chǔ)保障。

3.3醫(yī)院環(huán)境下病員生理參數(shù)和環(huán)境信息的集成融合智能監(jiān)控

在統(tǒng)一的監(jiān)管平臺(tái)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)病員生理參數(shù)和環(huán)境信息的集成采集、集成監(jiān)控、集成管理，從而進(jìn)一步提高監(jiān)管效率。當(dāng)被監(jiān)測(cè)的病員生理參數(shù)或環(huán)境信息數(shù)據(jù)發(fā)生上限定或下限定超標(biāo)時(shí)，可在統(tǒng)一的監(jiān)管屏幕上動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并發(fā)出超標(biāo)報(bào)警信號(hào)，從而提醒醫(yī)生護(hù)士或管理人員迅速采取有效應(yīng)對(duì)措施。

3.4醫(yī)院數(shù)據(jù)信息的安全性保障及國(guó)產(chǎn)CPU芯片在醫(yī)院信息化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

基于可信計(jì)算技術(shù)，通過采用國(guó)產(chǎn)CPU處理器芯片，從計(jì)算平臺(tái)的源頭對(duì)用戶認(rèn)證、操作檢查、訪問控制、網(wǎng)絡(luò)連接等方面設(shè)置并實(shí)施可靠安全措施，從而達(dá)到對(duì)不安全因素的有效防范和控制。

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編輯/楊倩endprint