智慧即時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

馬德敏，徐建新

上海奧普生物醫(yī)藥有限公司，上海市，201201

即時(shí)檢測（POCT）概念和產(chǎn)品自20世紀(jì)90年代被引入國內(nèi)檢測醫(yī)學(xué)領(lǐng)域至今，已經(jīng)從手動(dòng)操作、定性判讀，發(fā)展到以自動(dòng)化、定量檢測為主要特點(diǎn)的第四代儀器[1]——智慧即時(shí)檢測儀器（iPOCT）。iPOCT儀器不僅繼承和發(fā)展了操作簡便、檢測速度快、小型化、低成本等諸多優(yōu)勢(shì)，還實(shí)現(xiàn)了智能化操作的功能，已被廣泛接受和應(yīng)用于各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的醫(yī)學(xué)檢測活動(dòng)中[1-2]。

近幾年，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和成熟，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療行業(yè)，建設(shè)“智慧醫(yī)療”[3]的設(shè)想、方案、具體案例也多有報(bào)道，也受到了越來越多醫(yī)療機(jī)構(gòu)、設(shè)備廠家和用戶的重視。

1 現(xiàn)狀分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義[4-12]是：通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧醫(yī)療已經(jīng)在醫(yī)院信息化建設(shè)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子病例、醫(yī)院儀器設(shè)備管理等多個(gè)方面[5-8]取得了較好的實(shí)際成果。關(guān)于智慧醫(yī)療實(shí)現(xiàn)中運(yùn)用到的物聯(lián)網(wǎng)的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[9-12]，主要集中在信息的感知，數(shù)據(jù)的分析、分發(fā)、數(shù)據(jù)的應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等方面。

近幾年P(guān)OCT檢測儀器在智慧化發(fā)展方面，也取得了一些進(jìn)展。

但是在信息的感知，數(shù)據(jù)在云端的深層次的加工處理，面向多類型用戶的數(shù)據(jù)應(yīng)用，多醫(yī)療點(diǎn)、多儀器之間的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，數(shù)據(jù)融合應(yīng)用等方面，還沒有實(shí)現(xiàn)。這些也成為從單醫(yī)療點(diǎn)和獨(dú)立的iPOCT儀器向網(wǎng)絡(luò)化、智慧醫(yī)療進(jìn)一步發(fā)展的主要制約因素。

2 智慧即時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

基于上述分析，為了更好地滿足不同用戶的需求，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和架構(gòu)，將iPOCT檢測儀器作為信息感知、收集、獲取的核心節(jié)點(diǎn)，多個(gè)iPOCT檢測儀器的數(shù)據(jù)傳輸匯總到云端存儲(chǔ)器中，形成大數(shù)據(jù)源，所設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)分析算法在云端對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將數(shù)據(jù)分析處理結(jié)果根據(jù)不同用戶的需求定制化發(fā)送給不同的用戶終端。由此組建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可稱之為智慧即時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)。圖1為智慧即時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。

圖1中描述的智慧即時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將該網(wǎng)絡(luò)劃分成四個(gè)主要組成部分。

其中iPOCT檢測儀器為核心節(jié)點(diǎn)，該儀器設(shè)計(jì)裝配了多類型信息獲取的傳感器，如一維/二維條形碼掃描器、RFID閱讀器、藍(lán)牙接入點(diǎn)等，可讀取不同類型的信息源；在完成待檢標(biāo)本的檢測和數(shù)據(jù)預(yù)處理后，可將數(shù)據(jù)上傳到云端；儀器內(nèi)部設(shè)計(jì)有用于監(jiān)控運(yùn)動(dòng)、溫度、液體等部件的狀態(tài)偵測傳感器，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控儀器運(yùn)行過程中的各部件的工作狀態(tài)；云端完成數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算、存儲(chǔ)、分發(fā)工作，應(yīng)用端根據(jù)各自的需求獲取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并可通過云實(shí)現(xiàn)與iPOCT檢測儀器之間的交互。

圖1 智慧即時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭DFig.1 The diagram of topology structure of intelligent POCT network

3 臨床應(yīng)用場景體驗(yàn)和分析

在實(shí)際應(yīng)用中，以某型全自動(dòng)特定蛋白分析儀為例。當(dāng)有診斷、治療需求的患者從其進(jìn)入醫(yī)療機(jī)構(gòu)開始，到完成檢測診斷結(jié)束，在接入智慧即時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)的場景下完成的整個(gè)流程作為智慧即時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用體驗(yàn)。工作體驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 基于iPOCT檢測網(wǎng)絡(luò)的工作體驗(yàn)流程圖Fig.2 The flowchart of working experience based on intelligent POCT network

從圖2流程中可以看出，整個(gè)過程僅在預(yù)約/掛號(hào)，標(biāo)本采集環(huán)節(jié)可能需要人工的參與（目前已有自助掛號(hào)和自動(dòng)采血裝置，但還未大面積的普及），且工作量較小，工作難度不高。醫(yī)護(hù)操作人員僅需將帶檢測標(biāo)本放置到儀器的進(jìn)樣裝置上，剩余的操作全部由檢測儀器自動(dòng)完成。

當(dāng)標(biāo)本檢測完成后，iPOCT檢測儀器會(huì)自動(dòng)將檢測結(jié)果數(shù)據(jù)分別上傳到醫(yī)院的LIS服務(wù)器和云端存儲(chǔ)器。LIS系統(tǒng)也可和云端存儲(chǔ)器連接，將來可擴(kuò)展為上傳其他檢測項(xiàng)目或檢測儀器的結(jié)果數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)醫(yī)療大數(shù)據(jù)及其應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)。

醫(yī)生可通過連接到云端的應(yīng)用軟件對(duì)檢測結(jié)果，即對(duì)所在醫(yī)院范圍內(nèi)的檢測儀器的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和分析，便于統(tǒng)一建立醫(yī)院檢測儀器的質(zhì)量管理。這些可以為衛(wèi)生健康相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)提供研究用途的醫(yī)療大數(shù)據(jù)。表1示例中截取了多個(gè)區(qū)域用戶在某天的任意時(shí)刻的動(dòng)態(tài)測試數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計(jì)匯總。

表1 多個(gè)區(qū)域用戶某天任意時(shí)刻的動(dòng)態(tài)測試匯總Tab.1 The collection of dynamic test results anytime in one day in diあerent areas

接受檢測、治療的患者也可以在第一時(shí)間通過網(wǎng)絡(luò)獲得自己的檢測結(jié)果，并可接受到輔助診斷或基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)健康知識(shí)信息。

對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)控管理，試劑生產(chǎn)廠家提供的試劑帶有信息存儲(chǔ)裝置，iPOCT檢測儀器可自動(dòng)讀取試劑的信息，包括試劑的批次、批號(hào)、對(duì)應(yīng)定標(biāo)數(shù)據(jù)等。試劑定標(biāo)結(jié)果數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)通過云端分析識(shí)別，實(shí)時(shí)推送給檢驗(yàn)科管理人員和廠家儀器維護(hù)監(jiān)控人員。

iPOCT檢測儀器的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳到云端后，經(jīng)過云端的智能分析程序，可識(shí)別出儀器的故障或潛在故障，并將儀器信息、故障信息推動(dòng)給設(shè)備維護(hù)團(tuán)隊(duì)和人員。圖3中截取了某批試劑在冷鏈運(yùn)輸過程中的動(dòng)態(tài)溫度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

圖3 某批試劑產(chǎn)品的冷鏈運(yùn)輸中動(dòng)態(tài)溫度數(shù)據(jù)跟蹤Fig.3 The dynamic temperatures of cold chain transport of one lot of reagent

例如，對(duì)“江、浙、滬”三地超過百家醫(yī)院接入到iPOCT網(wǎng)絡(luò)的流感檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，在2018年1月1日至2月14日間，有4 847 752例疑似患者就醫(yī)，數(shù)據(jù)顯示總的陽性率57.83%；疑似病毒感染者57.2%；細(xì)菌感染者33.36%；混合感染者36.62%。

相對(duì)于使用傳統(tǒng)POCT開展的診斷工作，iPOCT明顯縮短了患者的診療和等待時(shí)間，減少了醫(yī)務(wù)人員的工作量，提高了工作效率。兩者臨床體驗(yàn)對(duì)比見表2。

表2 智慧即時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)POCT的臨床體驗(yàn)對(duì)比Tab.2 The clinical application comparisons between intelligent POCT network and traditional POCT

4 結(jié)論

本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧即時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)的概念，以iPOCT檢測儀器為核心單元，將信息端、儀器端、云端和應(yīng)用端連接組成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了“連云端、接終端”，不僅通過iPOCT檢測儀器提高了臨床檢測的速度，還提高了從病人就診到完成檢測診斷，到數(shù)據(jù)處理應(yīng)用整個(gè)鏈條的協(xié)調(diào)工作效率，也為未來實(shí)現(xiàn)“醫(yī)療大數(shù)據(jù)”提供了軟硬件和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。