基于物聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)智能呼叫系統(tǒng)構(gòu)建

張 斌 李 冰 郭 浩 藺崢嶸 郭 健 馬 彬 代學(xué)崗 岳芙蓉

(甘肅省婦幼保健院信息中心 蘭州 730050)

1 引言

在信息化建設(shè)的初始階段，各醫(yī)院主要以系統(tǒng)建設(shè)為導(dǎo)向，缺乏整體規(guī)劃，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的獨(dú)立性且數(shù)據(jù)缺乏共享。目前醫(yī)院各病區(qū)的無線系統(tǒng)與呼叫系統(tǒng)各自獨(dú)立，護(hù)士間的溝通主要靠呼喊，當(dāng)主值護(hù)士班連續(xù)接到多名患者的呼叫時(shí)變得更加忙亂，無法快捷地與病區(qū)其他護(hù)士溝通，這不但增加工作強(qiáng)度，也間接地加大出錯(cuò)概率，引發(fā)醫(yī)療安全問題。另外，呼叫系統(tǒng)一般安裝在護(hù)士的主班電腦旁，當(dāng)護(hù)士去各個(gè)病房時(shí)，如果患者呼叫，護(hù)士必須快速跑回呼叫器與患者溝通，很不方便。而醫(yī)生也只用單一的語音對講設(shè)備，需要與患者溝通時(shí)只能通過護(hù)士傳達(dá)或親自去病房，信息無法實(shí)時(shí)傳遞。綜上所述，通過升級電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化產(chǎn)品(Electronic Design Automation，EDA)，結(jié)合4G網(wǎng)絡(luò)并與呼叫系統(tǒng)對接，實(shí)現(xiàn)EDA與呼叫系統(tǒng)的互聯(lián)互通，為醫(yī)生、護(hù)士提供更好的協(xié)作溝通平臺(tái)，節(jié)省人力，為患者提供更好的服務(wù)。

2 相關(guān)概念

2.1 住院呼叫系統(tǒng)

醫(yī)院提高醫(yī)護(hù)服務(wù)質(zhì)量及工作效率的一種必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。根據(jù)不同時(shí)期的技術(shù)水平，醫(yī)院住院呼叫系統(tǒng)經(jīng)歷不同的發(fā)展階段：第1階段是在沒有信息系統(tǒng)支持的情況下，醫(yī)護(hù)人員主要通過口頭呼叫，隨后開始以搖鈴呼叫進(jìn)行輔助，當(dāng)電子技術(shù)有一定的發(fā)展后產(chǎn)生電子呼叫；第2階段局域呼叫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，但該系統(tǒng)在使用過程中有較多問題，沒有廣泛推廣；第3階段到20世紀(jì)90年代初數(shù)字編碼、擴(kuò)頻和單片機(jī)等控制技術(shù)使醫(yī)院住院呼叫系統(tǒng)有新的發(fā)展，其使用效果也較好[1]。

2.2 醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將物與物相連，實(shí)現(xiàn)物物間的數(shù)據(jù)傳輸與共享。醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療服務(wù)工作中的延伸，綜合運(yùn)用光學(xué)、壓敏和無線射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification Devices，RFID)等先進(jìn)技術(shù)手段，結(jié)合多種醫(yī)療傳感器，通過傳感網(wǎng)絡(luò)按照約定協(xié)議，借助移動(dòng)終端、嵌入式計(jì)算裝置和醫(yī)療信息處理平臺(tái)進(jìn)行信息交換[2]。本文所討論的物聯(lián)網(wǎng)是指呼叫系統(tǒng)獲取的音頻信息，通過物理鏈路和無線網(wǎng)絡(luò)傳遞到移動(dòng)終端的雙向音頻對講模式。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 呼叫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

3.1.1 概述 早期呼叫系統(tǒng)基本都是可編程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)技術(shù)為基礎(chǔ)核心，呼叫終端自成一套單機(jī)版系統(tǒng)，各病區(qū)獨(dú)立運(yùn)行，無統(tǒng)一管理功能。在保留原有呼叫系統(tǒng)功能和配置的基礎(chǔ)上增加網(wǎng)絡(luò)地址盒與IP網(wǎng)絡(luò)程控接口轉(zhuǎn)換器，以實(shí)現(xiàn)呼叫系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)地址盒用于主機(jī)和終端等所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址注冊查詢、sip服務(wù)、音視頻代理等。IP網(wǎng)絡(luò)程控接口轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)該模擬電話線接口與程控電話交換機(jī)、公共電話網(wǎng)絡(luò)連接，主機(jī)、病床智能終端撥打固定電話或手機(jī)對講。呼叫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化改造，見圖1。

圖1 呼叫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)置 IP網(wǎng)絡(luò)程控接口轉(zhuǎn)換器需要在接入網(wǎng)絡(luò)后進(jìn)行配置，可以選擇手動(dòng)和全自動(dòng)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)，一般使用手動(dòng)設(shè)置，因?yàn)槿詣?dòng)設(shè)置要求所有主機(jī)、分機(jī)、地址盒等設(shè)備都安裝在交換機(jī)下，必須是同一網(wǎng)段。同時(shí)由于醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)有明確的IP地址段劃分，通過手動(dòng)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)更方便管理。使用點(diǎn)對點(diǎn)的工作模式，需設(shè)置本機(jī)編號(hào)、地址盒IP和本機(jī)IP。在實(shí)際技術(shù)操作過程中，連接所有硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上配置護(hù)士站總機(jī)IP地址，為172.16.88.244。然后在IP網(wǎng)絡(luò)程控接口轉(zhuǎn)換器配置同一網(wǎng)段的IP地址，配置其地址為172.16.88.245。而醫(yī)院的無線網(wǎng)絡(luò)使用11.0.0.1——11.1.1.254，所以需要在IP網(wǎng)絡(luò)程控接口轉(zhuǎn)換器上配置無線網(wǎng)絡(luò)連接地址。同時(shí)由于內(nèi)網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)劃分單獨(dú)的虛擬局域網(wǎng)(Virtual Local Area Network，VLAN)，所以需要route add添加路由，以保證各個(gè)硬件可相互ping通。根據(jù)上述設(shè)置實(shí)現(xiàn)呼叫主機(jī)與全院無線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。

3.1.3 服務(wù)器配置 為實(shí)現(xiàn)呼叫系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，應(yīng)配置1臺(tái)容量較大和性能較高的服務(wù)器為呼叫系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。早期的呼叫主機(jī)一般不能存儲(chǔ)語音數(shù)據(jù)，或者存儲(chǔ)時(shí)間較短，在呼叫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中應(yīng)考慮語音數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能。在醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)中部署1臺(tái)服務(wù)器以實(shí)現(xiàn)語音數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。同時(shí)在服務(wù)器上需要搭建一個(gè)中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)庫，目的是與醫(yī)院信息系統(tǒng)(Hospital Information System，HIS)中的患者數(shù)據(jù)對接，實(shí)現(xiàn)同步，一般通過視圖的接口方式實(shí)現(xiàn)。此外服務(wù)器需安裝呼叫系統(tǒng)后臺(tái)管理軟件，配置各護(hù)士站主機(jī)IP地址、各病區(qū)護(hù)士及護(hù)士長賬號(hào)、HIS連接等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。呼叫系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化不僅是對設(shè)備的升級優(yōu)化，而且要求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層面的傳輸和存儲(chǔ)。

3.2 4G專網(wǎng)建設(shè)

3.2.1 4G專網(wǎng)架構(gòu) 臨床實(shí)際工作中網(wǎng)絡(luò)覆蓋是信息化建設(shè)的基礎(chǔ)。病區(qū)的物理阻隔和無線AP點(diǎn)位分布不合理導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)弱不均，一些掃碼設(shè)備不能很好地連接網(wǎng)絡(luò)，對醫(yī)療工作產(chǎn)生很大影響。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，使用4G網(wǎng)絡(luò)可以很好地解決病區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，在各掃碼終端配置定制的SIM卡，通過系統(tǒng)配置，使其接入4G專網(wǎng)，在醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)與移動(dòng)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)集群互聯(lián)互通，使用獨(dú)立的數(shù)據(jù)鏈路。專網(wǎng)是利用集群服務(wù)器或集群交換機(jī)與因特網(wǎng)互聯(lián)互通，對講終端與筆記本電腦、固定電話、個(gè)人移動(dòng)終端利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同制式集群系統(tǒng)與公網(wǎng)之間的通信，滿足工作人員協(xié)作需求[3]。4G專網(wǎng)建設(shè)的好處不僅是信號(hào)的穩(wěn)定，更重要的是當(dāng)企事業(yè)單位擴(kuò)展業(yè)務(wù)成立跨地域的分公司或分院區(qū)時(shí)，只要在終端配置好專線網(wǎng)絡(luò)即可。移動(dòng)運(yùn)營商在醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)中接入專線，建立專用網(wǎng)絡(luò)。對掃碼核對終端應(yīng)確保關(guān)閉WiFi，只連接移動(dòng)數(shù)據(jù)，通過SIM卡連接專用網(wǎng)絡(luò)。4G專網(wǎng)建設(shè)架構(gòu)，見圖2。

圖2 4G專網(wǎng)架構(gòu)

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)接入 在4G專網(wǎng)建設(shè)方案中，一般整體組網(wǎng)方案包括兩種，一種是公網(wǎng)接入，另一種是專網(wǎng)接入。公網(wǎng)接入只需分配地址，終端接入便捷，不用專門管理，客戶端無需硬件投入。但是此方案安全要求很低，從技術(shù)角度看，沒有考慮安全問題，依賴于移動(dòng)運(yùn)營商的管理。而專網(wǎng)接入采用專用的接入點(diǎn)(Access Point Name，APN)，使用此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)與公網(wǎng)及公網(wǎng)的其他用戶隔離，在源頭做好網(wǎng)絡(luò)隔離，更好地保障網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全。在實(shí)際建設(shè)過程中需要將內(nèi)網(wǎng)與移動(dòng)運(yùn)營商核心網(wǎng)絡(luò)連通并建立專用的數(shù)據(jù)通道。如銀行的ATM機(jī)接入，對數(shù)據(jù)安全要求極高，采用專網(wǎng)APN的接入方式，以保障資金流數(shù)據(jù)安全。APN是一種網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，需要在移動(dòng)終端上進(jìn)行配置，目前市場上基于Android的EDA設(shè)備都具有配置APN的功能，一般設(shè)置選項(xiàng)包括APN名稱、類型、代理、端口、用戶名、密碼、漫游協(xié)議等。通常在手機(jī)上配置專用APN技術(shù)方案可以實(shí)現(xiàn)集團(tuán)客戶通過無線網(wǎng)絡(luò)訪問內(nèi)部局域網(wǎng)[4]。為實(shí)現(xiàn)APN專網(wǎng)接入建議采用APN隧道方式，即用戶路由器與移動(dòng)運(yùn)營商核心網(wǎng)絡(luò)建立隧道，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端設(shè)備與用戶內(nèi)網(wǎng)的連通訪問。隧道技術(shù)(Tunneling)是一種通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)之間傳遞數(shù)據(jù)的方式。使用隧道傳遞的數(shù)據(jù)(或負(fù)載)可以是不同協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包[5]。一般常用的隧道封裝方式有兩種，一種是通用路由封裝(Generic Route Encapsulation，GRE)隧道協(xié)議，另一種是第2層隧道協(xié)議(Layer 2 Tunnel Protocol，L2TP)。兩種協(xié)議都可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的外聯(lián)，但相比之下GRE隧道協(xié)議配置較為簡單，缺乏加密和認(rèn)證機(jī)制；而L2TP提供較高的身份認(rèn)證和安全性，支持多協(xié)議傳輸、Radius認(rèn)證服務(wù)器驗(yàn)證、IP分配等功能。同時(shí)APN支持漫游功能，如果業(yè)務(wù)需要跨越不同省份，可考慮使用此方案。在實(shí)際建設(shè)中使用基于L2TP的APN接入是較為安全可靠的方案。最終每臺(tái)終端都需要安裝SIM卡，配置搭建完成的APN即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)的傳輸。

3.2.3 安全保護(hù) 在4G專網(wǎng)建設(shè)中，雖然提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力，但是其安全性十分重要。數(shù)據(jù)是通過4G網(wǎng)絡(luò)傳入內(nèi)網(wǎng)，不僅包含語音功能，還包括護(hù)理相關(guān)的大量關(guān)鍵醫(yī)療數(shù)據(jù)?？稍谥鞲蓚鬏斊脚_(tái)采用具備自動(dòng)迂回能力的環(huán)網(wǎng)，盡可能保證專用網(wǎng)絡(luò)具備雙路由備份功能[6]。當(dāng)一條路由出現(xiàn)故障時(shí)可自動(dòng)切換至另一條數(shù)據(jù)鏈路，以保證醫(yī)療服務(wù)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)中，必須做好安全防護(hù)，將防火墻、防毒墻部署在4G網(wǎng)絡(luò)入口處，增加網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控策略，定期抓取日志并分析。此外可在交換機(jī)中劃分VLAN再接入4G，可對數(shù)據(jù)流進(jìn)行更好地控制，防止地址解析協(xié)議(Address Resolution Protocol，ARP)攻擊。

3.3 軟件設(shè)計(jì)與功能優(yōu)化

可以使用3套方案，一是通過EDA中自帶的即按即通(Push to Talk，PTT)功能，結(jié)合新增呼叫系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能完成呼叫溝通；二是完成移動(dòng)終端中的無線護(hù)理軟件與呼叫系統(tǒng)對接工作；三是混合模式，將方案作為兩個(gè)步驟按順序完成。3種軟件設(shè)計(jì)方案對比，見表1。

表1 軟件設(shè)計(jì)方案對比

PTT是一種移動(dòng)電話服務(wù)，實(shí)現(xiàn)類似對講機(jī)的功能。其優(yōu)勢在于可以在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)對講，不受距離影響。根據(jù)移動(dòng)運(yùn)營商測試顯示在3G網(wǎng)絡(luò)條件下其時(shí)間延時(shí)為0.1～0.3秒。安裝在EDA上的無線護(hù)理軟件是實(shí)現(xiàn)醫(yī)療護(hù)理活動(dòng)中“三查七對”的主要移動(dòng)掃碼工具，如果實(shí)現(xiàn)無線護(hù)理系統(tǒng)與呼叫系統(tǒng)對接，可以方便護(hù)士在進(jìn)行護(hù)理工作時(shí)及時(shí)與對應(yīng)患者溝通?？紤]到無線護(hù)理軟件對接開發(fā)周期較長，可先使用呼叫系統(tǒng)提供的APP對講功能完成呼叫系統(tǒng)APP與EDA的適配。由于EDA的Android版本不統(tǒng)一，在呼叫系統(tǒng)APP與EDA的適配過程中需要呼叫系統(tǒng)廠商的配合。

3.4 應(yīng)用效果

測試過程中已實(shí)現(xiàn)呼叫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、4G專網(wǎng)建設(shè)和PTT對講。在未來的建設(shè)中，按照上述步驟需要在住院部各科室完成建設(shè)工作。應(yīng)進(jìn)一步考慮安全性，制定移動(dòng)終端操作規(guī)范，定期巡查終端；對專線網(wǎng)絡(luò)定期檢查，分析數(shù)據(jù)流量是否正常。在個(gè)人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant，PDA)上打開軟件后，根據(jù)護(hù)士所在科室進(jìn)入患者列表，點(diǎn)擊列表右側(cè)的電話按鈕即可撥通對應(yīng)患者的呼叫器。當(dāng)患者呼叫護(hù)士站時(shí)EDA會(huì)顯示提醒，護(hù)士通過任一EDA終端接聽。由于數(shù)據(jù)暫未接入，所以在后臺(tái)暫時(shí)配置一些虛擬數(shù)據(jù)，以供測試使用。

4 結(jié)語

本文主要探討基于物聯(lián)網(wǎng)的物物互聯(lián)思想，將傳統(tǒng)的呼叫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化并與移動(dòng)終端和護(hù)理軟件對接，以實(shí)現(xiàn)醫(yī)患、護(hù)患、醫(yī)護(hù)間的雙向?qū)崟r(shí)語音溝通。未來在技術(shù)和硬件不斷升級的基礎(chǔ)上物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)信息技術(shù)將會(huì)在醫(yī)療服務(wù)中發(fā)揮越來越重要的作用。