基于床旁智能交互的未來病房醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

曹霆

摘 要：為了提升醫(yī)療服務(wù)品質(zhì)，樹立以“患者為中心”的醫(yī)療信息服務(wù)理念，改善患者對醫(yī)院環(huán)境和醫(yī)護(hù)工作的滿意度，構(gòu)建未來智慧病房醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)逐漸成為必不可少的環(huán)節(jié)。其核心就是建立床旁智能交互信息系統(tǒng)并將其應(yīng)用范圍推廣到全院病房，該系統(tǒng)的主要功能涵蓋患者信息交互、呼叫應(yīng)答、患者醫(yī)療信息床旁呈現(xiàn)與查詢、全病程管理、健康宣教、院內(nèi)導(dǎo)航、床旁護(hù)理、床旁支付。

關(guān)鍵詞：床旁系統(tǒng)；智慧病房；全病程管理；視頻交互

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

2016年8月，由國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）及國家衛(wèi)生與計劃生育委員會規(guī)劃信息司專項課題《國家智慧醫(yī)療專項研究項目》支持下的研究成果《國家智慧醫(yī)療評價指標(biāo)體系的構(gòu)建》在《中國醫(yī)院》刊登，該研究成果對智慧醫(yī)療的應(yīng)用及影響因素進(jìn)行分析，并構(gòu)建國家智慧醫(yī)療評價指標(biāo)體系。該文主要介紹了在該評價指標(biāo)體系的指導(dǎo)下，我院病房以已經(jīng)完成上線的PDA應(yīng)用為主要手段的移動護(hù)理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建以床旁智能交互為核心的未來病房醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)加強了患者與醫(yī)護(hù)人員的互動交流，增強患者對自身治療過程的參與感，從而使患者能夠更好地配合各項醫(yī)療安排，構(gòu)建良好的醫(yī)患關(guān)系。

1 系統(tǒng)設(shè)計

未來病房是以床旁智能交互系統(tǒng)為核心平臺，依托成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)出基于智能平板的物理呼叫系統(tǒng)、無線物聯(lián)網(wǎng)掃描槍、醫(yī)護(hù)識別工卡、輸液報警器、嬰兒識別標(biāo)簽、生命體征采集等各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；同時以智能交互終端為一站式信息服務(wù)平臺，通過便捷的軟硬件對接，拓展床旁醫(yī)護(hù)、營養(yǎng)點餐、電子交班、床旁智能支付等軟件應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)將醫(yī)院各種信息管理系統(tǒng)通過醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)與床旁智能終端連接，實現(xiàn)了醫(yī)生在病床邊實時查詢病人的基本信息、醫(yī)囑信息、生命體征等功能，可快速檢索病人的護(hù)理、檢查、化驗等臨床檢查報告信息。系統(tǒng)合理、充分地利用HIS的數(shù)據(jù)資源，以適當(dāng)?shù)某杀緦崿F(xiàn)了HIS向病房的擴展和延伸，極大地推動了醫(yī)院的信息化建設(shè)，為病人和醫(yī)生提供了更友好和實用的服務(wù)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 總體技術(shù)架構(gòu)

床旁智能交互系統(tǒng)以部署在院內(nèi)服務(wù)器上的后臺軟件為核心，深度對接醫(yī)院各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，借助大量模塊化服務(wù)引擎，輔以嚴(yán)格的安全與身份驗證控制，解決高并發(fā)精準(zhǔn)推送的問題，得以實現(xiàn)高效的推送服務(wù)。同時，以床旁智能交互終端的應(yīng)用為主要內(nèi)容的輸出渠道，以通過PC瀏覽器登錄的后臺管理系統(tǒng)為主要內(nèi)容，管理渠道和設(shè)備運行維護(hù)的監(jiān)控窗口，為患者、家屬、醫(yī)生、護(hù)士、運維人員和醫(yī)院管理者提供全方位的病房信息化服務(wù)。為了實現(xiàn)上述服務(wù)的設(shè)計目標(biāo)，構(gòu)建床旁智能交互系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

2.2 前后端分離設(shè)計

床旁智能交互系統(tǒng)服務(wù)端采用前后端分離的設(shè)計方式，通過Nginx處理前后端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)來平衡服務(wù)器負(fù)載，達(dá)到在保證業(yè)務(wù)相對獨立的基礎(chǔ)上，增強系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理能力的效果，同時保證設(shè)備及系統(tǒng)易于維護(hù)和擴展。

2.3 安全可靠的推送服務(wù)

MQTT協(xié)議是為保證大量計算能力有限，且工作在低帶寬、不可靠的網(wǎng)絡(luò)下的遠(yuǎn)程傳感器和控制設(shè)備正常運作而設(shè)計的協(xié)議，即使在弱網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下也可以有效保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、可靠。床旁智能交互系統(tǒng)推送服務(wù)使用的是基于MQTT協(xié)議的EMQTT消息服務(wù)器。相比于傳統(tǒng)的消息服務(wù)器，EMQTT消息傳輸具有延時低、跨平臺、擴展性好、部署維護(hù)容易的特點。該服務(wù)器可以穩(wěn)定承載大規(guī)?？蛻舳诉B接，單服務(wù)器節(jié)點支持50萬～100萬的連接數(shù)量。

2.4 簡單高效的數(shù)據(jù)持久化框架

床旁智能交互系統(tǒng)采用MyBatis數(shù)據(jù)持久化框架，主要著力于 POJO 與 SQL 之間的映射關(guān)系。通過映射配置文件，將SQL所需的參數(shù)以及返回的結(jié)果字段映射到指定POJO。相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫持久化框架，MyBatis可以進(jìn)行更為細(xì)致的SQL優(yōu)化，減少查詢字段，更為簡單高效。

2.5 成熟的安全機制

在床旁智能交互系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境部署中，通過網(wǎng)閘將網(wǎng)絡(luò)隔離為公網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)2個部分，床旁設(shè)備均部署在醫(yī)院的內(nèi)網(wǎng)環(huán)境中。

網(wǎng)閘遵循單一服務(wù)原則、定向交換原則、不支持協(xié)議解析原則這3個基本安全原則，從物理上實現(xiàn)對內(nèi)外網(wǎng)的隔離，即內(nèi)網(wǎng)無法直接訪問外網(wǎng)，外網(wǎng)也無法直接訪問內(nèi)網(wǎng)。內(nèi)外網(wǎng)的信息交互必須通過網(wǎng)閘。同時，網(wǎng)閘還可以通過黑白名單對交互進(jìn)行限制，從而保證了院內(nèi)數(shù)據(jù)的安全性。

在內(nèi)網(wǎng)環(huán)境中，床旁設(shè)備所有的數(shù)據(jù)交互（包括第三方數(shù)據(jù)）必須經(jīng)過床旁智能交互系統(tǒng)的服務(wù)端。服務(wù)端使用Spring Security軟件安全框架，從權(quán)限和授權(quán)2個維度保證數(shù)據(jù)獲取的安全可控，同時使用HTTPS協(xié)議保證傳輸安全可靠。

2.6 采用MVP模式進(jìn)行開發(fā)

MVP是Model（數(shù)據(jù)） View（界面）- Presenter（表現(xiàn)層）的縮寫，它是MVC架構(gòu)的變種，強調(diào)Model和View的最大化解耦合單一職責(zé)原則。區(qū)別于傳統(tǒng)的MVC結(jié)構(gòu)，MVP結(jié)構(gòu)簡化了View層的復(fù)雜度，提高了View層對模型數(shù)據(jù)的訪問效率。簡化了系統(tǒng)的規(guī)模和資源開銷的同時，提高了系統(tǒng)的靈活性和擴展性，使系統(tǒng)易于維護(hù)。MVP模式的簡單示意圖如圖3所示。

3 實現(xiàn)方案

3.1 基礎(chǔ)硬件環(huán)境

服務(wù)端的硬件組成主要包括文件服務(wù)器、視頻通信服務(wù)器、測試服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。上述服務(wù)器均可通過醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)以WebService接口方式與HIS系統(tǒng)實現(xiàn)信息交互?？蛻舳说挠布愋椭饕谢颊叨似桨?、護(hù)士端電話機、門牌平板、探視平板和醫(yī)院管理用臺式機。硬件設(shè)備間交互關(guān)系如圖4所示。

3.2 內(nèi)外網(wǎng)部署

服務(wù)器與醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS/LIS/PACS）數(shù)據(jù)通過網(wǎng)閘和前置機實時交互，并通過網(wǎng)閘和前置機查詢業(yè)務(wù)流程所需的數(shù)據(jù)，服務(wù)器也可以通過前置機將信息送到醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS/LIS/PACS），由HIS系統(tǒng)直接完成寫庫操作。

當(dāng)外網(wǎng)需要有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)網(wǎng)時，外網(wǎng)接口地址以映射的方式對應(yīng)內(nèi)網(wǎng)地址，外網(wǎng)接口單元與隔離接口單元建立映射關(guān)系，同時保證內(nèi)網(wǎng)的安全（隱藏），將服務(wù)器與隔離1控制單元中的數(shù)據(jù)交換區(qū)（前置機）進(jìn)行連接與數(shù)據(jù)交互。

該安全通信方案在保持內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)物理隔離的同時，能夠在這2個不同安全等級的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行實時的、適度的、可控的數(shù)據(jù)交換和應(yīng)用服務(wù)?；诰W(wǎng)閘設(shè)計的目的，在隔離內(nèi)外網(wǎng)業(yè)務(wù)連接的前提下，實現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)交換。也就是協(xié)議落地，數(shù)據(jù)交換，從而保障通信安全。前置機實現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的隔離，外界只能訪問前置機，無法直接訪問醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS/LIS/PACS），從而保障了醫(yī)院數(shù)據(jù)層面的安全。

3.3 設(shè)備管理

通過后臺管理系統(tǒng)的管理員菜單，管理員及醫(yī)護(hù)人員可以實時監(jiān)控正在院內(nèi)運行的所有設(shè)備的運行狀態(tài)，能夠控制終端系統(tǒng)進(jìn)行批量重啟和靜默升級。

護(hù)士可以在后臺統(tǒng)一為終端設(shè)備配置信息，象維護(hù)患者護(hù)理信息、管理推送接受消息、增添刪除宣教資料。

3.4 系統(tǒng)安全設(shè)計

3.4.1 內(nèi)外網(wǎng)隔離的安全性

在網(wǎng)絡(luò)部署中，通過網(wǎng)閘將網(wǎng)絡(luò)隔離為公網(wǎng)和醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)兩個部分。網(wǎng)閘設(shè)計的目的是在隔離內(nèi)外網(wǎng)業(yè)務(wù)連接的前提下，實現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)閘有以下3個安全設(shè)計的基本原則。

3.4.2 單一服務(wù)原則

只完成數(shù)據(jù)文件的交換（象只完成文件形式的數(shù)據(jù)交換），其他的服務(wù)一律關(guān)閉。采用文件級交換，而不是數(shù)據(jù)包級交換，是因為文件相對信息完整，避免蠕蟲式的分片隱藏。

3.4.3 定向交換原則

在數(shù)據(jù)交換時指定接收人、發(fā)送人。指定了內(nèi)外網(wǎng)的發(fā)送人與接收人，數(shù)據(jù)交換就只能提供點到點的數(shù)據(jù)交換服務(wù)，方便數(shù)據(jù)交換的審計，也方便了問題定位到源頭，避免第三者冒充、截獲信息重放等攻擊的發(fā)生。

3.4.4 不支持協(xié)議解析原則

網(wǎng)閘不支持應(yīng)用協(xié)議解析，不透傳業(yè)務(wù)應(yīng)用，只進(jìn)行文件數(shù)據(jù)的擺渡，對于HTTP、SMTP、FTP等協(xié)議無法通過，數(shù)據(jù)庫的訪問就更加不能通過，網(wǎng)閘只起到數(shù)據(jù)的擺渡，不支持應(yīng)用的互通。應(yīng)用協(xié)議的終止，讓入侵、攻擊徹底失去了傳播的載體。

3.5 運維模式

采取互聯(lián)網(wǎng)迭代模式對床旁智能交互系統(tǒng)進(jìn)行運維。該模式通過互聯(lián)網(wǎng)互通、互聯(lián)、共享的平臺特點，集成多方需求，對產(chǎn)品的功能進(jìn)行優(yōu)化。與傳統(tǒng)的項目制運維模式相比，2種模式各有其優(yōu)勢?；ヂ?lián)網(wǎng)迭代模式的反饋時間較長，但是所提供的解決方案更加完善、全面，有效降低對原有功能的異常影響。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 呼叫管理模塊

該模塊旨在為醫(yī)院提供全方位的醫(yī)護(hù)呼叫解決方案，其子功能模塊包括患者-護(hù)士呼叫應(yīng)答、患者-醫(yī)生呼叫應(yīng)答、患者-家屬呼叫應(yīng)答（探視）、護(hù)士-醫(yī)生呼叫應(yīng)答、信息呈現(xiàn)及查詢。此模塊的架構(gòu)如圖5所示。

4.2 健康宣教模塊

健康宣教是確?；颊唔樌祻?fù)的重要環(huán)節(jié)，也是護(hù)士日常工作的一項重點，是維系醫(yī)護(hù)患三方良好關(guān)系的關(guān)鍵因素之一。針對國內(nèi)醫(yī)院宣教信息傳達(dá)效率不高的現(xiàn)狀，床旁智能交互系統(tǒng)通過信息化技術(shù)，將健康宣教資源匯集到病床旁，為健康宣教內(nèi)容的傳達(dá)提供新的渠道，提升健康宣教的效率。

4.3 全病程管理

床旁智能交互系統(tǒng)深度直連醫(yī)院內(nèi)部系統(tǒng)，確保呈現(xiàn)給患者的信息及時且準(zhǔn)確。通過醫(yī)囑智能提取技術(shù)，系統(tǒng)可以將各類新開醫(yī)囑及醫(yī)囑變更內(nèi)容進(jìn)行有效提取并分類。結(jié)合智能消息提醒功能，系統(tǒng)會自動推送相關(guān)消息到床旁智能交互終端上，方便患者讀取。當(dāng)日推送的待辦事項將以待辦事項清單的形式呈現(xiàn)給患者，患者可以通過點擊平板上的相關(guān)圖標(biāo)反復(fù)調(diào)取查看。且智能消息提醒支持語音朗讀功能，方便患者知悉消息。全病程管理模塊的界面設(shè)計如圖6所示。

通過床旁智能交互系統(tǒng)的全病程管理功能，能夠幫助患者在住院過程中，對于自身的治療、康復(fù)病程安排充分知悉，減少焦慮，從而使患者能更好地配合醫(yī)護(hù)人員展開工作，更好地參與到醫(yī)療過程和治療決策當(dāng)中。

4.4 視頻探視

通過床旁智能交互系統(tǒng)，在無須額外布線及部署監(jiān)控攝像頭的情況下，患者通過床旁智能交互終端，能夠與探視間內(nèi)探視終端旁的家人朋友進(jìn)行視頻交流。探視人員可以通過探視終端進(jìn)行探視預(yù)約、視頻探視相關(guān)操作。床旁智能交互終端和探視終端雙向直連，提供高清畫面與實時語音?？紤]到實際情況，即使探視申請已通過，患者端也可以通過點擊平板上的按鈕來拒絕接受視頻探視。且護(hù)士可以監(jiān)控探視狀況，如果患者情緒與身體狀況不適合繼續(xù)進(jìn)行視頻探視，護(hù)士可以通過后臺強制終止視頻探視。院內(nèi)視頻探視功能輔助病區(qū)合理安排探視流程，節(jié)省人力成本開銷，削減煩瑣探視流程，避免過多家屬涌入病房而給醫(yī)院的正常的監(jiān)護(hù)工作帶來影響。院內(nèi)視頻探視流程如下：1）來訪人員通過探視終端輸入來訪人員、被訪患者、探視時間等信息，進(jìn)行視頻探視申請。2）護(hù)士通過PC后臺對探視申請進(jìn)行審批。3）審批通過后，來訪人員在約定的時間內(nèi)與患者進(jìn)行探視視頻。4）探視結(jié)束。

4.5 院內(nèi)導(dǎo)航

床旁智能交互系統(tǒng)支持院內(nèi)導(dǎo)航功能，該系統(tǒng)通過集成醫(yī)院現(xiàn)有樓層科室布局信息，可定制化開發(fā)醫(yī)院室內(nèi)地圖，在后臺系統(tǒng)部署智能運算模塊，患者及其家屬只需輸入起始地點和到達(dá)地點，系統(tǒng)即可為患者及其家屬規(guī)劃出最短及最少耗時路線，通過手機掃描屏幕上的二維碼，即可將地圖路徑同步至手機端，從而減少護(hù)士站的問詢工作并提升就醫(yī)體驗。該模塊的整體設(shè)計架構(gòu)如圖7所示。

4.6 生活服務(wù)擴展

床旁智能交互系統(tǒng)作為醫(yī)護(hù)患三方的信息交互平臺，還是提供便利的生活服務(wù)獲取窗口，將院內(nèi)小賣部所提供的生活用品購買、醫(yī)用耗材購買、輪椅租賃、輔助器材購買等各類服務(wù)延伸至床旁，讓患者伸手便能一鍵獲取。

通過前置接口機實現(xiàn)醫(yī)院院內(nèi)信息的統(tǒng)一、內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)的交互，網(wǎng)閘用來有效控制和保障醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全。同時，醫(yī)院可選擇開放一個公網(wǎng)IP并開放網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)數(shù)據(jù)查詢寫入接口，若不愿意開放外網(wǎng)，也可以做院內(nèi)的一些生活服務(wù)擴展，象院內(nèi)的小賣部購物、院內(nèi)點餐等。通過與床旁智能交互系統(tǒng)開放的軟件平臺做深度互聯(lián)，即可接入豐富的第三方生活應(yīng)用。以護(hù)工聘請為例，患者通過床旁智能交互終端即可獲取護(hù)工信息、查詢護(hù)工評價。患者可以憑借床旁智能交互終端呈現(xiàn)的客觀、透明的信息來選取合適的護(hù)工人員。

5 結(jié)論

近半年的系統(tǒng)建設(shè)實施和試點科室實踐表明：構(gòu)建基于床旁智能交互的未來病房醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)，讓病房醫(yī)護(hù)人員的系統(tǒng)操作更加方便快捷，大大提高了工作效率。此外，徹底顛覆了傳統(tǒng)病房的概念，豐富了病房內(nèi)患者的視聽感受，住院就診患者的滿意度有了極大的提高，一定程度上改善了醫(yī)患關(guān)系。

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