基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院智慧病房實(shí)踐

范霽月，景慎旗，王忠民，常翀，丁中正，劉云

（1.南京醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)信息學(xué)與管理研究所，江蘇 南京 211166；2.南京醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與信息學(xué)院，江蘇 南京 211166；3.南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院（江蘇省人民醫(yī)院），江蘇 南京 210096）

0 引言

目前，醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)正處于數(shù)字化的變革點(diǎn)[1]，從醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）、電子病歷（EMR）、臨床支持決策、院外的智能健康管理等信息系統(tǒng)到智能設(shè)備、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等，醫(yī)療信息化覆蓋及數(shù)據(jù)利用呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，醫(yī)療模式正從傳統(tǒng)向智能化轉(zhuǎn)變。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的迅猛發(fā)展，及其在醫(yī)療行業(yè)的深化應(yīng)用，智慧醫(yī)療迎來了發(fā)展新機(jī)遇[2]。充分利用這些技術(shù)進(jìn)行醫(yī)療資源優(yōu)化整合與協(xié)同共享，實(shí)現(xiàn)智慧醫(yī)療、智慧醫(yī)院的建設(shè)目標(biāo)，解決醫(yī)療環(huán)節(jié)中的實(shí)際問題是當(dāng)前信息化建設(shè)和研究的熱點(diǎn)問題[3]。

1 我院智慧病房的實(shí)踐

1.1 建設(shè)目標(biāo)

基于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬化與云計(jì)算等新技術(shù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外智慧醫(yī)療的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，為提高醫(yī)院病房的管理效率和服務(wù)水平，降低管理成本，提高病房管理的整體效率，建設(shè)契合臨床業(yè)務(wù)流程和實(shí)際需求的智慧病區(qū)。

1.2 現(xiàn)狀調(diào)研情況

調(diào)研以國(guó)家智慧醫(yī)療的建設(shè)要求：《全國(guó)醫(yī)院信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范（試行）》、《國(guó)家健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、安全和服務(wù)管理辦法（試行）》等政策文件為指南，結(jié)合本院醫(yī)療信息化應(yīng)用情況，通過訪談和實(shí)地考察等方式調(diào)研現(xiàn)階段病區(qū)信息化建設(shè)現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)流程，深入了解病區(qū)實(shí)際條件和醫(yī)護(hù)人員的切實(shí)需求，形成智慧病房需求清單。

調(diào)研中發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)階段，醫(yī)院已基本完成診療全過程的業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)和管理。但是，各種系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，面向上級(jí)醫(yī)師、下級(jí)醫(yī)師、護(hù)士等過程中，包括早交班、早查房、病人管理、日常診斷等有一系列的“痛點(diǎn)”亟待解決。如：（1）部分病房醫(yī)療設(shè)備仍為單機(jī)版，包括：心電監(jiān)護(hù)、耳溫、血壓等，數(shù)據(jù)利用困難，給醫(yī)護(hù)人員帶來大量的測(cè)量和錄入工作，同時(shí)無(wú)法保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性。（2）醫(yī)療環(huán)節(jié)具有地方分散的特點(diǎn)，發(fā)生在床邊、護(hù)士站或病區(qū)內(nèi)其他位置，但記錄醫(yī)療文書的方式具有一定的局限性，經(jīng)常通過二次錄入，耗費(fèi)大量人力資源，且無(wú)法完整記錄到系統(tǒng)中。（3）當(dāng)病人發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)，無(wú)法及時(shí)通知到相關(guān)人員，告警信息延遲。（4）患者信息分散，無(wú)法集中，存在信息碎片化等。（5）病區(qū)內(nèi)人員復(fù)雜，醫(yī)護(hù)患比較低，無(wú)法進(jìn)行全方面、高效率的診療服務(wù)和綜合管理等。

1.3 整體設(shè)計(jì)方案

針對(duì)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的系列問題，基于智慧醫(yī)療現(xiàn)在的應(yīng)用基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展[4]，同時(shí)，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和總體規(guī)劃，統(tǒng)籌智慧病房建設(shè)。最終形成智慧病區(qū)總體解決方案，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)住院服務(wù)向智慧服務(wù)的模式轉(zhuǎn)變，如圖1。

圖1 智慧病房設(shè)計(jì)思路

該方案主要以患者為中心，圍繞患者、醫(yī)護(hù)、設(shè)備、病區(qū)四個(gè)方面，共包括10 個(gè)應(yīng)用模塊：人臉識(shí)別模塊、智慧護(hù)士臺(tái)工作站、病區(qū)綜合分析展示平臺(tái)、床邊智能交互系統(tǒng)、患者實(shí)時(shí)定位、智能地面標(biāo)識(shí)、智能輸液輔助、智能采集系統(tǒng)、醫(yī)生信息通知系統(tǒng)、移動(dòng)語(yǔ)音工作站，如圖2。

圖2 智慧病房系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.4 核心應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)是現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字投影[5]，它無(wú)處不在，其作用是在不改變?cè)O(shè)備的原有用途前提下優(yōu)化其應(yīng)用。隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，它已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在生活當(dāng)中，比如上車前遠(yuǎn)程開空調(diào)，比如智能音箱接受語(yǔ)音指令播放曲目或回答問題。

醫(yī)院行業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，早在2006 年就開始了建設(shè)探索的歷程[6]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用是建立智慧醫(yī)療，促進(jìn)醫(yī)院信息化發(fā)展的重要一步，它是一個(gè)泛在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，關(guān)系到醫(yī)院機(jī)構(gòu)中的組織、人員、設(shè)備、物資等等各方面。它主要包含感知、網(wǎng)絡(luò)、傳輸三層架構(gòu)，其后根據(jù)不同機(jī)構(gòu)、業(yè)務(wù)場(chǎng)景等個(gè)性化需求進(jìn)行功能模塊設(shè)計(jì)[7]。

1.4.1 體征數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集

在醫(yī)療環(huán)節(jié)中，醫(yī)護(hù)人員常常需要借助醫(yī)療設(shè)備、工具來采集醫(yī)療數(shù)據(jù)、輔助診療[8]。以心電監(jiān)護(hù)為例，現(xiàn)有監(jiān)護(hù)模式采用護(hù)理人員人工定時(shí)巡視的方式，到患者床旁查看監(jiān)護(hù)設(shè)備信息，并采用紙質(zhì)抄錄，二次錄入電子病歷中保存。由于病區(qū)患者人數(shù)多，醫(yī)護(hù)比例嚴(yán)重不足，監(jiān)護(hù)帶來巨大的工作量的同時(shí)，也難免存在“真空”時(shí)間，導(dǎo)致緊急情況下，患者不能得到及時(shí)、有效的救治，造成病情延誤?；颊叩谋O(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)，特別是危重、術(shù)后患者，監(jiān)護(hù)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，診斷率高，不間斷的監(jiān)護(hù)對(duì)治療有非常關(guān)鍵的指導(dǎo)價(jià)值，避免發(fā)生不必要的、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高、費(fèi)用昂貴、創(chuàng)傷面大、效果弱的診斷和治療措施。同時(shí)，海量的監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)為后期臨床的數(shù)據(jù)利用、分析和疾病研究打下基礎(chǔ)，而現(xiàn)階段斷點(diǎn)式的記錄數(shù)據(jù)并無(wú)法滿足要求，如圖3。

圖3 數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集平臺(tái)架構(gòu)

智慧病房將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)延伸至醫(yī)療設(shè)備中，建設(shè)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集平臺(tái)。平臺(tái)設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖3 所示，基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)接傳感設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、二次數(shù)據(jù)處理，形成前端顯示。平臺(tái)主要包括心電監(jiān)護(hù)、體溫測(cè)量、血糖測(cè)量、體征監(jiān)護(hù)床墊、一體化自助測(cè)量、智能輸液輔助等多種病房常用體征測(cè)量項(xiàng)目，可以獲取包括臨床體征數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、設(shè)備運(yùn)行情況、設(shè)備故障、操作日志等多類數(shù)據(jù)；根據(jù)設(shè)定閾值判斷患者身體狀態(tài)，一旦數(shù)據(jù)超出正常范圍立即發(fā)送告警提醒值班人員；利用人工智能算法，結(jié)合采集系統(tǒng)長(zhǎng)期收集的患者體征數(shù)據(jù)，分析患者的身體狀況，并自動(dòng)給出看護(hù)建議；通過無(wú)線傳輸，數(shù)據(jù)自動(dòng)對(duì)接電子病歷、護(hù)理文書中，便于關(guān)聯(lián)護(hù)理評(píng)估，形成護(hù)理計(jì)劃等操作，進(jìn)行診療輔助。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集能夠?qū)⑨t(yī)護(hù)人員從大量、重復(fù)、瑣碎的工作中解放出來，減少測(cè)量、記錄等工作，使其更多的精力可以投身專業(yè)的診療的護(hù)理之中，優(yōu)化和整合業(yè)務(wù)流程，提高工作效率。其次，通過對(duì)完整設(shè)備信息的分析和利用，可以對(duì)醫(yī)療人員、設(shè)備資源實(shí)現(xiàn)高效配置，控制和降低醫(yī)療服務(wù)成本，使資源得到最大化的利用。同時(shí)，智能設(shè)備數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)控，幫助盡早發(fā)現(xiàn)問題，快遞干預(yù)。形成閉環(huán)的、過程安全可靠的、有記錄的臨床數(shù)據(jù)采集工作。降低由于二次抄錄或傳遞中產(chǎn)生差錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，從而避免或減少醫(yī)療質(zhì)量問題。

1.4.2 藍(lán)牙通信的患者實(shí)時(shí)定位

患者實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)通過藍(lán)牙定位標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)人員的定位和關(guān)注。其通過配備低功耗藍(lán)牙通信功能的Beacon 設(shè)備，Beacon 設(shè)備根據(jù)定位精度需求，按照一定間隔部署，確保目標(biāo)點(diǎn)實(shí)時(shí)都會(huì)有三個(gè)beacon 信號(hào)覆蓋，用戶智能設(shè)備掃描beacon 信號(hào)，并通過定位引擎處理得出目前用戶位置。室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)融合了UWB、慣導(dǎo)和視覺三種定位技術(shù)，定位精度達(dá)到厘米級(jí)、定位延遲小于100ms、位置和導(dǎo)航指令刷新率20Hz 以上、系統(tǒng)容量無(wú)限制的實(shí)時(shí)定位?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)患者、設(shè)備、醫(yī)護(hù)人員自動(dòng)定位導(dǎo)航[9]，見圖4。

圖4 患者實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

智慧病區(qū)通過給特定患者配備定位手環(huán)，如術(shù)后需特別護(hù)理、行動(dòng)不便、老年患者等，進(jìn)行院區(qū)范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)定位跟蹤，如果自行取下手環(huán)將進(jìn)行提示。醫(yī)護(hù)人員通過病區(qū)顯示大屏，可關(guān)注患者的實(shí)時(shí)位置、行動(dòng)軌跡等。當(dāng)患者超出診療活動(dòng)范圍或者在范圍內(nèi)出現(xiàn)特殊情況的時(shí)候，系統(tǒng)可以在最快的時(shí)間內(nèi)做出警報(bào)，通知醫(yī)護(hù)人員，準(zhǔn)備好最佳的治療方案。

1.4.3 基于人臉識(shí)別的智能身份識(shí)別

人臉識(shí)別技術(shù)[10]是基于人的臉部特征，通過提取每個(gè)人臉中所蘊(yùn)涵的身份特征，并將其與已知的人臉數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，從而達(dá)到識(shí)別身份的作用[11]。

基于人臉識(shí)別的智能身份管理建設(shè)基于IPv4 技術(shù)的智能監(jiān)控和人臉識(shí)別算法選型原則、特征庫(kù)建庫(kù)規(guī)則以及應(yīng)用接口標(biāo)準(zhǔn)等，建立適應(yīng)海量人臉信息的快速比對(duì)、分析、查詢的大數(shù)據(jù)分析服務(wù)，實(shí)現(xiàn)海量人像特征信息的匹配、識(shí)別、存儲(chǔ)與管理。并結(jié)合醫(yī)院實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的使用需求，提供多樣化的應(yīng)用環(huán)境，展現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)人臉比對(duì)識(shí)別的深入應(yīng)用效果。同時(shí)，基于該應(yīng)用建立授權(quán)訪問機(jī)制、安全管理制度、監(jiān)控管理體系，實(shí)現(xiàn)不同人群角色：醫(yī)護(hù)人員、患者及家屬、無(wú)關(guān)人員等，精確匹配，高效、快速的在不同應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)智能、統(tǒng)一的權(quán)限管理，更好的提供醫(yī)護(hù)服務(wù)和安全保障。

人臉識(shí)別認(rèn)證在智慧病房的主要應(yīng)用場(chǎng)景為：（1）智能門禁：病區(qū)入口處采用人臉識(shí)別進(jìn)行門禁管理，識(shí)別病區(qū)患者、家屬、醫(yī)生、護(hù)士、護(hù)工等，代替了專人進(jìn)行出入管理的工作，大大的節(jié)省人力資源，方便相關(guān)人員進(jìn)出病區(qū)。同時(shí)，更加有效的加強(qiáng)病區(qū)出入及探視管控等，更好提供醫(yī)護(hù)服務(wù)和安全保。（2）床旁交互系統(tǒng)的身份認(rèn)證：醫(yī)、護(hù)、患者可以通過人臉識(shí)別綁定不同賬戶、從而進(jìn)行角色管理、權(quán)限分配。醫(yī)護(hù)可查看或記錄其權(quán)限內(nèi)患者相關(guān)資料，記錄醫(yī)療信息，同時(shí)，患者利用人臉登陸床旁智能終端，查看自己的監(jiān)測(cè)信息、消息提醒、費(fèi)用查詢、訂餐服務(wù)、電子病歷等信息，保障患者隱私。（3）生命體征自助采集：患者通過人臉識(shí)別認(rèn)證其身份，確認(rèn)后可使用自助體征測(cè)量設(shè)備。在自助測(cè)量血壓、脈搏、身高、體重等診療所需要的體征信息后，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)上傳至電子病歷系統(tǒng)中，為診療提供及時(shí)、有效的數(shù)據(jù)，同時(shí)該認(rèn)證方式保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠，能有效減少護(hù)士每日大量、重復(fù)測(cè)量和記錄工作，見圖5。

圖5 人臉識(shí)別流程設(shè)計(jì)圖

1.5 應(yīng)用效果

在智慧病房的建設(shè)中，物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠發(fā)揮巨大的作用，實(shí)現(xiàn)了病區(qū)從傳統(tǒng)醫(yī)療模式向智慧醫(yī)療模式的轉(zhuǎn)變。

（1）切實(shí)解決醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員日常工作痛點(diǎn)、難點(diǎn)，優(yōu)化資源配置：智慧病房的建設(shè)改善了傳統(tǒng)醫(yī)療模式中存在的弊端，切實(shí)解決醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員日常工作痛點(diǎn)、難點(diǎn)。打破原本診療工作地點(diǎn)、方式的局限性，提供舒適、便捷、高效的工作環(huán)境。同時(shí)，將醫(yī)護(hù)人員從大量、重復(fù)、瑣碎的工作中解放出來，更多的投入專業(yè)的疾病診療、護(hù)理中，利用信息化實(shí)現(xiàn)智能的輔助。對(duì)人力資源、設(shè)備資源實(shí)現(xiàn)高效配置，優(yōu)化，與此同時(shí)整合業(yè)務(wù)流程，提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率，控制和降低醫(yī)療服務(wù)成本，使資源得到最大化的利用。

（2）提高醫(yī)療數(shù)據(jù)質(zhì)量，提供智能化服務(wù)：智慧病房能對(duì)患者健康狀況和醫(yī)療信息進(jìn)行智能自動(dòng)采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和利用，保證醫(yī)療數(shù)據(jù)的可信、標(biāo)準(zhǔn)、真實(shí)及完整，切實(shí)提升疾病診療、監(jiān)管、護(hù)理的效率和質(zhì)量；利用人臉識(shí)別對(duì)人員進(jìn)行職能識(shí)別、安全管控，有效改善患者就醫(yī)體驗(yàn)，保護(hù)患者隱私和病區(qū)安全，為患者提供更加智能化、高質(zhì)量、可持續(xù)的醫(yī)療服務(wù)。

（3）提高患者滿意度，提升醫(yī)院影響力：智慧病區(qū)的建立也是智慧醫(yī)療在醫(yī)院中深化應(yīng)用的示范工程，是落實(shí)國(guó)家關(guān)于智慧醫(yī)療政策的重要舉措，引領(lǐng)智慧醫(yī)療發(fā)展，實(shí)現(xiàn)基于醫(yī)療大數(shù)據(jù)的人工智能醫(yī)療體系，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院“圍繞患者的服務(wù)”和“圍繞醫(yī)院的服務(wù)”等多種服務(wù)功能的進(jìn)一步提升，對(duì)提升醫(yī)院影響力，提高患者的就醫(yī)滿意度具有具有重要意義。

2 討論與展望

智慧醫(yī)療是醫(yī)療行業(yè)發(fā)展的重要方向，物聯(lián)網(wǎng)、人臉識(shí)別、大數(shù)據(jù)、5G 等先進(jìn)技術(shù)在智慧病房的實(shí)際應(yīng)用中能夠發(fā)揮巨大的作用[12]，將為患者提供更便捷、更智能、更高質(zhì)的醫(yī)療服務(wù)?，F(xiàn)階段，我院的智慧病房的實(shí)踐還是示范化病區(qū)案例，還有很大的空間有待深入研究，智慧醫(yī)療的深化應(yīng)用和醫(yī)療信息的變革仍然任重而道遠(yuǎn)。