物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧醫(yī)院中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)

常立強(qiáng)， 張 龍

(中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

《智慧醫(yī)院綜合評價指標(biāo)(2015版)》制定了智慧醫(yī)院評價指標(biāo)體系總體框架，成為最早指導(dǎo)全國各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)開展智慧醫(yī)院建設(shè)的基本評價體系，為智慧醫(yī)院的建設(shè)指明了方向。近年，《全國醫(yī)院信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范(試行)》(2018)《醫(yī)院智慧服務(wù)分級評估標(biāo)準(zhǔn)體系(試行)》(2019)等建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和評估體系陸續(xù)頒布，為智慧醫(yī)院的建設(shè)提供了更明確的評估方法和更高的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。醫(yī)療建筑工程正沿著智慧型醫(yī)院標(biāo)準(zhǔn)體系加快建設(shè)或轉(zhuǎn)型升級。

物聯(lián)網(wǎng)作為近年來的新興技術(shù)之一，由于其高效性、準(zhǔn)確性、靈活性、智能性等優(yōu)勢，已在新型智慧醫(yī)院中得到廣泛應(yīng)用，同時也成為智慧醫(yī)院評價體系中的重要考核指標(biāo)。2020年4月20日，由國家發(fā)改委首次明確的“新基建”范圍，同樣也重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要性。如何做好物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在智慧醫(yī)院中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、響應(yīng)國家政策、建設(shè)完善的智慧服務(wù)信息系統(tǒng)，在智慧醫(yī)療、智慧護(hù)理、智慧患者、智慧管理、智慧后勤、智慧保障等方面發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢，使之成為改善患者就醫(yī)體驗(yàn)、開展全生命周期健康管理的有效工具，已成為當(dāng)下智慧醫(yī)院建設(shè)的重要研究方向之一。

1 醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡介

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的誕生

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)的概念最先由英國科學(xué)家Ashton教授提出，是指將無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施(包括“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)與數(shù)控系統(tǒng)、智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等)和“外在使能”的(如貼上RFID標(biāo)簽的資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人與車輛等)智能化物件、動物或“智能塵埃”，通過各種有線/無線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、應(yīng)用集成等功能，在內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制，提供安全可控乃至個性化的實(shí)時在線監(jiān)測、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面等管理和服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、安全、環(huán)保的“管、控、營”一體化。

1.2 醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與成熟，其在醫(yī)院建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)主要是將各種與醫(yī)學(xué)服務(wù)活動相關(guān)的人或物，進(jìn)行信息的交互、傳輸、分析和共享。通過感知醫(yī)學(xué)服務(wù)對象，采集各類需要的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對醫(yī)學(xué)服務(wù)活動的實(shí)時動態(tài)監(jiān)控、連續(xù)跟蹤管理和精準(zhǔn)的醫(yī)療健康決策。根據(jù)使用維度的不同，智慧醫(yī)院中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景也多種多樣，其主要的應(yīng)用場景見表1所示。

智慧醫(yī)院中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要應(yīng)用場景 表1

2 醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用頻譜

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧醫(yī)院應(yīng)用中主要使用的幾種通訊技術(shù)為RFID、ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa、WMTS。不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有著不同的通訊技術(shù)和應(yīng)用頻譜，而應(yīng)用頻譜則影響物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)形式、應(yīng)用終端的接入方式等。因此，了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用頻譜，有助于理解醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)形式，對方案設(shè)計(jì)起到技術(shù)支撐作用。醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)各主要應(yīng)用場景、工作頻譜及通訊技術(shù)見表2所示。

醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要應(yīng)用場景、頻譜、通訊技術(shù) 表2

從表2中可以看出，智慧醫(yī)院的應(yīng)用場景工作頻率集中在125k～5GHz，其系統(tǒng)的搭建應(yīng)考慮覆蓋以上通訊頻率，以滿足醫(yī)院對應(yīng)用場景的靈活配置需求。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)(即物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺)的搭建，需要解決的核心問題就是通過系統(tǒng)頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)與建設(shè)，將通訊標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、工作頻譜不統(tǒng)一的末端設(shè)備及設(shè)施進(jìn)行互聯(lián)互通，構(gòu)建統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營平臺，實(shí)現(xiàn)智慧醫(yī)院“人與物”的物聯(lián)化、互聯(lián)化、智能化。

目前主流的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)有3種解決方案，下文筆者對3種方案及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡單的介紹與分析，以便設(shè)計(jì)過程中可以更有針對性的選擇合適的系統(tǒng)架構(gòu)。

3.1 基于專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的解決方案

通過單獨(dú)建設(shè)一套超寬頻室內(nèi)信號分布系統(tǒng)，同時覆蓋多種智慧醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的工作頻譜和通訊協(xié)議，做到多網(wǎng)合一，其系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)鋱D見圖1。

圖1 基于專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

該方案最大的優(yōu)點(diǎn)是簡化了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，避免了各種應(yīng)用系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)，降低了整體運(yùn)營成本和維護(hù)成本，同時采用專用的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，可保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。但由于需要單獨(dú)設(shè)置一套專用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，前期投入較高且布線工程量大。

3.2 基于互聯(lián)網(wǎng)無線AP+物聯(lián)網(wǎng)基站的解決方案

利用院區(qū)無線內(nèi)、外網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)基站，搭建基于無線網(wǎng)絡(luò)的智慧醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)方案，其系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)鋱D見圖2。該方案利用綜合布線網(wǎng)絡(luò)搭建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是布線方式簡單、系統(tǒng)接入靈活、建設(shè)成本低；但由于很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用屬于后勤管理系統(tǒng)，院區(qū)內(nèi)、外網(wǎng)Wi-Fi無法覆蓋全部區(qū)域(如車庫)，且物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的頻段種類繁多，因此需要在無Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)區(qū)域增加獨(dú)立的物聯(lián)網(wǎng)基站，同時要求無線AP具備多個IoT擴(kuò)展槽以實(shí)現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。因此，該方案物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)同時利用了院區(qū)內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，減少了布線成本的同時，降低了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全性，但大量的物聯(lián)網(wǎng)基站會提高系統(tǒng)故障率，增加管理和維護(hù)成本。

圖2 基于互聯(lián)網(wǎng)AP+物聯(lián)網(wǎng)基站的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

3.3 基于物聯(lián)網(wǎng)攝像機(jī)的可視化物聯(lián)網(wǎng)解決方案

通過升級傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將部分?jǐn)z像機(jī)調(diào)整為物聯(lián)網(wǎng)攝像機(jī)，結(jié)合微基站、定位器等設(shè)備，在滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的同時，實(shí)現(xiàn)智慧醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)全園區(qū)無死角、無盲區(qū)覆蓋，其系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)鋱D見圖3。

圖3 基于物聯(lián)網(wǎng)攝像機(jī)的可視化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

該方案有效利用傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)閑置的接入帶寬，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建，其本質(zhì)仍然是利用TCP/IP協(xié)議的傳輸方式，與3.2的方案有類似之處。該方案優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的全程可視化，且網(wǎng)絡(luò)相對獨(dú)立、安全性較高；由于需要采用專門的物聯(lián)網(wǎng)攝像機(jī)，因此對攝像機(jī)的選擇具有一定的約束性，且在物聯(lián)網(wǎng)攝像機(jī)無法覆蓋的區(qū)域，需要增設(shè)微基站(如病房內(nèi))。

以上三種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)均為成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，且在醫(yī)院項(xiàng)目中具有較高的占有率，由于三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，筆者團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)院方的實(shí)際需求，結(jié)合各方案安全性、可靠性、可視化、造價高低等因素，合理地選擇物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建方案，做到系統(tǒng)技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)合理、功能齊全。

4 醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，除了滿足安全性、可靠性、穩(wěn)定性和基本的使用功能外，還應(yīng)考慮與醫(yī)院信息化系統(tǒng)的對接、分期建設(shè)、系統(tǒng)的開放與可擴(kuò)展性以及應(yīng)用終端選擇等實(shí)際需求等問題。

(1)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成平臺與醫(yī)院信息化系統(tǒng)的對接

醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景眾多，包含系統(tǒng)搭建方的應(yīng)用和第三方應(yīng)用，部分醫(yī)院還存在醫(yī)院自研的應(yīng)用系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)眾多應(yīng)用系統(tǒng)之間的各種數(shù)據(jù)交互、統(tǒng)一管理，應(yīng)搭建基于各種業(yè)務(wù)場景的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集成平臺，并能夠根據(jù)醫(yī)院的業(yè)務(wù)需要，與醫(yī)院HIS、LIS、PACS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、互聯(lián)互通。

(2)應(yīng)考慮系統(tǒng)分期建設(shè)需求

醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，應(yīng)根據(jù)醫(yī)院分期實(shí)施情況、資金投入、醫(yī)療業(yè)務(wù)需求等因素，考慮分區(qū)域或分期進(jìn)行應(yīng)用場景的配置，在系統(tǒng)建構(gòu)搭建的過程中，應(yīng)充分考慮遠(yuǎn)期物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，通過合理的頂層設(shè)計(jì)，對全院區(qū)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、按需配置，達(dá)到分步實(shí)施的可能，避免后期增加過多的系統(tǒng)、線路改造，失去物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性與智能化的特點(diǎn)。

(3)系統(tǒng)的開放性與可擴(kuò)展性

醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)有良好的開放性和可擴(kuò)展性，能夠靈活、方便地進(jìn)行硬件或軟件的擴(kuò)展和升級，以適應(yīng)系統(tǒng)規(guī)模和應(yīng)用功能的不斷完善和增加，滿足醫(yī)院日益增長的運(yùn)營需求。

(4)應(yīng)用終端設(shè)備的可選擇性

醫(yī)院物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)種類多樣，終端接入設(shè)備也在不斷更新和變化，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)不應(yīng)具有指定性或排他性，應(yīng)能適用于大多數(shù)廠家終端設(shè)備產(chǎn)品，便于業(yè)主進(jìn)行設(shè)備招采。

5 結(jié)束語