基于道閘管理的醫(yī)院疫情防控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張?bào)K，杜桂民

齊河縣人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備科 （山東德州 251100）

2019年12月，湖北省武漢市部分醫(yī)院陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了不明原因肺炎病例，后經(jīng)證實(shí)，該病是由一種新型冠狀病毒感染引起的，以發(fā)熱、乏力、干咳為主要表現(xiàn)的急性呼吸道傳染病，嚴(yán)重影響人民群眾的生命健康。為此，黨中央國(guó)務(wù)院高度重視，及時(shí)對(duì)全國(guó)疫情防控作出全面部署，組織全國(guó)醫(yī)療資源集中攻堅(jiān)，克服重重困難，在全國(guó)人民的通力配合下，將疫情牢牢控制住，顯示出社會(huì)主義體制的高度優(yōu)越性。隨后，國(guó)外疫情暴發(fā)肆虐，全球各地陸續(xù)出現(xiàn)“德?tīng)査薄皧W密克戎”等變異毒株，不時(shí)有境外輸入病例和國(guó)際貨物、冷鏈物流等引發(fā)國(guó)內(nèi)疫情的發(fā)生，我國(guó)“外防輸入、內(nèi)防反彈”的防控形勢(shì)十分嚴(yán)峻，因此，各地開(kāi)始實(shí)施常態(tài)化疫情管控措施。自新型冠狀病毒肺炎疫情暴發(fā)以來(lái)，我院作為縣級(jí)綜合公立醫(yī)院，承擔(dān)著服務(wù)全縣人民的任務(wù)，嚴(yán)格落實(shí)閉環(huán)管理措施，尤其是對(duì)出入口人員實(shí)行嚴(yán)格的體溫檢測(cè)、流行病史調(diào)查、健康碼和通行碼查驗(yàn)等。由于部分來(lái)我院就診的患者及陪護(hù)人員年齡偏大，無(wú)智能手機(jī)或未攜帶手機(jī)，無(wú)法注冊(cè)國(guó)家健康碼，因此，疫情初期只能以人工手寫(xiě)方式登記防疫篩查信息，記錄緩慢，且患者配戴口罩發(fā)音不清晰，需反復(fù)詢問(wèn)校對(duì)，極易造成人員擁堵及信息采集不準(zhǔn)確，增加疫情聚集性暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。為避免就診人員、本院職工或來(lái)訪人員在出入口的擁堵，消除人員聚集帶來(lái)的傳播隱患，保障疫情防控期間的醫(yī)療秩序，全力服務(wù)我院疫情防控工作，本研究利用物聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)閘機(jī)進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)了一套基于道閘管理的醫(yī)院疫情防控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了健康碼識(shí)別、紅外體溫檢測(cè)、身份證識(shí)別、人臉比對(duì)等核心功能，根據(jù)我院門(mén)診和病房的分布位置，將該系統(tǒng)在我院4個(gè)出入口應(yīng)用驗(yàn)證，提升了人員的通行管理效率，同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)進(jìn)出醫(yī)院人員的安全管理，現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)作如下介紹。

1 通道閘機(jī)管理系統(tǒng)

通道閘機(jī)管理系統(tǒng)通過(guò)聯(lián)合使用智能通道閘機(jī)與人臉識(shí)別設(shè)備系統(tǒng)，對(duì)人員出入通道進(jìn)行控制管理以及考勤管理，不僅可方便職工有序出入，還可杜絕外來(lái)人員隨意進(jìn)出。該系統(tǒng)將人臉識(shí)別功能集成到閘機(jī)中，對(duì)來(lái)訪人員進(jìn)行健康碼識(shí)別、人證比對(duì)，有助于加強(qiáng)疫情防控安全管理，適用于醫(yī)院、學(xué)校、政務(wù)部門(mén)等機(jī)構(gòu)；也可通過(guò)快速錄入人臉信息，創(chuàng)建安全可靠的人臉庫(kù)，用戶采用刷臉通行的方式，能解決忘帶工卡、盜刷等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)企業(yè)、商業(yè)、住宅等多場(chǎng)景門(mén)禁通行。根據(jù)我院門(mén)診樓、外科病房樓、內(nèi)科病房樓的位置和建筑特征（圖1），為滿足所有出入口全封閉管理的要求，根據(jù)各出入口人流量情況，在門(mén)診出入口設(shè)置2進(jìn)1出和1個(gè)人工通道，在急診出入口、外科出入口及內(nèi)科出入口各設(shè)置1進(jìn)1出和1個(gè)人工通道，為方便使用輪椅和病床的患者通過(guò)道閘，所有人工通道的寬度均達(dá)到1.5 m。

圖1 我院門(mén)診樓、外科病房樓、內(nèi)科病房樓位置和建筑特征

2 基于道閘管理的醫(yī)院疫情防控管理系統(tǒng)

2.1 總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)由前端硬件及后端平臺(tái)組成，通過(guò)前端硬件的健康碼識(shí)別、體溫檢測(cè)、身份證識(shí)別等多項(xiàng)管控手段，提升了進(jìn)出卡口的通行效率和安全管理能力，建立了安保手段全面、數(shù)據(jù)查詢精準(zhǔn)、人員可追溯的實(shí)名制智慧平臺(tái)；通過(guò)后端平臺(tái)的管理模塊可設(shè)置賬戶權(quán)限、管理區(qū)域等，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析并形成可視化報(bào)表；還可進(jìn)行異常預(yù)警設(shè)置，對(duì)異常人群進(jìn)行定位，并將信息上傳至管理系統(tǒng)；亦可精確查詢異常情況，追溯密切接觸人員。

2.1.1 前端硬件

前端硬件由測(cè)溫模塊、健康碼模塊及身份證模塊組成。測(cè)溫模塊具有體溫檢測(cè)和異常報(bào)警功能；健康碼模塊通過(guò)與國(guó)家信息中心大數(shù)據(jù)管理應(yīng)用中心對(duì)接，具有健康碼識(shí)別、人臉比對(duì)、異常報(bào)警和記錄功能；身份證模塊通過(guò)與國(guó)家信息中心大數(shù)據(jù)管理應(yīng)用中心對(duì)接，具有身份證識(shí)別、人臉比對(duì)、異常報(bào)警和記錄等功能。所有人員進(jìn)入院區(qū)，可選擇刷手機(jī)健康碼方式在掃碼器上方掃描個(gè)人手機(jī)上的健康碼，健康碼識(shí)別成功后，可通過(guò)與國(guó)家信息中心大數(shù)據(jù)管理應(yīng)用中心后臺(tái)的對(duì)接，獲取健康碼狀態(tài)信息及更新時(shí)間。若健康碼為綠色，閘機(jī)放行；若健康碼為黃色或紅色，或健康碼過(guò)期，閘機(jī)禁行，并語(yǔ)音提示健康碼異常，請(qǐng)走人工通道。已申請(qǐng)健康碼的人員，也可通過(guò)刷個(gè)人身份證進(jìn)行健康碼核驗(yàn)，測(cè)量體溫，做到留存信息。進(jìn)入院區(qū)所有出入口的人員均需進(jìn)行體溫檢測(cè)，體溫異常閘機(jī)禁行并觸發(fā)聲光預(yù)警，報(bào)警閾值可根據(jù)國(guó)家疫情防控要求設(shè)定為37.3 ℃[1]。

2.1.2 后端平臺(tái)

根據(jù)本平臺(tái)功能需求，本系統(tǒng)整體采用B/S 三層架構(gòu)，支撐平臺(tái)構(gòu)建全部采取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，全部產(chǎn)品均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。支撐平臺(tái)產(chǎn)品的構(gòu)架方式完全基于企業(yè)級(jí)應(yīng)用集成模式，各原始數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)集成與數(shù)據(jù)交換技術(shù)以通用的方式管理，因此能夠支持不同的上層應(yīng)用架構(gòu)，無(wú)論各數(shù)據(jù)庫(kù)在物理上是集中的還是分布在不同服務(wù)器上，均不會(huì)破壞平臺(tái)的統(tǒng)一性[2]。B/S 三層架構(gòu)是指前端表現(xiàn)層（Web Server）、應(yīng)用邏輯層（Application Server）和數(shù)據(jù)層（DB Server），見(jiàn)圖2。

圖2 B/S 三層架構(gòu)

通過(guò)數(shù)據(jù)的采集、加工和整合服務(wù)，進(jìn)行整理后，匯入統(tǒng)一的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，其處理過(guò)程可監(jiān)控、可回溯、可重新采集，系統(tǒng)詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)處理的原則和整合規(guī)則，提供編輯處理[3]。數(shù)據(jù)采集的對(duì)象主要包括通行人員的身份信息、體溫和健康碼狀態(tài)及位置信息。該系統(tǒng)采用了大量成熟技術(shù)，特別是結(jié)合了面向服務(wù)架構(gòu)和組件化設(shè)計(jì)的思路，應(yīng)用多層設(shè)計(jì)模型分離數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)邏輯和界面[4]，并采用門(mén)戶、電子表單等關(guān)鍵技術(shù)解決系統(tǒng)需要集成數(shù)據(jù)異構(gòu)及數(shù)據(jù)源的數(shù)量、格式不定等技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、（查詢分析）功能和界面3個(gè)層次的靈活定制。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)架構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)架構(gòu)

2.2 設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.2.1 設(shè)計(jì)過(guò)程

本研究以全國(guó)區(qū)域疫情風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)信息為基礎(chǔ)，集身份證掃描器、健康碼等身份識(shí)別設(shè)備、紅外體溫檢測(cè)設(shè)備于一體，以便于就診患者、陪護(hù)人員和本院職工快速通過(guò)各相關(guān)關(guān)口。該系統(tǒng)的工作流程見(jiàn)圖4：首先進(jìn)行健康碼或身份證識(shí)別，登記居民信息，同時(shí)調(diào)取疫情風(fēng)險(xiǎn)庫(kù)判斷風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別；若為低風(fēng)險(xiǎn)，記錄該人員注冊(cè)的健康碼信息，核對(duì)人臉信息并檢測(cè)體溫，體溫合格后放行；若為中風(fēng)險(xiǎn)，則語(yǔ)音提示進(jìn)行人工登記，填寫(xiě)流行病史，安排專業(yè)醫(yī)護(hù)組問(wèn)診處置；若為高風(fēng)險(xiǎn)，則語(yǔ)音報(bào)警提示，疫情防控人員啟動(dòng)疫情防控應(yīng)急預(yù)案處置，同時(shí)調(diào)查生活軌跡信息，并及時(shí)記錄保存，并將異常信息實(shí)時(shí)上傳至平臺(tái)，同時(shí)手機(jī)短信或后臺(tái)可進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，精確到具體時(shí)間和閘機(jī)。根據(jù)異常人員的出入記錄，查詢所有同區(qū)域進(jìn)出人員的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)密切接觸者的精準(zhǔn)追溯。

圖4 基于道閘管理的醫(yī)院疫情防控管理系統(tǒng)的工作流程

2.2.2 關(guān)鍵技術(shù)

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、二維碼識(shí)別技術(shù)、身份證識(shí)別技術(shù)、體溫檢測(cè)技術(shù)、構(gòu)件化的開(kāi)發(fā)方法、ASP.NET 開(kāi)發(fā)架構(gòu)六項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)是物與物、人與物之間的信息傳遞與控制，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、智能技術(shù)等。健康碼的本質(zhì)為承載了個(gè)人健康信息的二維碼，二維碼識(shí)別的主要過(guò)程為圖像預(yù)處理（灰度化、去噪、畸變矯正以及二值化等）、定位位置探測(cè)圖形、定位校正圖形、透視變換、譯碼和糾錯(cuò)[5-6]。身份證識(shí)別采用的是先進(jìn)的TypeB 非接觸IC 卡閱讀技術(shù)，通過(guò)內(nèi)嵌的專用身份證安全控制模塊，以無(wú)線WIFI 傳輸方式與第二代居民身份證內(nèi)的專用芯片進(jìn)行安全認(rèn)證后，讀取芯片內(nèi)的個(gè)人信息，再通過(guò)通信接口將此信息上傳至智能平板并將其解碼為文字和圖像進(jìn)行顯示，平板將信息傳輸至身份證識(shí)別后臺(tái)以對(duì)身份信息進(jìn)行識(shí)別[7]。體溫檢測(cè)技術(shù)通過(guò)紅外探測(cè)器將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，成像裝置的輸出信號(hào)便可完全一一對(duì)應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相對(duì)應(yīng)的熱像圖[8]。構(gòu)件化的開(kāi)發(fā)方法實(shí)現(xiàn)了分析、設(shè)計(jì)、類(lèi)等多層次的重用，分析抽象層的重用元素包括子系統(tǒng)、類(lèi)；設(shè)計(jì)層的重用元素包括系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)模式、框架、容器、構(gòu)件等。為了快速實(shí)現(xiàn)、跟蹤本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)主要采用了ASP.NET 應(yīng)用技術(shù)，該技術(shù)提供了基于組件的設(shè)計(jì)方法，開(kāi)發(fā)、集成、部署應(yīng)用程序和多層分布式應(yīng)用模式，使系統(tǒng)具有重用功能，并集成了基于XML 的數(shù)據(jù)交換——一個(gè)統(tǒng)一的安全模式及靈活的事務(wù)控制[9]。

2.2.3 應(yīng)用

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，在我院所有出入口安裝了進(jìn)出道閘后，其中人流量較大時(shí)門(mén)診的實(shí)際情況見(jiàn)圖5，進(jìn)入門(mén)診大廳的所有人員體溫檢測(cè)正常后，設(shè)備識(shí)別健康碼，就診患者、陪護(hù)人員和本院職工等有序排隊(duì)通過(guò)閘機(jī)，未發(fā)生擁堵和聚集等情況。在平臺(tái)管理模塊可以實(shí)時(shí)查看每日的人員進(jìn)出情況，由2022年1月19日（正常工作日）門(mén)診出入口的人流量統(tǒng)計(jì)圖（圖6）可知，當(dāng)天的人流量為3 078人次、高峰時(shí)間段為8～10時(shí)和13～15時(shí)，以上信息可以幫助疫情防控人員合理安排值守時(shí)間，避免人力資源浪費(fèi)。此外，通過(guò)調(diào)取健康碼過(guò)期和未注冊(cè)等健康碼異常情況（圖7），并與人工登記情況對(duì)比，詳細(xì)記錄通過(guò)人員的健康碼異常情況。

圖5 門(mén)診出入口道閘安裝圖

圖6 門(mén)診出入口人流量統(tǒng)計(jì)圖

圖7 健康碼異常統(tǒng)計(jì)圖

3 小結(jié)

本系統(tǒng)的應(yīng)用不僅節(jié)約了大量人力、物力資源，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保（即實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化登記查詢和電子版材料的上報(bào)），而且利于促進(jìn)區(qū)域化健康、防疫一體化聯(lián)防聯(lián)控大格局的形成和發(fā)展；同時(shí)，該平臺(tái)的投入運(yùn)行，可以有效對(duì)通行人員的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)處理，提高疫情防控人員的檢查效率以及通行人員的通過(guò)效率，減少人員聚集，降低疫情防控人員感染風(fēng)險(xiǎn)；此外，該平臺(tái)還可以記錄通行人員的歷史軌跡，高效查詢相關(guān)人員的信息，并提供數(shù)據(jù)分析和報(bào)表導(dǎo)出功能，提高對(duì)通行人員的監(jiān)管力度，一旦有異常情況出現(xiàn)，可幫助管理人員快速追蹤到密切接觸者；采用AI 智能設(shè)備替代人工，可以減少人員投入，降低管理人員使用成本。但由于本研究項(xiàng)目是在應(yīng)急狀態(tài)下突擊開(kāi)發(fā)，尚有諸多細(xì)節(jié)需要完善，如平臺(tái)方面，尚未與國(guó)家行程碼對(duì)接，無(wú)法直接判斷是否到過(guò)中高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)；性能方面，識(shí)別健康碼存在讀取卡頓的現(xiàn)象，其穩(wěn)定性尚待提高[10]。