淺析基于5G技術(shù)的重癥臨床信息系統(tǒng)的設計

夏凱

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司杭州市分公司 浙江杭州 310000）

近年來，按照國家衛(wèi)計委相關(guān)數(shù)字化醫(yī)院建設的指導意見，各地醫(yī)院在信息化建設水平上都取得了明顯的提升，有些醫(yī)院也建設了HIS、EMR等醫(yī)院管理信息化系統(tǒng)，對提高醫(yī)院的運營效率、管理能力都有很大的幫助。按照醫(yī)院信息化建設的步驟而言，醫(yī)院的信息化建設也將進入“臨床管理信息化”階段，在臨床信息系統(tǒng)的建設中，由于重癥科室在醫(yī)院所處的核心地位，首當其沖的就是重癥科室的臨床信息系統(tǒng)的建設。

在原有的醫(yī)院信息化框架里，重癥科室的信息管理是缺失或不清晰的，大量依靠紙質(zhì)文件的記錄來進行管理。這一結(jié)果導致了對于醫(yī)院而言，最寶貴的也是最關(guān)鍵的醫(yī)療數(shù)據(jù)并沒有納入到電子病歷中統(tǒng)一管理，無論對于國家倡導的電子病歷數(shù)據(jù)共享還是醫(yī)院自身的醫(yī)療科研水平的提升，都是極為不利的?；谏鲜霰尘?，本文提出建設“基于5G 技術(shù)的重癥臨床信息系統(tǒng)”來解決以上矛盾。系統(tǒng)建設完成后，醫(yī)院將擁有重癥臨床信息管理能力，醫(yī)生、護士將轉(zhuǎn)變以往的工作方式，從手工記錄轉(zhuǎn)為系統(tǒng)自動記錄、分析、報告。通過以上方式，解放臨床醫(yī)護人員的部分精力，從而更好地服務患者。

1 現(xiàn)狀分析

在醫(yī)院重癥臨床信息系統(tǒng)項目中，存在著如下建設難點。

（1）臨床設備品牌眾多，采購周期不一：重癥臨床信息信息系統(tǒng)的重要功能就是與臨床設備進行互聯(lián)互通，獲取第一手的體征數(shù)據(jù)，而本項目中，一些老舊設備存在著數(shù)據(jù)輸出接口不規(guī)范甚至缺失的情況。

（2）ICU 空間狹小，空間布局調(diào)整受限：一些醫(yī)院重癥病房由于建設年代較早，空間較小，總體設計較為落后。在容納病床后，很難再安放類似移動推車等適用于ICU 病房業(yè)務特點的設備，且設備之間的連通線纜眾多，易造成故障隱患。

（3）醫(yī)院總體信息框架尚在建設進程中，配套較少：由于重癥臨床信息系統(tǒng)對于無線網(wǎng)絡、大數(shù)據(jù)處理、虛擬化等技術(shù)有依賴關(guān)系，一般而言是依托于醫(yī)院總體信息系統(tǒng)的框架的，也有一些醫(yī)院在這些領域的建設尚在過程中或規(guī)劃中。

（4）臨床醫(yī)護人員對臨床信息系統(tǒng)的陌生：一些醫(yī)院的臨床科室而言，專業(yè)的臨床信息系統(tǒng)還是新生事物。對于剛剛習慣HIS或者電子病歷系統(tǒng)操作的醫(yī)護人員來說，學習成本較高，而重癥科室的醫(yī)護人員日常工作極為繁重，學習這一系統(tǒng)的難度就更大了。

（5）跨院區(qū)協(xié)同難度大：隨著一些醫(yī)院集團化發(fā)展，跨院區(qū)協(xié)同作業(yè)需求日益增加，對網(wǎng)絡的要求、數(shù)據(jù)的安全、系統(tǒng)的穩(wěn)定提出了更高的需求。

2 建設目標

在5G信息通信網(wǎng)絡的基礎上，構(gòu)建醫(yī)院遠程重癥監(jiān)護網(wǎng)絡環(huán)境，將感知數(shù)據(jù)與業(yè)務應用數(shù)據(jù)相結(jié)合，將空間位置信息與重癥業(yè)務流程相疊加，優(yōu)化診療流程與路徑，構(gòu)建醫(yī)院重點區(qū)域覆蓋的5G 通信網(wǎng)絡，搭建“云+邊”的邊緣智能環(huán)境，打造遠程重癥監(jiān)護室智聯(lián)的數(shù)據(jù)感知與交互能力，提供遠程的重癥監(jiān)護就醫(yī)查房指導體驗，打通院區(qū)之間的數(shù)據(jù)交互、共享等，有效降低人力和時間成本，提升患者滿意度［1］。

3 5G設計方案

在醫(yī)院覆蓋5G 網(wǎng)絡，通過5G 網(wǎng)絡連接院內(nèi)的重癥監(jiān)護設備，為重癥場景應用提供高可用、安全的5G專網(wǎng)環(huán)境，實現(xiàn)數(shù)據(jù)精準采集、高效傳輸。

3.1 5G SA室部署方案

5G SA室分系統(tǒng)架構(gòu)采用NFV/SDN等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接和業(yè)務，控制平面（CP）網(wǎng)絡功能之間基于服務化的交互。SA 即新建5G 網(wǎng)絡，與NSA（非獨立組網(wǎng)）最大差別在于SA擁有5G核心網(wǎng)。在SA組網(wǎng)下，5G網(wǎng)絡獨立于4G 網(wǎng)絡，5G 與4G 僅在核心網(wǎng)級互通互連，5G SA支持網(wǎng)絡切片，滿足上行速度快和URLLC（超高可靠低時延）［2］。

SA組網(wǎng)方案的實施將會成為物聯(lián)網(wǎng)、智慧醫(yī)療的網(wǎng)絡基礎和支撐，不僅滿足了醫(yī)院對設備無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)蜁r延和大帶寬的高要求，以及后續(xù)工重癥監(jiān)護系統(tǒng)、手術(shù)麻醉系統(tǒng)進一步升級改造的網(wǎng)絡需求，同時，大幅降低建設成本，進而推動信息技術(shù)與醫(yī)療服務深度融合［3］。SA整體組網(wǎng)如圖1所示。

圖1 SA整體組網(wǎng)

室內(nèi)5G網(wǎng)絡通過室內(nèi)數(shù)字化分布式基站，全面滿足超高流量密度和超大帶寬、超高可靠性、超低時延、海量連接和可視化運維等場景應用要求。

該系統(tǒng)由BBU、擴展單元和有源頭端組成，采用室內(nèi)覆蓋數(shù)字化架構(gòu)，包含頭端數(shù)字化、線纜IT化、運維可視化3 大特征?；陬^端級的小區(qū)分裂能力，可按需靈活配置容量，采用IT化的網(wǎng)線/光纖部署。基于全有源的數(shù)字化系統(tǒng)和頭端級的MR（網(wǎng)絡指標）能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡設備的可視化和網(wǎng)絡性能的地理化，支持院區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡故障快速恢復和預防性管理，支撐5G網(wǎng)絡能力開放［4］。

3.2 5G SA核心網(wǎng)

SA核心網(wǎng)主要考慮基于Option 2（即獨立5G核心網(wǎng)、獨立5G 空口設備）進行部署。支持增強型移動寬帶、低時延高可靠和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)等5G典型場景。中國聯(lián)通5G SA 網(wǎng)絡在兼容現(xiàn)有的業(yè)務體驗基礎上，為5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供新業(yè)務。5G SA采用大區(qū)集中方式進行建設，綜合考慮用戶分布均衡性、省份歷史地位、業(yè)務現(xiàn)狀、技術(shù)實力、傳輸、機房條件等因素，在5G融合核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)面、信令面、控制面網(wǎng)元建設中，計劃將全國分為8個大區(qū)，通過集中化建維，實現(xiàn)大區(qū)統(tǒng)一數(shù)據(jù)配置及資源管理，提高網(wǎng)絡建維效率［5］。

5G SA相關(guān)網(wǎng)絡功能模塊（NF）是基于服務化的架構(gòu)，其接口也是基于服務化的接口，主要NF功能如下。

（1）AMF：接入和移動性管理功能。完成注冊、連接、可達性、移動性管理與NAS 加密和完整性保護（對標4G網(wǎng)絡MME）。

（2）SMF：會話管理功能。完成會話管理、IP地址分配及管理、UPF的選擇和控制（對標4G網(wǎng)絡PGW-C）。

（3）UPF：用戶平面功能。是移動性錨點，到外部DN的連接點，完成流量統(tǒng)計和上報功能（對標4G網(wǎng)絡PGW-U）。

（4）UDM：統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理。完成簽約信息管理和基于簽約數(shù)據(jù)的接入授權(quán)（對標4G網(wǎng)絡HSS）。

（5）AUSF：鑒權(quán)服務器功能。實現(xiàn)鑒權(quán)功能（對標4G網(wǎng)絡AUC）。

（6）PCF：策略控制功能。實現(xiàn)控制面策略規(guī)則管理（對標4G網(wǎng)絡PCRF）。

（7）NRF：網(wǎng)絡功能知識庫。支持服務發(fā)現(xiàn)功能，維護NF注冊的服務信息。

（8）NEF：網(wǎng)絡能力開放功能?？梢韵蚱渌鸄F 提供網(wǎng)絡能夠支持的能力。

（9）SMSF：短消息功能。向用戶提供NAS 短消息服務能力。

（10）NSSF：切片選擇功能。用于實現(xiàn)切片網(wǎng)元的選擇的服務能力。

3.3 承載網(wǎng)

SA網(wǎng)絡控制面網(wǎng)元集中設置在大區(qū)，AMF集中部署在大區(qū)中心，采用融合網(wǎng)元部署方式。SMF/GW-C/GGSN-C 采用融合網(wǎng)元部署在大區(qū)中心，通過IP 承載B 網(wǎng)實現(xiàn)UPF/GW-U/GGSN-U 的控制。人網(wǎng)UDM/HSS/HLR 部署在各大區(qū)中心，通過IP 承載B 網(wǎng)與省內(nèi)HSS/HLR互通，實現(xiàn)同廠家5G用戶數(shù)平滑遷移。物網(wǎng)UDM/HSS/HLR、PCF/PCRF 部署在大區(qū)中心。人網(wǎng)PCF/PCRF部署在各大區(qū)中心，通過IP承載B網(wǎng)與本地區(qū)PCRF 互通，實現(xiàn)同廠家5G 用戶策略數(shù)據(jù)的平滑遷移［6］。

3.4 MEC邊緣云

醫(yī)院內(nèi)部署MEC邊緣云平臺，與院內(nèi)重癥監(jiān)護信息系統(tǒng)、DSA麻醉系統(tǒng)等深度集成，運用邊緣云的低時延、自組織、可定義、高調(diào)度等特點，將重癥監(jiān)護信息系統(tǒng)與院內(nèi)放射、心電及各醫(yī)院PACS 系統(tǒng)接口調(diào)通，建立患者數(shù)據(jù)檢查主索引和交叉索引服務，實現(xiàn)重癥患者數(shù)據(jù)集中存儲和共享；具有良好的云網(wǎng)互通能力，并考慮云平臺的互通性及可擴展性。

邊緣云是基于5G網(wǎng)絡和邊緣計算的能力，構(gòu)建在移動網(wǎng)絡邊緣基礎設施之上的云平臺，一站式提供“融合、開放、聯(lián)動、彈性”的ICT 融合服務，用戶業(yè)務下沉至運營商側(cè)邊緣，有效降低計算時延和成本。

3.5 ICT融合ICT-IaaS

在平臺硬件之上部署ICT-IaaS，邊緣節(jié)點（ME-DC）承載的資源，和傳統(tǒng)的IT或者CT數(shù)據(jù)中心相比更加復雜。在一個典型的邊緣數(shù)據(jù)中心中，即包括和CT相關(guān)的UPF/GW-U/DP 等資源，也包括和IT 相關(guān)的SDN 網(wǎng)元、邊緣接入?yún)f(xié)同平臺MEP、APP應用和VAS服務。

4 系統(tǒng)功能設計

重癥醫(yī)學科的臨床設備，如監(jiān)護儀、呼吸機、血透機等設備與重癥臨床信息系統(tǒng)完成組網(wǎng)，自動采集數(shù)據(jù)。重癥臨床信息系統(tǒng)接入醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)，與主備服務器通訊。重癥系統(tǒng)服務器與醫(yī)院HIS、LIS、PACS、EMR服務器互聯(lián)互通，取得病人的醫(yī)囑信息、檢驗、影像報告，使得醫(yī)護人員隨時在統(tǒng)一界面里調(diào)閱上述信息。而重癥科的打印機、交接班大屏等，也從重癥服務器動態(tài)取得信息，從而做到自動生成如特護單等文書，自動顯示交接班信息，具體包括患者管理、日常護理、特殊護理、病情分析、常用評分、特殊評分、文書打印、護理質(zhì)控、系統(tǒng)設置、綜合功能、患者大屏、危重癥評分系統(tǒng)、鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛效能評價、營養(yǎng)狀態(tài)與營養(yǎng)支持功能評價、抗感染治療效能評價、肝臟功能評分、床旁重癥超聲教學模塊、手機移動端、MDI醫(yī)療設備數(shù)據(jù)集成平臺等，同時，滿足與HIS（計費管理系統(tǒng)）、LIS（檢驗系統(tǒng)）、PACS（影像系統(tǒng)）、EMR（電子病歷）、NIS（院感系統(tǒng)）等其他系統(tǒng)兼容［7］。

系統(tǒng)使用Java語言來實現(xiàn)臨床信息系統(tǒng)的跨平臺部署，在全世界，已經(jīng)有數(shù)以億計的非計算機設備在使用著Java 提供的服務，當醫(yī)院未來采購比通用計算機更適合臨床醫(yī)生使用的硬件，系統(tǒng)無需改造即可使用，最大限度地節(jié)省了醫(yī)院的投資。

系統(tǒng)采用NoSQL 這樣的大數(shù)據(jù)框架，來適應臨床海量數(shù)據(jù)的存放及檢索。臨床有大量圖片、視頻、文檔等內(nèi)容的存儲需求，MongoDB 完美支持這些非結(jié)構(gòu)化內(nèi)容的存儲及管理；MongoDB支持簡單的橫向擴展，也即隨意添置一臺服務器，就可以通過分片等技術(shù)，擴展其存儲及處理能力；MongoDB的特殊的內(nèi)存管理機制，保證了高性能；MongoDB 將常用的熱數(shù)據(jù)直接裝載入內(nèi)存，保障了查詢效率，也對臨床業(yè)務做復雜的動態(tài)查詢分析有較大的幫助。

5 結(jié)語

將5G、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)與重癥業(yè)務系統(tǒng)深度融合，將數(shù)據(jù)鏈與業(yè)務鏈相結(jié)合，以數(shù)據(jù)驅(qū)動患者就醫(yī)全流程，將物聯(lián)信息與業(yè)務信息相對照，構(gòu)建患者的無感就醫(yī)環(huán)境，努力實現(xiàn)患者在醫(yī)院就診過程中“少等、不等、少跑、不跑”的智慧醫(yī)療服務體驗。通過5G技術(shù)的實施，將設備全面互聯(lián)互通，實現(xiàn)智能化診斷、介入治療及遠程重癥監(jiān)護；依托5G 網(wǎng)絡支撐遠程醫(yī)療服務，實現(xiàn)醫(yī)院各部門、處室等協(xié)同，實現(xiàn)遠程超聲檢查、遠程會診等。