戴 煒,關(guān) 陽,李 韻,王鑫鵬,祝 婭,李惠子*
(1.火箭軍特色醫(yī)學中心全科醫(yī)學科,北京 100088;2.北京中器華康科技發(fā)展有限公司,北京 100195)
糖尿病主要表現(xiàn)為高血糖,是由多種因素相互作用而引起的代謝異常綜合征。伴隨著人們生活水平的日益提高以及飲食結(jié)構(gòu)等方面的變化,糖尿病的發(fā)病率有逐漸增高的趨勢。近年來,我國糖尿病患病率及致殘率逐年升高且呈上升趨勢,2015—2017年成年人患病率達11.2%,其中以2 型糖尿病為主[1]。2 型糖尿病帶來的一個嚴重危害就是導致心腦血管疾病,甚至致死、致殘[2]。同時2 型糖尿病創(chuàng)傷愈合障礙是臨床上最常見且最棘手的并發(fā)癥之一[3]。雖然目前我國糖尿病的知曉率(36.5%)、治療率(32.2%)和控制率(49.2%)近幾年來有所改善,但仍然處于低水平[4]。監(jiān)測血糖有利于合理制訂降糖治療方案,是糖尿病患者管理中非常重要的環(huán)節(jié)[5]。
臨床上評估血糖的方法有糖化血紅蛋白監(jiān)測、毛細血管血糖監(jiān)測及其他監(jiān)測方法,如動態(tài)血糖監(jiān)測等。目前國內(nèi)常用糖化血紅蛋白監(jiān)測來了解患者當前的血糖控制狀況及預測病情發(fā)展變化,其檢測結(jié)果可反映近2~3 個月的血糖平均水平,但無法體現(xiàn)每日血糖波動情況。而患者的自我血糖監(jiān)測(如家庭血糖儀檢測末梢血)只能提供單點的血糖值,不能顯示血糖的變化趨勢,無法發(fā)現(xiàn)夜間低血糖和無癥狀低血糖等情況,存在監(jiān)測頻率不足影響判斷的情況,同時過于頻繁的監(jiān)測也增加了疼痛,容易引起患者的焦慮情緒[6]。動態(tài)血糖監(jiān)測是利用置于皮下的感應(yīng)器中的葡萄糖氧化酶與皮下組織間液中的葡萄糖發(fā)生化學反應(yīng),從而產(chǎn)生電信號,這些電信號通過感應(yīng)器傳輸?shù)椒治鲕浖修D(zhuǎn)換為血糖讀數(shù)。動態(tài)血糖監(jiān)測能提供可靠、全面、連續(xù)的血糖信息,了解血糖波動趨勢,監(jiān)測隱匿性高血糖及低血糖,特別是餐后血糖偏高、夜間及無癥狀性低血糖[7-8]。因此,對糖尿病患者進行動態(tài)血糖監(jiān)測,對于加強血糖控制、提高患者自我管理效果、延緩糖尿病進展具有重要作用[9]。
《中國2 型糖尿病防治指南(2020 年版)》已明確制定了糖尿病防治中的三級預防目標[4],而無論是治療還是預防糖尿病及其并發(fā)癥,將血糖控制在理想水平范圍內(nèi)是糖尿病管理中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。當前醫(yī)院對于糖尿病患者治療的監(jiān)管手段較為局限,仍以定期復診為主,醫(yī)護人員難以做到實時、高效監(jiān)測血糖水平。雖然少數(shù)的醫(yī)院對糖尿病患者進行信息化管理,但是仍局限于手工錄入、儲存及查找數(shù)據(jù),大多數(shù)醫(yī)院在血糖管理上還是存在院內(nèi)血糖管理效率低、院內(nèi)外血糖管理“脫節(jié)”等問題[10-12]。
目前市場上基于動態(tài)血糖監(jiān)測的管理系統(tǒng)一般需要用戶通過掃描或輸入方法傳輸數(shù)據(jù),或者系統(tǒng)主動抓取的數(shù)據(jù)有限,造成特殊時間段(如睡眠時間)的數(shù)據(jù)獲取不全,數(shù)據(jù)報告的完整度和可信度下降;同時,對于血糖記錄,多數(shù)仍停留在單點血糖的記錄和計算,不能通過人工智能(artificial intelligence,AI)輔助診斷來預測和評估血糖的變化趨勢和整體水平;多數(shù)糖尿病管理系統(tǒng)只能實現(xiàn)客戶端監(jiān)測和查看與企業(yè)管理端的互動,不能打通各級醫(yī)療機構(gòu)和醫(yī)護端的聯(lián)動,沒有真正搭建遠程醫(yī)療信息平臺來實現(xiàn)有效的血糖管理;另外,患者體驗較差,相關(guān)事件(如運動、用藥、鍛煉、胰島素等事件)信息記錄功能缺失。
因此,本研究設(shè)計一種基于動態(tài)血糖監(jiān)測的糖尿病遠程管理系統(tǒng),以期解決既往糖尿病管理中傳統(tǒng)手工采集血糖數(shù)據(jù)、信息單向流通以及院外血糖管理不到位等問題,達到完整連續(xù)采集血糖數(shù)據(jù)、打破醫(yī)患信息溝通壁壘[13]以及規(guī)范院外血糖監(jiān)測的目標,真正實現(xiàn)糖尿病遠程管理的信息化、智能化、專業(yè)化。
基于動態(tài)血糖監(jiān)測的糖尿病遠程管理系統(tǒng)重點圍繞血糖監(jiān)測、營養(yǎng)評估、藥物治療、運動處方、患者教育等業(yè)務(wù)功能展開設(shè)計。
本系統(tǒng)采用軟件即服務(wù)(software as a service,SaaS)數(shù)據(jù)平臺,融合院內(nèi)、院外和居家多場景數(shù)據(jù),利用AI 主動健康核心算法,實現(xiàn)實時監(jiān)控、多向交互、智能預警、風險預判功能,達到遠程醫(yī)療、個體化治療和擴展醫(yī)療照護服務(wù)的目的,使患者參與度和自我管理效能提高、醫(yī)務(wù)人員工作效率提升以及醫(yī)療服務(wù)范圍擴大。
本系統(tǒng)采用Java EE 分布式微服務(wù)架構(gòu),應(yīng)用Spring Boot、Spring Cloud&Alibaba、Vue、Element 等技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)血糖管理、血壓管理、指尖血糖管理、心電管理及營養(yǎng)評估等功能。系統(tǒng)使用前后端分離的方式進行開發(fā)。其中前端使用Vue 設(shè)計用戶界面,后端使用支持Java 語言的IntelliJ IDEA 開發(fā)工具進行開發(fā)。
系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1 所示,由數(shù)據(jù)交互層、應(yīng)用系統(tǒng)層和數(shù)據(jù)存儲層組成。數(shù)據(jù)交互層包括醫(yī)生端App、患者端App 和后臺管理端。應(yīng)用系統(tǒng)層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)分析、患者管理等功能。數(shù)據(jù)存儲層設(shè)置了5 個數(shù)據(jù)庫,分別為報警數(shù)據(jù)庫、數(shù)值存儲庫、數(shù)值審計庫、配置數(shù)據(jù)庫和AI 數(shù)據(jù)庫。其中報警數(shù)據(jù)庫和數(shù)值存儲庫負責存儲配置管理和安全審計操作日志管理數(shù)據(jù),數(shù)值審計庫負責存儲用戶管理、日志管理和權(quán)限分配數(shù)據(jù),配置數(shù)據(jù)庫和AI 數(shù)據(jù)庫負責存儲接口轉(zhuǎn)發(fā)、請求過濾數(shù)據(jù)。
圖1 基于動態(tài)血糖監(jiān)測的糖尿病遠程管理系統(tǒng)架構(gòu)圖
系統(tǒng)設(shè)計流程圖如圖2 所示。醫(yī)院內(nèi)多科室住院患者和門診患者通過佩戴血糖監(jiān)測設(shè)備,實時抓取動態(tài)血糖監(jiān)測和相關(guān)事件數(shù)據(jù),醫(yī)生端可線上及時指導及處置,兩端數(shù)據(jù)呈現(xiàn)于各病區(qū)血糖監(jiān)護站并匯集到醫(yī)院糖尿病管理系統(tǒng),各科室和患者可以在各自的權(quán)限范圍內(nèi)獲得需要的信息。院外的門診或居家患者通過佩戴動態(tài)血糖監(jiān)測設(shè)備進行居家式血糖監(jiān)測,實現(xiàn)血糖數(shù)據(jù)實時傳輸,各級醫(yī)療機構(gòu)可同步進行線上糖尿病醫(yī)療照護管理。云平臺匯集院內(nèi)和院外的患者信息數(shù)據(jù),負責實時分析、對比、統(tǒng)計、計算和存儲相關(guān)數(shù)據(jù),生成血糖情況相關(guān)報告和預警提醒,及時反饋到各級醫(yī)療機構(gòu),實現(xiàn)醫(yī)生管理端在線上診室及時為用戶提供診療建議和咨詢答疑。
圖2 基于動態(tài)血糖監(jiān)測的糖尿病遠程管理系統(tǒng)設(shè)計流程圖
本系統(tǒng)主要包括醫(yī)生端App、患者端App 及后臺管理端3 個部分,功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。醫(yī)生端App 包括用戶管理模塊、數(shù)據(jù)查看模塊和干預隨訪模塊?;颊叨薃pp 包括數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、事件記錄模塊及醫(yī)患溝通模塊。后臺管理端包括用戶管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和設(shè)備管理模塊。醫(yī)生通過登錄醫(yī)生端App 進行醫(yī)患綁定,能完成遠程實時監(jiān)控患者血糖值及血糖波動,讀取所屬患者AI數(shù)據(jù)智能分析報告,在線上診室及時為用戶提供診療建議、答疑及隨訪?;颊叨丝蓪崟r查看自身血糖值、血糖圖譜及各種相關(guān)參數(shù),接收血糖異常的預警提示,記錄飲食、用藥及運動情況等相關(guān)事件,查看動態(tài)血糖智能分析報告,以及保存歷史記錄并建立電子檔案。后臺管理端可定時定人群推送相關(guān)疾病咨詢科普,分析患者情況并進行分類分層管理,通過AI 大數(shù)據(jù)分析進行數(shù)據(jù)分析、對比及統(tǒng)計,存儲各端口相關(guān)數(shù)據(jù),以及完成設(shè)備管理任務(wù)。
圖3 基于動態(tài)血糖監(jiān)測的糖尿病遠程管理系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖
醫(yī)生端App 用戶管理模塊可完成醫(yī)患線上綁定、患者分類及患者分級管理(如圖4 所示)功能。通過用戶端和醫(yī)生端線上綁定,可按照自定義類型區(qū)分患者,實施重點干預管理或常規(guī)管理,實現(xiàn)管理團隊對患者的個體化、多對一及一對多管理,提升管理效率。該模塊基于uni-app 框架開發(fā),使用Keystone工具包實現(xiàn)用戶與醫(yī)生的關(guān)系綁定、分配用戶權(quán)限與用戶行為追蹤,包括身份驗證、令牌發(fā)放和校驗、服務(wù)列表、用戶權(quán)限定義等。
圖4 患者分級管理界面
醫(yī)生端App 數(shù)據(jù)查看模塊可實現(xiàn)查看綁定患者數(shù)據(jù)、AI 大數(shù)據(jù)智能分析和異常血糖預警功能。醫(yī)生登錄醫(yī)生端App 后可隨時查看患者健康信息、全天血糖數(shù)據(jù)及智能分析報告,實現(xiàn)實時監(jiān)控,同時對于患者過高或過低血糖值有預警提醒功能,輔助醫(yī)生及時掌握患者情況。該模塊采用Spring Cloud&Alibaba 提供后端技術(shù)框架,從MySQL 中獲取動態(tài)血糖數(shù)據(jù),利用患者端數(shù)據(jù)監(jiān)測及計算結(jié)果,對計算出的平均血糖值、葡萄糖目標范圍內(nèi)時間(time in range,TIR)、葡萄糖超出目標范圍時間(time out of range,TOR)、變異系數(shù)(coefficient of variation,CV)等數(shù)據(jù)匯總進行智能診斷分析,生成智能評估報告(如圖5所示),并利用臨床決策支持系統(tǒng)(clinical decision support system,CDSS)對患者數(shù)據(jù)進行初步判斷,為醫(yī)生提供輔助診療和干預建議。
圖5 血糖智能評估報告
醫(yī)生端App 干預隨訪模塊與患者端App 醫(yī)患溝通模塊能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)患線上互動交流、患者復診提醒、醫(yī)生干預管理及推送科普宣教指導等功能。醫(yī)生登錄醫(yī)生端App 后可以與綁定的患者進行線上溝通交流,支持電話、圖片、文字等交流形式。當患者血糖發(fā)生異常狀況時,醫(yī)生可根據(jù)患者實際情況隨時進行干預,同時可進行定期復診提醒,實現(xiàn)多樣化隨訪。針對患者情況,醫(yī)生端App 可向患者端推送科普宣教資訊(如圖6 所示)實現(xiàn)知識沉浸,為患者教育提供便利工具,提升患者自我管理意識,提高干預管理的效果。醫(yī)生端App 干預隨訪模塊和患者端App醫(yī)患溝通模塊都是基于uni-app 框架開發(fā),通過傳輸控制協(xié)議(transmission control protocol,TCP)使醫(yī)生和患者建立長期穩(wěn)定的連接,可直接進行數(shù)據(jù)傳輸。這2 個模塊使用即時通信(instant messaging,IM)和實時音視頻(real-time communiication,RTC)實現(xiàn)在線醫(yī)療場景,支持圖文、電話、視頻問診,全面覆蓋醫(yī)療場景下各類問診形式的需求,如醫(yī)院導診、醫(yī)院線上問診、家庭醫(yī)生一對一視頻問診等(如圖7 所示)。
圖6 科普宣教資訊推送界面
圖7 線上隨訪界面
患者端App 數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊可實現(xiàn)醫(yī)生及親友查看數(shù)據(jù)、血糖預警提醒、實時血糖監(jiān)測及查看數(shù)據(jù)報告功能?;颊吲宕魑?chuàng)植入式血糖傳感器,由血糖發(fā)射器傳輸血糖值,通過藍牙信號和手機用戶端App 實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)自動傳輸,每3 min 傳輸一次數(shù)據(jù),24 h 傳輸480 次數(shù)據(jù),可持續(xù)佩戴15 d?;谝陨蠑?shù)據(jù),可以提供全天血糖信息及相關(guān)數(shù)據(jù)分析,如實時血糖、TIR[14]、血糖水平、血糖波動及預估糖化血紅蛋白值等(如圖8 所示)。根據(jù)患者的情況,可進行高血糖和低血糖設(shè)置管理,當監(jiān)測到血糖高于或低于設(shè)定的范圍之后可進行報警提醒,防止血糖過高或過低引起的不良事件,實現(xiàn)安全預警管理(如圖9所示)。同時醫(yī)生可授權(quán)親友實時查看用戶血糖信息。該模塊采用Spring Cloud&Alibaba 提供后端技術(shù)框架,從MySQL 中獲取動態(tài)血糖數(shù)據(jù),通過Java 算法多線程進行TIR、葡萄糖低于目標范圍時間(time below range,TBR)、葡萄糖高于目標范圍時間(time above range,TAR)統(tǒng)計計算。
圖8 全天血糖信息及相關(guān)數(shù)據(jù)分析界面
圖9 異常血糖提醒設(shè)置流程及界面
患者端App 事件記錄模塊能夠?qū)崿F(xiàn)患者飲食記錄、運動記錄及用藥記錄功能(如圖10 所示)?;颊咄ㄟ^該模塊記錄全天發(fā)生的事件,為醫(yī)生提供飲食、運動、用藥情況,便于醫(yī)生全方位分析患者血糖管理情況,對患者進行個體化健康管理。該模塊采用MySQL 記錄數(shù)據(jù)信息,通過MyBatis-Plus 完成數(shù)據(jù)查詢,并根據(jù)血糖智能分析報告與相應(yīng)的事件記錄進行分析,最后進行展示。
圖10 相關(guān)事件記錄界面
后臺管理端用戶管理模塊可實現(xiàn)查看佩戴用戶比例和用戶分級的功能(如圖11 所示),可實現(xiàn)后臺集中管理、分析用戶使用情況。該模塊首先采用TCP/IP 傳輸患者數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)經(jīng)過Data Visualization實現(xiàn)差異分析、聚類分析等,可對多個異構(gòu)的數(shù)據(jù)集進行進一步集成處理或整合處理,將來自不同數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)進行收集、整理、清洗、轉(zhuǎn)換后,生成一個新的數(shù)據(jù)集,為后續(xù)查詢和分析處理提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖與可視化信息。
圖11 后臺管理端用戶管理界面
后臺管理端數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)智能分析和數(shù)據(jù)留存功能。用戶資料可以批量導入,也可以與醫(yī)院信息系統(tǒng)(hospital information system,HIS)進行接口開發(fā),建立用戶的個人信息、門診資料、住院資料、健康資料、隨訪資料和聯(lián)系資料等電子檔案,便于醫(yī)護人員進行存儲、管理以及數(shù)據(jù)分析。該模塊采用Sybase 數(shù)據(jù)庫及客戶端/服務(wù)器(Client/Server,C/S)體系結(jié)構(gòu),通過超文本傳輸協(xié)議(hypertext transfer protocol,HTTP)將數(shù)據(jù)以可擴展標記語言(eXtensible markup language,XML)的格式發(fā)送到指定的統(tǒng)一資源定位系統(tǒng)(uniform resource locators,URL),實現(xiàn)對患者電子檔案的傳輸、存儲和分析。
后臺管理端設(shè)備管理模塊對血糖監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)進行分析,如設(shè)備分型、監(jiān)測量、使用率、設(shè)備故障率、預警列表以及佩戴結(jié)束提醒。該模塊采用Data Visualization 技術(shù),通過采集設(shè)備關(guān)鍵節(jié)點的電流信號,全方位智能監(jiān)測設(shè)備的整體與局部的狀態(tài)信息,感知設(shè)備的健康狀況、計算剩余佩戴日期,提高設(shè)備利用率和管理效率。
本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對患者從就診前的血糖監(jiān)測,到就診中的病情診斷,最后到診療結(jié)束的隨訪干預的全流程管理。本系統(tǒng)自2021 年12 月上線應(yīng)用后,實現(xiàn)了院內(nèi)院外、線上線下統(tǒng)一,實現(xiàn)了糖尿病管理遠程化、智能化,提高了工作效率和糖尿病患者管理效果。
在醫(yī)院內(nèi),院內(nèi)住院患者采集血糖是在床旁通過藍牙傳輸技術(shù)自動將血糖值通過血糖發(fā)射器傳到床旁移動端監(jiān)測設(shè)備上,再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上。醫(yī)生、護士、營養(yǎng)師可以隨時登錄系統(tǒng)實時查看患者的血糖波動情況、飲食情況、用藥情況及電子病歷,及時掌握患者情況為患者進行個體化治療,同時可以通過系統(tǒng)提供的患者的血糖、用藥、飲食情況進行信息化查房和會診,實現(xiàn)集中化血糖管理。
本系統(tǒng)應(yīng)用后,相比上一年同期院內(nèi)住院患者的血糖監(jiān)測情況,患者對自己全天血糖情況的知曉率由89.4%上升至100%,控制血糖達標比例由37.6%上升至53.9%,夜間低血糖發(fā)現(xiàn)率由45.1%上升到78.8%,大大降低了血糖過高或過低引起的不良事件的發(fā)生率。患者對糖尿病管理的滿意率由76.3%上升到92.9%,同時提高了醫(yī)生、護士、營養(yǎng)師的工作效率。
糖尿病健康管理團隊由醫(yī)生+護士/營養(yǎng)師/健康管理師組成,可為患者提供“多對一”的團隊式專業(yè)服務(wù),提高了管理的高效性和專業(yè)性。在院外,患者佩戴動態(tài)血糖監(jiān)測設(shè)備,利用藍牙傳輸技術(shù)自動將血糖值通過血糖發(fā)射器傳輸?shù)皆和庖苿佣吮O(jiān)測設(shè)備上,再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上。醫(yī)生、護士、營養(yǎng)師和健康管理師可隨時進行遠程監(jiān)測,實時查看患者血糖、飲食及用藥情況,不受任何場地、場景的約束。本系統(tǒng)還可以進行分級管理,從醫(yī)院層輻射到二級醫(yī)院或社區(qū)醫(yī)院等醫(yī)聯(lián)體單位,實現(xiàn)血糖分級管理,社區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)可實時同步于醫(yī)院端,實現(xiàn)用戶健康數(shù)據(jù)統(tǒng)一化、用戶管理統(tǒng)一化,便于專家會診服務(wù)以及診療轉(zhuǎn)診服務(wù)。醫(yī)院內(nèi)與醫(yī)院外、線上與線下一體化協(xié)同,實現(xiàn)了醫(yī)院、社區(qū)和患者的聯(lián)動[15]。家屬也可以登錄系統(tǒng)進行遠程監(jiān)測、參與管理。同時系統(tǒng)可以推送糖尿病相關(guān)宣教信息,引導患者建立良好的生活方式,降低血糖水平。
血糖監(jiān)測對糖尿病患者疾病管理具有重要意義?;趧討B(tài)血糖監(jiān)測的糖尿病遠程管理系統(tǒng)將院內(nèi)院外任何場景作為干預環(huán)境,可以實時獲取患者血糖波動、飲食、用藥、運動等情況,對患者進行個性化干預,并通過相關(guān)知識的教育,提升健康意識,同時可對患者糖尿病病情進行評價和提供治療方案。本系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了糖尿病患者院內(nèi)外之間的實時連接,可有效幫助患者長期科學控制血糖,提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。
雖然本系統(tǒng)自應(yīng)用以來達到了預期的設(shè)計目標,但還存在一些不足。目前部分老年人登錄用戶端,上傳飲食、用藥和運動情況等操作還需要親友輔助,獨立完成有一定困難,造成信息采集不全面。另外,本系統(tǒng)功能的全面實現(xiàn)需要與醫(yī)院內(nèi)HIS 和實驗室信息系統(tǒng)的銜接,如果限制醫(yī)院開放權(quán)限,會影響院內(nèi)信息獲取不全或不能自動抓取。下一步將逐步完善本系統(tǒng),實現(xiàn)使用界面更友好、簡便,與院內(nèi)軟件和硬件對接更加順暢、穩(wěn)定,滿足醫(yī)院的信息化要求。未來本系統(tǒng)會以慢病全生命周期管理為目標,并逐步開發(fā)糖尿病及其并發(fā)癥的數(shù)字療法,如動態(tài)血壓監(jiān)測、腎臟篩查、動態(tài)心電監(jiān)測、眼底篩查等,實現(xiàn)糖尿病預防—早期篩查—診斷—治療—康復—隨訪的閉環(huán)式、智能化管理。