基于5G技術(shù)的遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系建設(shè)實踐*

郭 甜 沈雁翎 李夢翔 程蔚蔚 陳 磊

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬國際和平婦幼保健院 上海 200030)

1 引言

隨著中國二孩、三孩生育政策的實施，孕產(chǎn)婦平均年齡呈逐年增高趨勢，經(jīng)產(chǎn)婦比例上升，其中有相當(dāng)一部分有剖宮產(chǎn)史。同時，孕產(chǎn)婦妊娠并發(fā)癥發(fā)生風(fēng)險、前置胎盤、嚴(yán)重產(chǎn)后出血發(fā)生率均顯著上升[1]。患妊娠并發(fā)癥的孕婦新生兒流產(chǎn)、死產(chǎn)、新生兒呼吸窘迫綜合征和新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房入院的發(fā)生率上升[2]。為降低胎嬰兒死亡率，有必要盡快建立精準(zhǔn)、有效的母嬰安全保障體系，改進(jìn)胎心、胎動監(jiān)測技術(shù)，建立更加精準(zhǔn)、智能、有效的母胎監(jiān)護(hù)和孕期保障措施。

2018年《促進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療健康”發(fā)展的意見》提出“鼓勵利用可穿戴設(shè)備獲取生命體征數(shù)據(jù)，為孕產(chǎn)婦提供健康監(jiān)測與管理”；《母嬰安全行動計劃(2018—2020年)》明確提出要“增加胎心監(jiān)護(hù)等可穿戴設(shè)備，逐步縮短檢查等候時間”。遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)作為一項“互聯(lián)網(wǎng)+婦幼保健”新技術(shù)已引起重視，成為提高圍產(chǎn)服務(wù)質(zhì)量的重要方法。遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)有利于以較低成本監(jiān)測孕產(chǎn)婦及胎兒健康情況，提高監(jiān)護(hù)質(zhì)量和就醫(yī)體驗；并且通過更密集的院外監(jiān)護(hù)可及早發(fā)現(xiàn)胎兒窘迫、妊娠期血糖異常等高危因素，及時處理、預(yù)防不良妊娠結(jié)局。

2 母胎監(jiān)護(hù)概述

產(chǎn)前母胎監(jiān)護(hù)對順利分娩意義重大，通常包括胎心監(jiān)護(hù)、母體生命體征(體溫、脈率、呼吸、血氧、血壓)監(jiān)護(hù)。胎心率的變化代表胎兒的心臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)對血壓、血氣和酸堿狀態(tài)的反應(yīng)，可作為胎兒是否健康的標(biāo)志之一。孕期及產(chǎn)時胎心監(jiān)護(hù)可鑒定與胎兒血氧飽和度不足有關(guān)的胎心率變化，有助于及時干預(yù)，減少胎兒低氧性損傷或死亡的可能性。胎心監(jiān)護(hù)通過監(jiān)測胎心率以及宮縮變化評估胎兒宮內(nèi)狀況，由于其操作簡便無創(chuàng)，已成為產(chǎn)科不可或缺的輔助檢查手段，主要用于產(chǎn)前、產(chǎn)時以及高危妊娠的監(jiān)護(hù)，電子胎心監(jiān)護(hù)包括無應(yīng)激試驗和宮縮應(yīng)激試驗[3]。

臨床胎心監(jiān)護(hù)存在時空、技術(shù)和準(zhǔn)確率等方面的制約。傳統(tǒng)母胎監(jiān)護(hù)需要孕婦定期到醫(yī)院在特定區(qū)域內(nèi)應(yīng)用專業(yè)醫(yī)療設(shè)備監(jiān)測，耗費時間長，占用醫(yī)護(hù)資源多，并且具有嚴(yán)重的滯后性。隨著高齡孕產(chǎn)婦數(shù)量逐年上升，高危因素更加復(fù)雜多變，妊娠并發(fā)癥發(fā)病率增加，胎心監(jiān)護(hù)工作需求量上升，進(jìn)一步增加醫(yī)護(hù)人員的工作壓力。孕產(chǎn)婦到院檢查排隊時間也相應(yīng)增加，不僅影響孕產(chǎn)婦就診體驗，也會增加診療滯后帶來的病情延誤風(fēng)險。因此，需要一種更及時、更高頻、更智能的母胎監(jiān)護(hù)方法，為母嬰健康提供保障。在技術(shù)和準(zhǔn)確率層面，傳統(tǒng)母胎監(jiān)護(hù)通常需要臨床醫(yī)生依靠自身經(jīng)驗判讀和診斷，基層醫(yī)院診斷復(fù)雜胎心監(jiān)護(hù)存在一定挑戰(zhàn)。臨床上將可以明確診斷為胎心正常、胎兒無宮內(nèi)窘迫的胎心監(jiān)護(hù)圖類型，稱為I 型監(jiān)護(hù)圖；對可以明確診斷為胎心異常、存在胎兒宮內(nèi)窘迫的監(jiān)護(hù)圖，稱為Ⅲ 型監(jiān)護(hù)圖；無法判明臨床意義的監(jiān)護(hù)圖類型，稱為Ⅱ 型監(jiān)護(hù)圖。目前Ⅱ 型監(jiān)護(hù)圖占比高達(dá)80%以上，嚴(yán)重限制胎心監(jiān)護(hù)的診斷效率[4]。出現(xiàn)這種情況的主要原因是對所獲得的生物信息缺乏有效的信息分類、濾波和定性等。此外，由于對胎心監(jiān)護(hù)圖的誤判，臨床中有時會出現(xiàn)過度干預(yù)或漏診。誤判原因通常包括以下幾點。一是對胎心監(jiān)護(hù)信息缺乏有效的分類和臨床意義評估。二是子宮間歇性收縮時，孕產(chǎn)婦心率往往加快至接近胎兒心率的水平，容易誤判為胎心率(正常狀態(tài)下胎心率為110～160次/分鐘)。三是胎心監(jiān)護(hù)時，感受器可接收到多種生物信息，需要有效分析、正確鑒別這些信息的類型和生物學(xué)意義。對此要在信息采集、傳輸、分類、定性等方面解決各種技術(shù)難題，建立精準(zhǔn)、便捷、高效的母胎監(jiān)護(hù)體系。

3 5G技術(shù)賦能遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)

醫(yī)療健康行業(yè)具有數(shù)據(jù)密集特征，醫(yī)療大數(shù)據(jù)的采集、傳輸與利用對智慧醫(yī)療的建設(shè)、精準(zhǔn)醫(yī)療的實施具有重要作用。第五代移動通信技術(shù)(5th generation mobile communication technology，5G)的發(fā)展為提高醫(yī)院醫(yī)療信息交互效率、發(fā)展與完善遠(yuǎn)程醫(yī)療、增加醫(yī)患信息互動提供了技術(shù)保障。相比4G系統(tǒng)，5G系統(tǒng)具有速度快、頻譜寬、低時延等優(yōu)點，時延達(dá)到1 毫秒以內(nèi)[5]。

隨著移動醫(yī)療的飛速發(fā)展，母胎醫(yī)學(xué)內(nèi)涵不斷深化，遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用對于提升圍產(chǎn)保健服務(wù)質(zhì)量和智慧產(chǎn)科的建設(shè)具有重大意義[6-8]。莫翠新等[9]研究發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)胎心監(jiān)護(hù)與醫(yī)院傳統(tǒng)胎心監(jiān)護(hù)的結(jié)果一致率可達(dá)96.67%，周麗[10]研究發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)的使用可以有效降低胎兒窒息率、新生兒死亡率、剖宮產(chǎn)率和早產(chǎn)率。然而，鮮有基于5G技術(shù)構(gòu)建集院內(nèi)、院外、醫(yī)聯(lián)體應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院等于一體的遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系。遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)的開展涉及大量母嬰健康數(shù)據(jù)的實時傳輸，且覆蓋區(qū)域廣。例如胎心監(jiān)護(hù)圖像需要精密、無損、高速地發(fā)送至醫(yī)院端，醫(yī)院端再返回判讀結(jié)果。5G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢可為孕產(chǎn)婦遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系建設(shè)賦能，打破空間和時間的局限，通過可穿戴設(shè)備對母胎進(jìn)行連續(xù)、長期監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)儲存、傳送至醫(yī)院端，提高醫(yī)患信息交互效率。

4 基于5G技術(shù)構(gòu)建遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬國際和平婦幼保健院(以下簡稱國婦幼)是上海市三級甲等婦產(chǎn)科?？漆t(yī)院，與中國電信簽訂“共建5G+雙千兆智慧醫(yī)院”框架合作協(xié)議，已完成院區(qū)內(nèi)5G室分覆蓋。在此基礎(chǔ)上建立了基于5G技術(shù)的遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系，并獲授牌“上海市5G+醫(yī)療健康應(yīng)用試點醫(yī)療機(jī)構(gòu)”。5G遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系由智能硬件(遠(yuǎn)程胎監(jiān)、多參數(shù)生命體征儀)、5G遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)專網(wǎng)、用戶端及醫(yī)生端App、管理后臺及母胎管理平臺、云平臺5個部分組成。該體系為可復(fù)制、可推廣的醫(yī)聯(lián)體合作模式，基于5G技術(shù)高速率、低時延等優(yōu)勢，結(jié)合母胎監(jiān)護(hù)、在線教育、遠(yuǎn)程問診、人工智能、健康數(shù)據(jù)管理、就醫(yī)綠色通道等服務(wù)，創(chuàng)建滿足當(dāng)前人口和生育政策下服務(wù)需求的新型數(shù)據(jù)庫和智能預(yù)警分析模型，優(yōu)化胎心監(jiān)護(hù)流程，提升婦幼保健水平。該體系構(gòu)建要點如下。

4.1 建立基于5G技術(shù)的母胎監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)(圖1)

圖1 遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系數(shù)據(jù)傳輸

采用智能可穿戴母胎監(jiān)護(hù)儀采集遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)和孕產(chǎn)婦生命體征數(shù)據(jù)，經(jīng)硬件的智能化處理，通過5G數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)安全、高速、無損、實時傳輸?shù)教ケO(jiān)云平臺存儲。通過建立基于5G技術(shù)的遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程母胎監(jiān)測院內(nèi)、院外、醫(yī)聯(lián)體、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院和救護(hù)車轉(zhuǎn)運等應(yīng)用多位一體的功能結(jié)合與交互。

遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)可以實現(xiàn)院內(nèi)、院外及互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院應(yīng)用。平臺精準(zhǔn)繪制胎心監(jiān)護(hù)圖，形成孕產(chǎn)婦各項生命體征參數(shù)，采用3級判讀管理機(jī)制和AI大數(shù)據(jù)分析技術(shù)建立區(qū)域性判讀中心，有效實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的“線上分級診療”，即母胎判讀中心、臨床專業(yè)醫(yī)生、產(chǎn)科醫(yī)學(xué)專家團(tuán)隊3級。孕產(chǎn)婦可在手機(jī)App上查看實時監(jiān)測情況以及監(jiān)測報告，也可打印紙質(zhì)版報告存檔。一方面，醫(yī)生可在手機(jī)App或管理平臺在線回復(fù)患者。另一方面，利用COM/DCOM通信和中間層構(gòu)建銜接通道，實現(xiàn)中間層與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸，以及客戶端與醫(yī)院信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的交互，醫(yī)生也可以在醫(yī)院門診系統(tǒng)看到孕產(chǎn)婦的監(jiān)測信息，從而縮短就診檢查時間，方便醫(yī)生及時作出診斷與干預(yù)措施。

此外，遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系可以實現(xiàn)醫(yī)聯(lián)體和救護(hù)車等轉(zhuǎn)運過程的應(yīng)用。通過云平臺，基層醫(yī)生可將無法準(zhǔn)確判讀的胎監(jiān)圖同步至國婦幼產(chǎn)科醫(yī)學(xué)專家進(jìn)行判讀，并將基層醫(yī)院無法處理的病例向國婦幼快速發(fā)起遠(yuǎn)程會診和重癥轉(zhuǎn)診綠色通道。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時，應(yīng)用軟件啟動雙向預(yù)警機(jī)制，一方面通過孕產(chǎn)婦手機(jī)App自動推送異常提醒信息并由人工客服聯(lián)系孕產(chǎn)婦，另一方面對最近的醫(yī)聯(lián)體單位發(fā)送預(yù)警信息，為孕產(chǎn)婦開通就診綠色通道及救護(hù)車轉(zhuǎn)運服務(wù)，確保及早醫(yī)療干預(yù)，為危急重癥孕產(chǎn)婦提供快捷高效的服務(wù)。

4.2 構(gòu)建母胎監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)庫與智能評分模型

采用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，在胎監(jiān)云平臺和母胎判讀中心實現(xiàn)智能評分和胎監(jiān)圖像判讀等功能，見圖2。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)安全、高速傳輸，保存至云端服務(wù)器，利用可穿戴設(shè)備前瞻性地收集孕產(chǎn)婦母胎監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)，預(yù)處理采集數(shù)據(jù)，通過經(jīng)典的域變換、插值、平滑和去噪算法，去除噪聲、斷點和背景信息等干擾因素，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。選取母胎醫(yī)學(xué)知識庫、臨床指南、診療規(guī)范、臨床路徑、醫(yī)學(xué)教材等循證等級較高的資料作為知識來源，經(jīng)母胎醫(yī)學(xué)專家團(tuán)隊審核，保障知識圖譜質(zhì)量。根據(jù)兩項國際標(biāo)準(zhǔn)(無應(yīng)激試驗標(biāo)準(zhǔn)、美國國家兒童健康和人類發(fā)展研究所標(biāo)準(zhǔn))對采集數(shù)據(jù)分類和編碼標(biāo)注，由資深產(chǎn)科專家確認(rèn)，最終將高質(zhì)量圖譜集合至母胎監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)庫。

圖2 遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系系統(tǒng)構(gòu)架

結(jié)合國內(nèi)外臨床專家經(jīng)驗和典型病例，經(jīng)過訓(xùn)練模型的初步探測比較，選取將母胎監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)庫中的高質(zhì)量監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練。利用遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)系統(tǒng)和電子病歷系統(tǒng)收集大量病例資料，包括孕產(chǎn)婦年齡、高危因素、孕次、產(chǎn)次、孕期出血情況、是否前置胎盤等，建立遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)病案庫。采用機(jī)器自動抽取與醫(yī)學(xué)專家團(tuán)隊審核相結(jié)合的形式進(jìn)行知識抽取，確保知識圖譜的準(zhǔn)確性和質(zhì)量，同時不斷收集使用反饋，持續(xù)動態(tài)維護(hù)更新，提升知識圖譜的實用性和專業(yè)度。構(gòu)建基于數(shù)據(jù)模型和知識模型交互學(xué)習(xí)的母胎監(jiān)護(hù)人工智能模型，并利用云數(shù)據(jù)不斷訓(xùn)練和改進(jìn)人工智能系統(tǒng)模型，進(jìn)一步提高人工智能輔助診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。以數(shù)千例臨床胎心監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)的專家判讀結(jié)果作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本；對比神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出和專家判讀結(jié)果，對胎心監(jiān)護(hù)樣本進(jìn)行時間窗尺度上的特征分析，修正樣本庫結(jié)果；通過決策層延伸實現(xiàn)專家系統(tǒng)的知識粒度細(xì)化；通過再次反向訓(xùn)練參數(shù)優(yōu)化更新神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實現(xiàn)知識模型和數(shù)據(jù)模型的交互學(xué)習(xí)、迭代進(jìn)化以及模型驗證，最終實現(xiàn)在臨床實踐中輔助醫(yī)療行為。

4.3 項目效果

相比傳統(tǒng)母胎監(jiān)護(hù)，基于5G的遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系可以打破時間和空間的限制，具有便捷性、及時性、經(jīng)濟(jì)性、個性化等特點。截至2023年5月，國婦幼共采集2 505人次的孕晚期遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)，涉及402名孕產(chǎn)婦。面向使用過遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)的孕產(chǎn)婦隨機(jī)發(fā)放256份匿名滿意度問卷，問卷回收率100%。問卷包含“是否滿意遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)”“是否愿意向他人推薦遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)”“推薦/不推薦的具體原因”3個問題。采用李克特五點計分法，“非常滿意”計5分，“滿意”計4分，“一般”計3分，“不滿意”計2分，“非常不滿意”計1分。問卷結(jié)果顯示，75%的孕產(chǎn)婦對遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)項目表示“非常滿意”，23%表示“滿意”，滿意度平均分為4.70分。98.44%的孕產(chǎn)婦愿意向他人推薦遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)，主要原因包括便捷、安心、減少孕期焦慮等；1.56%的孕產(chǎn)婦不愿意向他人推薦遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)，主要原因為周末歸還不便。針對不足，國婦幼增加線上預(yù)約快遞歸還服務(wù)。

目前項目同步在上海市金山區(qū)亭林醫(yī)院、上海市松江區(qū)婦幼保健院、鹽城市婦幼保健院等醫(yī)院上線開展，并已實現(xiàn)聯(lián)盟單位獨立判讀本院線上胎監(jiān)報告，可疑報告可轉(zhuǎn)單由國婦幼判讀專家團(tuán)隊進(jìn)行判讀。項目的應(yīng)用不僅使國婦幼專家資源有效下沉服務(wù)更多孕產(chǎn)婦；而且有助于聯(lián)盟單位醫(yī)生遠(yuǎn)程帶教，以真實胎監(jiān)報告實戰(zhàn)判讀提高準(zhǔn)確率。

5 結(jié)語

基于5G技術(shù)建設(shè)遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)體系，可以實現(xiàn)母胎監(jiān)護(hù)院內(nèi)、院外、醫(yī)聯(lián)體、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院、救護(hù)車轉(zhuǎn)運等多級應(yīng)用，通過構(gòu)建孕產(chǎn)婦母胎監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)庫與人工智能母胎監(jiān)護(hù)模型，可提高母胎監(jiān)護(hù)結(jié)果判讀效率及準(zhǔn)確性。5G技術(shù)的引入為遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)帶來了一些潛在挑戰(zhàn)，例如隱私和數(shù)據(jù)安全、信號穩(wěn)定性、人員培訓(xùn)、費用和基礎(chǔ)設(shè)施投資等問題。隨著母胎監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)庫的不斷豐富，基于數(shù)據(jù)模型和知識模型交互學(xué)習(xí)的母胎監(jiān)護(hù)人工智能模型將不斷完善，遠(yuǎn)程母胎監(jiān)護(hù)結(jié)果判讀的準(zhǔn)確性和效率將不斷提升，而未來遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)也將在技術(shù)、便捷性、精準(zhǔn)性和個性化等方面不斷發(fā)展，并注重解決技術(shù)依賴性、隱私和數(shù)據(jù)安全等問題。

利益聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。