基于物联网的医院智慧病房实践

2020-08-10范霁月景慎旗王忠民常翀丁中正刘云

智慧健康 2020年17期

范霁月，景慎旗，王忠民，常翀，丁中正，刘云

（1.南京医科大学医学信息学与管理研究所，江苏南京 211166；2.南京医科大学生物医学工程与信息学院，江苏南京 211166；3.南京医科大学第一附属医院（江苏省人民医院），江苏南京 210096）

0 引言

目前，医疗卫生行业正处于数字化的变革点[1]，从医院信息系统（HIS）、电子病历（EMR）、临床支持决策、院外的智能健康管理等信息系统到智能设备、移动互联网等，医疗信息化覆盖及数据利用呈现爆发式增长，医疗模式正从传统向智能化转变。随着物联网、云计算、人工智能、大数据等先进技术的迅猛发展，及其在医疗行业的深化应用，智慧医疗迎来了发展新机遇[2]。充分利用这些技术进行医疗资源优化整合与协同共享，实现智慧医疗、智慧医院的建设目标，解决医疗环节中的实际问题是当前信息化建设和研究的热点问题[3]。

1 我院智慧病房的实践

1.1 建设目标

基于物联网、人工智能、虚拟化与云计算等新技术，结合国内外智慧医疗的现状和发展趋势，为提高医院病房的管理效率和服务水平，降低管理成本，提高病房管理的整体效率，建设契合临床业务流程和实际需求的智慧病区。

1.2 现状调研情况

调研以国家智慧医疗的建设要求：《全国医院信息化建设标准与规范（试行）》、《国家健康医疗大数据标准、安全和服务管理办法（试行）》等政策文件为指南，结合本院医疗信息化应用情况，通过访谈和实地考察等方式调研现阶段病区信息化建设现状和业务流程，深入了解病区实际条件和医护人员的切实需求，形成智慧病房需求清单。

调研中发现：现阶段，医院已基本完成诊疗全过程的业务系统建设和管理。但是，各种系统实际应用中，面向上级医师、下级医师、护士等过程中，包括早交班、早查房、病人管理、日常诊断等有一系列的“痛点”亟待解决。如：（1）部分病房医疗设备仍为单机版，包括：心电监护、耳温、血压等，数据利用困难，给医护人员带来大量的测量和录入工作，同时无法保证数据的真实性、准确性。（2）医疗环节具有地方分散的特点，发生在床边、护士站或病区内其他位置，但记录医疗文书的方式具有一定的局限性，经常通过二次录入，耗费大量人力资源，且无法完整记录到系统中。（3）当病人发生突发状况时，无法及时通知到相关人员，告警信息延迟。（4）患者信息分散，无法集中，存在信息碎片化等。（5）病区内人员复杂，医护患比较低，无法进行全方面、高效率的诊疗服务和综合管理等。

1.3 整体设计方案

针对调研中发现的系列问题，基于智慧医疗现在的应用基础上进行拓展[4]，同时，加强顶层设计和总体规划，统筹智慧病房建设。最终形成智慧病区总体解决方案，实现从传统住院服务向智慧服务的模式转变，如图1。

图1 智慧病房设计思路

该方案主要以患者为中心，围绕患者、医护、设备、病区四个方面，共包括10 个应用模块：人脸识别模块、智慧护士台工作站、病区综合分析展示平台、床边智能交互系统、患者实时定位、智能地面标识、智能输液辅助、智能采集系统、医生信息通知系统、移动语音工作站，如图2。

图2 智慧病房系统架构图

1.4 核心应用

物联网本质是现实世界的数字投影[5]，它无处不在，其作用是在不改变设备的原有用途前提下优化其应用。随着物联网的不断发展，它已经广泛的应用在生活当中，比如上车前远程开空调，比如智能音箱接受语音指令播放曲目或回答问题。

医院行业是物联网的重要应用领域之一，早在2006 年就开始了建设探索的历程[6]。物联网技术的应用是建立智慧医疗，促进医院信息化发展的重要一步，它是一个泛在网络平台，关系到医院机构中的组织、人员、设备、物资等等各方面。它主要包含感知、网络、传输三层架构，其后根据不同机构、业务场景等个性化需求进行功能模块设计[7]。

1.4.1 体征数据自动化采集

在医疗环节中，医护人员常常需要借助医疗设备、工具来采集医疗数据、辅助诊疗[8]。以心电监护为例，现有监护模式采用护理人员人工定时巡视的方式，到患者床旁查看监护设备信息，并采用纸质抄录，二次录入电子病历中保存。由于病区患者人数多，医护比例严重不足，监护带来巨大的工作量的同时，也难免存在“真空”时间，导致紧急情况下，患者不能得到及时、有效的救治，造成病情延误。患者的监护数据，特别是危重、术后患者，监护持续时间长，诊断率高，不间断的监护对治疗有非常关键的指导价值，避免发生不必要的、风险系数高、费用昂贵、创伤面大、效果弱的诊断和治疗措施。同时，海量的监护数据为后期临床的数据利用、分析和疾病研究打下基础，而现阶段断点式的记录数据并无法满足要求，如图3。

图3 数据自动化采集平台架构

智慧病房将物联网技术延伸至医疗设备中，建设数据自动化采集平台。平台设计架构如图3 所示，基于无线网络，数据平台对接传感设备进行数据采集、二次数据处理，形成前端显示。平台主要包括心电监护、体温测量、血糖测量、体征监护床垫、一体化自助测量、智能输液辅助等多种病房常用体征测量项目，可以获取包括临床体征数据、报警信息、设备运行情况、设备故障、操作日志等多类数据；根据设定阈值判断患者身体状态，一旦数据超出正常范围立即发送告警提醒值班人员；利用人工智能算法，结合采集系统长期收集的患者体征数据，分析患者的身体状况，并自动给出看护建议；通过无线传输，数据自动对接电子病历、护理文书中，便于关联护理评估，形成护理计划等操作，进行诊疗辅助。

实现数据的自动采集能够将医护人员从大量、重复、琐碎的工作中解放出来，减少测量、记录等工作，使其更多的精力可以投身专业的诊疗的护理之中，优化和整合业务流程，提高工作效率。其次，通过对完整设备信息的分析和利用，可以对医疗人员、设备资源实现高效配置，控制和降低医疗服务成本，使资源得到最大化的利用。同时，智能设备数据以及报警信息的动态、实时监控，帮助尽早发现问题，快递干预。形成闭环的、过程安全可靠的、有记录的临床数据采集工作。降低由于二次抄录或传递中产生差错的风险，从而避免或减少医疗质量问题。

1.4.2 蓝牙通信的患者实时定位

患者实时定位系统通过蓝牙定位标签，实现对相关人员的定位和关注。其通过配备低功耗蓝牙通信功能的Beacon 设备，Beacon 设备根据定位精度需求，按照一定间隔部署，确保目标点实时都会有三个beacon 信号覆盖，用户智能设备扫描beacon 信号，并通过定位引擎处理得出目前用户位置。室内导航定位系统融合了UWB、惯导和视觉三种定位技术，定位精度达到厘米级、定位延迟小于100ms、位置和导航指令刷新率20Hz 以上、系统容量无限制的实时定位。可实现对患者、设备、医护人员自动定位导航[9]，见图4。

图4 患者实时定位系统技术架构

智慧病区通过给特定患者配备定位手环，如术后需特别护理、行动不便、老年患者等，进行院区范围内的实时定位跟踪，如果自行取下手环将进行提示。医护人员通过病区显示大屏，可关注患者的实时位置、行动轨迹等。当患者超出诊疗活动范围或者在范围内出现特殊情况的时候，系统可以在最快的时间内做出警报，通知医护人员，准备好最佳的治疗方案。

1.4.3 基于人脸识别的智能身份识别

人脸识别技术[10]是基于人的脸部特征，通过提取每个人脸中所蕴涵的身份特征，并将其与已知的人脸数据库进行对比，从而达到识别身份的作用[11]。

基于人脸识别的智能身份管理建设基于IPv4 技术的智能监控和人脸识别算法选型原则、特征库建库规则以及应用接口标准等，建立适应海量人脸信息的快速比对、分析、查询的大数据分析服务，实现海量人像特征信息的匹配、识别、存储与管理。并结合医院实际业务场景中的使用需求，提供多样化的应用环境，展现基于大数据人脸比对识别的深入应用效果。同时，基于该应用建立授权访问机制、安全管理制度、监控管理体系，实现不同人群角色：医护人员、患者及家属、无关人员等，精确匹配，高效、快速的在不同应用中实现智能、统一的权限管理，更好的提供医护服务和安全保障。

人脸识别认证在智慧病房的主要应用场景为：（1）智能门禁：病区入口处采用人脸识别进行门禁管理，识别病区患者、家属、医生、护士、护工等，代替了专人进行出入管理的工作，大大的节省人力资源，方便相关人员进出病区。同时，更加有效的加强病区出入及探视管控等，更好提供医护服务和安全保。（2）床旁交互系统的身份认证：医、护、患者可以通过人脸识别绑定不同账户、从而进行角色管理、权限分配。医护可查看或记录其权限内患者相关资料，记录医疗信息，同时，患者利用人脸登陆床旁智能终端，查看自己的监测信息、消息提醒、费用查询、订餐服务、电子病历等信息，保障患者隐私。（3）生命体征自助采集：患者通过人脸识别认证其身份，确认后可使用自助体征测量设备。在自助测量血压、脉搏、身高、体重等诊疗所需要的体征信息后，数据实时自动上传至电子病历系统中，为诊疗提供及时、有效的数据，同时该认证方式保证了测量数据的准确、可靠，能有效减少护士每日大量、重复测量和记录工作，见图5。

图5 人脸识别流程设计图

1.5 应用效果

在智慧病房的建设中，物联网等先进技术在实际应用中能够发挥巨大的作用，实现了病区从传统医疗模式向智慧医疗模式的转变。

（1）切实解决医院医护人员日常工作痛点、难点，优化资源配置：智慧病房的建设改善了传统医疗模式中存在的弊端，切实解决医院医护人员日常工作痛点、难点。打破原本诊疗工作地点、方式的局限性，提供舒适、便捷、高效的工作环境。同时，将医护人员从大量、重复、琐碎的工作中解放出来，更多的投入专业的疾病诊疗、护理中，利用信息化实现智能的辅助。对人力资源、设备资源实现高效配置，优化，与此同时整合业务流程，提高医护人员的工作效率，控制和降低医疗服务成本，使资源得到最大化的利用。

（2）提高医疗数据质量，提供智能化服务：智慧病房能对患者健康状况和医疗信息进行智能自动采集、传输、存储、处理和利用，保证医疗数据的可信、标准、真实及完整，切实提升疾病诊疗、监管、护理的效率和质量；利用人脸识别对人员进行职能识别、安全管控，有效改善患者就医体验，保护患者隐私和病区安全，为患者提供更加智能化、高质量、可持续的医疗服务。

（3）提高患者满意度，提升医院影响力：智慧病区的建立也是智慧医疗在医院中深化应用的示范工程，是落实国家关于智慧医疗政策的重要举措，引领智慧医疗发展，实现基于医疗大数据的人工智能医疗体系，实现医院“围绕患者的服务”和“围绕医院的服务”等多种服务功能的进一步提升，对提升医院影响力，提高患者的就医满意度具有具有重要意义。