基于床旁智能交互的未來病房醫療服務系統的設計與實現

曹霆

摘 要：為了提升醫療服務品質，樹立以“患者為中心”的醫療信息服務理念，改善患者對醫院環境和醫護工作的滿意度，構建未來智慧病房醫療服務系統逐漸成為必不可少的環節。其核心就是建立床旁智能交互信息系統并將其應用范圍推廣到全院病房，該系統的主要功能涵蓋患者信息交互、呼叫應答、患者醫療信息床旁呈現與查詢、全病程管理、健康宣教、院內導航、床旁護理、床旁支付。

關鍵詞：床旁系統；智慧病房；全病程管理；視頻交互

中圖分類號：TP31 文獻標志碼：A

0 引言

2016年8月，由國家高技術研究發展計劃（863計劃）及國家衛生與計劃生育委員會規劃信息司專項課題《國家智慧醫療專項研究項目》支持下的研究成果《國家智慧醫療評價指標體系的構建》在《中國醫院》刊登，該研究成果對智慧醫療的應用及影響因素進行分析，并構建國家智慧醫療評價指標體系。該文主要介紹了在該評價指標體系的指導下，我院病房以已經完成上線的PDA應用為主要手段的移動護理系統為基礎，構建以床旁智能交互為核心的未來病房醫療服務系統。該系統加強了患者與醫護人員的互動交流，增強患者對自身治療過程的參與感，從而使患者能夠更好地配合各項醫療安排，構建良好的醫患關系。

1 系統設計

未來病房是以床旁智能交互系統為核心平臺，依托成熟的物聯網技術，研發出基于智能平板的物理呼叫系統、無線物聯網掃描槍、醫護識別工卡、輸液報警器、嬰兒識別標簽、生命體征采集等各類物聯網應用；同時以智能交互終端為一站式信息服務平臺，通過便捷的軟硬件對接，拓展床旁醫護、營養點餐、電子交班、床旁智能支付等軟件應用系統。系統的整體架構如圖1所示。

該系統將醫院各種信息管理系統通過醫院網絡與床旁智能終端連接，實現了醫生在病床邊實時查詢病人的基本信息、醫囑信息、生命體征等功能，可快速檢索病人的護理、檢查、化驗等臨床檢查報告信息。系統合理、充分地利用HIS的數據資源，以適當的成本實現了HIS向病房的擴展和延伸，極大地推動了醫院的信息化建設，為病人和醫生提供了更友好和實用的服務。

2 關鍵技術

2.1 總體技術架構

床旁智能交互系統以部署在院內服務器上的后臺軟件為核心，深度對接醫院各類業務系統，借助大量模塊化服務引擎，輔以嚴格的安全與身份驗證控制，解決高并發精準推送的問題，得以實現高效的推送服務。同時，以床旁智能交互終端的應用為主要內容的輸出渠道，以通過PC瀏覽器登錄的后臺管理系統為主要內容，管理渠道和設備運行維護的監控窗口，為患者、家屬、醫生、護士、運維人員和醫院管理者提供全方位的病房信息化服務。為了實現上述服務的設計目標，構建床旁智能交互系統的技術架構如圖2所示。

2.2 前后端分離設計

床旁智能交互系統服務端采用前后端分離的設計方式，通過Nginx處理前后端的數據轉發來平衡服務器負載，達到在保證業務相對獨立的基礎上，增強系統業務處理能力的效果，同時保證設備及系統易于維護和擴展。

2.3 安全可靠的推送服務

MQTT協議是為保證大量計算能力有限，且工作在低帶寬、不可靠的網絡下的遠程傳感器和控制設備正常運作而設計的協議，即使在弱網絡環境下也可以有效保證數據傳輸的安全、可靠。床旁智能交互系統推送服務使用的是基于MQTT協議的EMQTT消息服務器。相比于傳統的消息服務器，EMQTT消息傳輸具有延時低、跨平臺、擴展性好、部署維護容易的特點。該服務器可以穩定承載大規模客戶端連接，單服務器節點支持50萬～100萬的連接數量。

2.4 簡單高效的數據持久化框架

床旁智能交互系統采用MyBatis數據持久化框架，主要著力于 POJO 與 SQL 之間的映射關系。通過映射配置文件，將SQL所需的參數以及返回的結果字段映射到指定POJO。相較于傳統的數據庫持久化框架，MyBatis可以進行更為細致的SQL優化，減少查詢字段，更為簡單高效。

2.5 成熟的安全機制

在床旁智能交互系統的網絡環境部署中，通過網閘將網絡隔離為公網和內網2個部分，床旁設備均部署在醫院的內網環境中。

網閘遵循單一服務原則、定向交換原則、不支持協議解析原則這3個基本安全原則，從物理上實現對內外網的隔離，即內網無法直接訪問外網，外網也無法直接訪問內網。內外網的信息交互必須通過網閘。同時，網閘還可以通過黑白名單對交互進行限制，從而保證了院內數據的安全性。

在內網環境中，床旁設備所有的數據交互（包括第三方數據）必須經過床旁智能交互系統的服務端。服務端使用Spring Security軟件安全框架，從權限和授權2個維度保證數據獲取的安全可控，同時使用HTTPS協議保證傳輸安全可靠。

2.6 采用MVP模式進行開發

MVP是Model（數據） View（界面）- Presenter（表現層）的縮寫，它是MVC架構的變種，強調Model和View的最大化解耦合單一職責原則。區別于傳統的MVC結構，MVP結構簡化了View層的復雜度，提高了View層對模型數據的訪問效率。簡化了系統的規模和資源開銷的同時，提高了系統的靈活性和擴展性，使系統易于維護。MVP模式的簡單示意圖如圖3所示。

3 實現方案

3.1 基礎硬件環境

服務端的硬件組成主要包括文件服務器、視頻通信服務器、測試服務器、數據庫服務器。上述服務器均可通過醫院內網以WebService接口方式與HIS系統實現信息交互?？蛻舳说挠布愋椭饕谢颊叨似桨濉⒆o士端電話機、門牌平板、探視平板和醫院管理用臺式機。硬件設備間交互關系如圖4所示。

3.2 內外網部署

服務器與醫院信息系統（HIS/LIS/PACS）數據通過網閘和前置機實時交互，并通過網閘和前置機查詢業務流程所需的數據，服務器也可以通過前置機將信息送到醫院信息系統（HIS/LIS/PACS），由HIS系統直接完成寫庫操作。

當外網需要有數據轉發到內網時，外網接口地址以映射的方式對應內網地址，外網接口單元與隔離接口單元建立映射關系，同時保證內網的安全（隱藏），將服務器與隔離1控制單元中的數據交換區（前置機）進行連接與數據交互。

該安全通信方案在保持內外網絡物理隔離的同時，能夠在這2個不同安全等級的網絡之間進行實時的、適度的、可控的數據交換和應用服務?；诰W閘設計的目的，在隔離內外網業務連接的前提下，實現安全的數據交換。也就是協議落地，數據交換，從而保障通信安全。前置機實現了業務數據的隔離，外界只能訪問前置機，無法直接訪問醫院信息系統（HIS/LIS/PACS），從而保障了醫院數據層面的安全。

3.3 設備管理

通過后臺管理系統的管理員菜單，管理員及醫護人員可以實時監控正在院內運行的所有設備的運行狀態，能夠控制終端系統進行批量重啟和靜默升級。

護士可以在后臺統一為終端設備配置信息，象維護患者護理信息、管理推送接受消息、增添刪除宣教資料。

3.4 系統安全設計

3.4.1 內外網隔離的安全性

在網絡部署中，通過網閘將網絡隔離為公網和醫院內網兩個部分。網閘設計的目的是在隔離內外網業務連接的前提下，實現安全的數據交換。網閘有以下3個安全設計的基本原則。

3.4.2 單一服務原則

只完成數據文件的交換（象只完成文件形式的數據交換），其他的服務一律關閉。采用文件級交換，而不是數據包級交換，是因為文件相對信息完整，避免蠕蟲式的分片隱藏。

3.4.3 定向交換原則

在數據交換時指定接收人、發送人。指定了內外網的發送人與接收人，數據交換就只能提供點到點的數據交換服務，方便數據交換的審計，也方便了問題定位到源頭，避免第三者冒充、截獲信息重放等攻擊的發生。

3.4.4 不支持協議解析原則

網閘不支持應用協議解析，不透傳業務應用，只進行文件數據的擺渡，對于HTTP、SMTP、FTP等協議無法通過，數據庫的訪問就更加不能通過，網閘只起到數據的擺渡，不支持應用的互通。應用協議的終止，讓入侵、攻擊徹底失去了傳播的載體。

3.5 運維模式

采取互聯網迭代模式對床旁智能交互系統進行運維。該模式通過互聯網互通、互聯、共享的平臺特點，集成多方需求，對產品的功能進行優化。與傳統的項目制運維模式相比，2種模式各有其優勢。互聯網迭代模式的反饋時間較長，但是所提供的解決方案更加完善、全面，有效降低對原有功能的異常影響。

4 系統應用

4.1 呼叫管理模塊

該模塊旨在為醫院提供全方位的醫護呼叫解決方案，其子功能模塊包括患者-護士呼叫應答、患者-醫生呼叫應答、患者-家屬呼叫應答（探視）、護士-醫生呼叫應答、信息呈現及查詢。此模塊的架構如圖5所示。

4.2 健康宣教模塊

健康宣教是確保患者順利康復的重要環節，也是護士日常工作的一項重點，是維系醫護患三方良好關系的關鍵因素之一。針對國內醫院宣教信息傳達效率不高的現狀，床旁智能交互系統通過信息化技術，將健康宣教資源匯集到病床旁，為健康宣教內容的傳達提供新的渠道，提升健康宣教的效率。

4.3 全病程管理

床旁智能交互系統深度直連醫院內部系統，確保呈現給患者的信息及時且準確。通過醫囑智能提取技術，系統可以將各類新開醫囑及醫囑變更內容進行有效提取并分類。結合智能消息提醒功能，系統會自動推送相關消息到床旁智能交互終端上，方便患者讀取。當日推送的待辦事項將以待辦事項清單的形式呈現給患者，患者可以通過點擊平板上的相關圖標反復調取查看。且智能消息提醒支持語音朗讀功能，方便患者知悉消息。全病程管理模塊的界面設計如圖6所示。

通過床旁智能交互系統的全病程管理功能，能夠幫助患者在住院過程中，對于自身的治療、康復病程安排充分知悉，減少焦慮，從而使患者能更好地配合醫護人員展開工作，更好地參與到醫療過程和治療決策當中。

4.4 視頻探視

通過床旁智能交互系統，在無須額外布線及部署監控攝像頭的情況下，患者通過床旁智能交互終端，能夠與探視間內探視終端旁的家人朋友進行視頻交流。探視人員可以通過探視終端進行探視預約、視頻探視相關操作。床旁智能交互終端和探視終端雙向直連，提供高清畫面與實時語音?？紤]到實際情況，即使探視申請已通過，患者端也可以通過點擊平板上的按鈕來拒絕接受視頻探視。且護士可以監控探視狀況，如果患者情緒與身體狀況不適合繼續進行視頻探視，護士可以通過后臺強制終止視頻探視。院內視頻探視功能輔助病區合理安排探視流程，節省人力成本開銷，削減煩瑣探視流程，避免過多家屬涌入病房而給醫院的正常的監護工作帶來影響。院內視頻探視流程如下：1）來訪人員通過探視終端輸入來訪人員、被訪患者、探視時間等信息，進行視頻探視申請。2）護士通過PC后臺對探視申請進行審批。3）審批通過后，來訪人員在約定的時間內與患者進行探視視頻。4）探視結束。

4.5 院內導航

床旁智能交互系統支持院內導航功能，該系統通過集成醫院現有樓層科室布局信息，可定制化開發醫院室內地圖，在后臺系統部署智能運算模塊，患者及其家屬只需輸入起始地點和到達地點，系統即可為患者及其家屬規劃出最短及最少耗時路線，通過手機掃描屏幕上的二維碼，即可將地圖路徑同步至手機端，從而減少護士站的問詢工作并提升就醫體驗。該模塊的整體設計架構如圖7所示。

4.6 生活服務擴展

床旁智能交互系統作為醫護患三方的信息交互平臺，還是提供便利的生活服務獲取窗口，將院內小賣部所提供的生活用品購買、醫用耗材購買、輪椅租賃、輔助器材購買等各類服務延伸至床旁，讓患者伸手便能一鍵獲取。

通過前置接口機實現醫院院內信息的統一、內外網數據的交互，網閘用來有效控制和保障醫院內網的數據安全。同時，醫院可選擇開放一個公網IP并開放網絡及相應數據查詢寫入接口，若不愿意開放外網，也可以做院內的一些生活服務擴展，象院內的小賣部購物、院內點餐等。通過與床旁智能交互系統開放的軟件平臺做深度互聯，即可接入豐富的第三方生活應用。以護工聘請為例，患者通過床旁智能交互終端即可獲取護工信息、查詢護工評價?；颊呖梢詰{借床旁智能交互終端呈現的客觀、透明的信息來選取合適的護工人員。

5 結論

近半年的系統建設實施和試點科室實踐表明：構建基于床旁智能交互的未來病房醫療服務系統，讓病房醫護人員的系統操作更加方便快捷，大大提高了工作效率。此外，徹底顛覆了傳統病房的概念，豐富了病房內患者的視聽感受，住院就診患者的滿意度有了極大的提高，一定程度上改善了醫患關系。

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