智能查房生命體征獲取平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

譚志堅，許煜聰，李建均，潘弟

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院設(shè)備科 （廣東廣州 510120）

查房是醫(yī)務(wù)人員日常醫(yī)療工作中較重要的環(huán)節(jié)，目的在于隨時掌握患者生理參數(shù)的變化。在常規(guī)查房過程中，醫(yī)務(wù)人員需要對患者心率、脈搏、呼吸、血壓等生理參數(shù)進(jìn)行記錄[1]。目前，各大醫(yī)院查房方式主要通過紙質(zhì)記錄實現(xiàn)，且記錄的數(shù)據(jù)被手工錄入至醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）中。若病區(qū)內(nèi)患者數(shù)量較多，查房過程耗時較長，醫(yī)務(wù)人員則容易由于粗心和忙碌等原因造成數(shù)據(jù)記錄錯誤或重復(fù)記錄。針對該問題，部分醫(yī)院使用移動查房車來輔助查房，這種方式較大程度提高了查房效率；此外，以手持設(shè)備為終端的移動查房系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)除了提供輔助查房的功能外，還可實現(xiàn)從HIS中調(diào)閱圖像和化驗報告的功能，也可生成和修改醫(yī)囑、病歷文書和會診記錄。但是，以上兩種方式均存在缺陷。（1）成本較高：均需要額外購置設(shè)備，且通常價格不菲，對于中小型醫(yī)院負(fù)擔(dān)較重。（2）通用性不強(qiáng)：由于三甲等較高級別的醫(yī)院都有無線網(wǎng)絡(luò)，因此布置難度不大，但對于很多中小型醫(yī)院，不一定布置有無線網(wǎng)絡(luò)，無形中增加了推廣難度，此外，小型醫(yī)院患者數(shù)量較少，采用以上方式進(jìn)行查房意義不大。（3）使用不便：醫(yī)務(wù)人員需要在使用前進(jìn)行培訓(xùn)，重新適應(yīng)一套新的查房流程，工作效率受影響，且新進(jìn)的設(shè)備額外增加了管理負(fù)擔(dān)。因此，目前的移動查房設(shè)備難以在許多醫(yī)院內(nèi)進(jìn)行普及[2]。現(xiàn)搭建生命體征獲取平臺，無須接入或重建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過手持設(shè)備端開發(fā)的應(yīng)用程序，使用藍(lán)牙通信技術(shù)即可達(dá)到輔助醫(yī)務(wù)人員高效查房和減輕日常工作量的目的，且布置成本較低，對于中小型及未布置無線網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)院尤為適用。

1 總體架構(gòu)

針對目前查房狀況存在的弊端，本次設(shè)計的生命體征獲取平臺可實現(xiàn)生理參數(shù)采集，數(shù)據(jù)解析，數(shù)據(jù)更新等功能，具有使用系統(tǒng)化、便捷化，降低醫(yī)護(hù)人員勞動強(qiáng)度，提高查房效率等優(yōu)點(diǎn)。如圖1，該平臺主要由3個部分組成。（1）醫(yī)療設(shè)備：本次針對的醫(yī)療設(shè)備主要為電子血壓計、溫度計、心電圖機(jī)等常規(guī)查房設(shè)備，集成藍(lán)牙通信模塊，可將測量的生理參數(shù)進(jìn)行回傳。（2）手持設(shè)備：通常為手機(jī)和移動平板等設(shè)備，主要用于控制、收發(fā)、顯示和存儲醫(yī)療設(shè)備的數(shù)據(jù)，將作為查房的控制終端。（3）醫(yī)院信息系統(tǒng)：該平臺最大特點(diǎn)是與HIS進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，手持設(shè)備利用藍(lán)牙模塊將查房過程中的生命體征數(shù)據(jù)回傳至HIS中并更新保存。

圖1 總體架構(gòu)

2 平臺設(shè)計

2.1 軟件框架

該平臺工作流程如圖2，在進(jìn)入程序界面并完成藍(lán)牙設(shè)備配對后，醫(yī)護(hù)人員開始進(jìn)行查房或上傳、更新最近的查房數(shù)據(jù)。（1）若進(jìn)行查房，手持設(shè)備需從工作站中調(diào)取病區(qū)待檢查的患者信息，醫(yī)護(hù)人員對每例患者進(jìn)行逐項檢查，測量過程中，應(yīng)用程序接收醫(yī)療設(shè)備回傳的生理數(shù)據(jù)并同步顯示在屏幕上，待數(shù)值穩(wěn)定后，可對本次測量結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，生理數(shù)據(jù)將被存儲于SQLite數(shù)據(jù)庫中[3]；（2）若需將數(shù)據(jù)上傳至HIS中，工作站使用外接藍(lán)牙USB接口與手持設(shè)備進(jìn)行連接，即可實現(xiàn)快速回傳。

2.2 接口模塊

該接口模塊主要用于讀取醫(yī)療設(shè)備的數(shù)據(jù)并回傳至手持設(shè)備中，MCU采用MSP430F149，與 ESP8266的電平一致，無須額外設(shè)計電平轉(zhuǎn)換電路，并且MSP430F149具有12位A/D功能，無須額外配備A/D芯片。MCU通過AT指令可以控制ESP8266連接指定的路由器，與服務(wù)器進(jìn)行TCP連接，并且將檢測到的設(shè)備狀態(tài)以預(yù)設(shè)的格數(shù)據(jù)包格式發(fā)送至服務(wù)器。接口模塊的硬件如圖3。

圖2 平臺工作流程

圖3 通用接口的硬件結(jié)構(gòu)

2.3 藍(lán)牙通信模塊

目前，可用于短距離無線傳輸?shù)哪K越來越多，并逐漸被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械中。本次選擇藍(lán)牙通信技術(shù)作為平臺無線傳輸?shù)耐緩健Ｓ捎谒{(lán)牙4.0相比2.1等版本具有連接更快速，待機(jī)功耗小，支持短數(shù)據(jù)包等優(yōu)點(diǎn)，且Android系統(tǒng)中集成了藍(lán)牙通信庫，可方便調(diào)用，因此本系統(tǒng)將采用藍(lán)牙4.0協(xié)議[4]。

藍(lán)牙4.0使用基于回調(diào)的消息進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)以消息為單位，在該平臺的醫(yī)療設(shè)備中，將使用2個Service進(jìn)行傳輸，而每個Service中都有1個Characteristic。通信步驟如下：（1）當(dāng)手持設(shè)備通過藍(lán)牙與設(shè)備連接成功后，手持設(shè)備將發(fā)送[0xFE，0xFE，0xAA，0xAB，0xAC，0xAD]至醫(yī)療設(shè)備，表示連接成功并可開始測量，隨后，醫(yī)療設(shè)備發(fā)送[0xFE，0xFE，0xAA，0xAB，0xAC，0xAE]，表示已準(zhǔn)備就緒；（2）測量過程中，醫(yī)療設(shè)備實時將測量的數(shù)據(jù)回傳至手持設(shè)備，測量信號為[0xFE，0xFE，測量值，0xAB，0xAC，0xAD]；（3）測量完畢后，醫(yī)療設(shè)備將返回測量結(jié)果[0xFE，0xFE，0xAA，測量值，0xAD]。

在手持設(shè)備中打開藍(lán)牙通信功能后，對附近設(shè)備進(jìn)行搜索，當(dāng)列表中出現(xiàn)待連接的設(shè)備并選中后即建立了連接。手持設(shè)備中的程序接收到一個回調(diào)函數(shù)的返回值，若是拒絕連接或通信過程中產(chǎn)生異常，回調(diào)函數(shù)將返回一個常量。當(dāng)手持設(shè)備接收到醫(yī)療設(shè)備發(fā)送的測量值后，應(yīng)用程序客戶端將實時顯示數(shù)值并描繪出波形。藍(lán)牙通信流程[5]如圖4。

2.4 HIS聯(lián)網(wǎng)

圖4 藍(lán)牙通信流程

該平臺與HIS數(shù)據(jù)庫連接，可獲取和更新患者的生命體征數(shù)據(jù)，并通過藍(lán)牙與手持設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。我院的HIS數(shù)據(jù)庫由Oracle編寫，若有其他接口需要對其進(jìn)行訪問和讀取，應(yīng)設(shè)定相應(yīng)的權(quán)限范圍，因此可將其他信息系統(tǒng)局限為對HIS數(shù)據(jù)庫中指定范圍的表內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行特定操作，并創(chuàng)建限定權(quán)限的客戶端用戶[6]。在HIS服務(wù)器端對數(shù)據(jù)表進(jìn)行操作只能通過Oracle連接會話來實現(xiàn)，從而完成不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。我院的HIS首先為該平臺開設(shè)一個用戶名（to_Rounds），然后對其需要在數(shù)據(jù)庫中訪問和提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計并設(shè)定權(quán)限，最后創(chuàng)建用戶腳本。該平臺在運(yùn)行過程，創(chuàng)建的用戶to_Rounds會話連接直接指向HIS服務(wù)器中的某個數(shù)據(jù)庫，因此只能對特定的數(shù)據(jù)表進(jìn)行查詢、刪除及更新等操作，該方式不僅可滿足該平臺對HIS數(shù)據(jù)訪問的需求，而且可防止因權(quán)限過大帶來的數(shù)據(jù)安全隱患[7]。

3 測試與討論

圖5是該平臺的查房流程。

第一，查房前，醫(yī)師將手持設(shè)備與工作站建立連接，并從HIS中獲取本次需要進(jìn)行檢查的患者名單和檢查項目（如血壓、體溫、血氧等）。將通用接口與醫(yī)療設(shè)備（如電子血壓計、電子體溫計等）連接成功后，即可在手持設(shè)備中查看、讀取和控制醫(yī)療設(shè)備。

第二，查房中，醫(yī)師在手持設(shè)備中選中待檢查的患者姓名及需要檢查的項目，無誤后，啟動醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，此時生理數(shù)據(jù)將根據(jù)患者姓名和檢查項目分別自動儲存至手持設(shè)備中。例如，對患者A的血壓和體溫進(jìn)行記錄，醫(yī)師只需在手持設(shè)備的APP中選中該患者姓名以及血壓和體溫，按下“測量”按鍵后，APP即可實時對血壓和體溫進(jìn)行采集。醫(yī)師可重復(fù)測量，并在多次結(jié)果中進(jìn)行選擇。測量完畢后，該患者的血壓和體溫數(shù)據(jù)將暫存于手持設(shè)備中，點(diǎn)擊“完成”按鍵，結(jié)束該患者的測量，并可開始下一患者的測量，重復(fù)上述步驟，直至將該次查房的患者檢查完畢。

第三，查房后，醫(yī)師將手持設(shè)備與工作站再次建立連接，確認(rèn)無誤后，自動將查房過程中暫存于手持設(shè)備的生理數(shù)據(jù)回傳至工作站并同步在HIS中進(jìn)行更新，此時，整個查房過程完畢，中間并無任何紙質(zhì)和手工記錄的步驟介入，且全程可通過藍(lán)牙連接完成，無須在wifi等無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用。

根據(jù)上述建立方法和使用流程，本次通過對體溫、血糖和血氧飽和度3項生命體征參數(shù)進(jìn)行采集，并經(jīng)過藍(lán)牙模塊進(jìn)行傳輸，最后與HIS對接實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動更新。如圖6和圖7，是手持設(shè)備搜尋醫(yī)療設(shè)備并配對成功后的界面，可顯示當(dāng)前設(shè)備的IP地址和端口號，并選擇手動斷開連接。

然后對數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖8。在該測試中，體溫、血糖和血氧飽和度3項生命體征參數(shù)可成功傳輸至手持設(shè)備端并實時顯示，當(dāng)本次測試結(jié)束且對結(jié)果滿意，點(diǎn)擊“確認(rèn)保存”后即可保存數(shù)據(jù)并完成本次測量。

圖5 平臺查房流程

圖6 設(shè)備搜索界面

圖7 設(shè)備配對成功界面

該平臺與其他市面上常用的查房設(shè)備比較，主要特點(diǎn)如下。

第一，通用性強(qiáng)。該平臺提供的接口可與血壓計、額溫計和血氧儀等查房設(shè)備連接，在無wifi等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，查房過程中采集的生理數(shù)據(jù)將暫存于使用者的手機(jī)中，回到工作站即可將手機(jī)通過藍(lán)牙連接，生理數(shù)據(jù)將被回傳至工作站并在HIS中更新。雖然大中型醫(yī)院已全面鋪開無線網(wǎng)絡(luò)，為無線移動查房的應(yīng)用提供了便利，但對于小型醫(yī)院或未布置無線網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)院，本項目可在完全離線的狀態(tài)下即可實現(xiàn)無線查房的功能，在普通病房和重癥監(jiān)護(hù)室等不同規(guī)模的病區(qū)中都適用。

圖8 生命體征測試過程

第二，成本低。常見的移動查房車或查房平板，需要重新購置配套的監(jiān)測設(shè)備，整體成本偏高，難以在小型醫(yī)院鋪開。該平臺的配套硬件較簡單，整體開發(fā)成本和維護(hù)成本相較于市面上的產(chǎn)品都較低，呈現(xiàn)較大成本優(yōu)勢。

第三，效率提高。該平臺使用過程并不會改變醫(yī)務(wù)人員的查房習(xí)慣，中間亦無過多的煩瑣步驟，相較于傳統(tǒng)的查房方式，使用該平臺可在較短時間內(nèi)采集完病區(qū)多數(shù)患者的生理數(shù)據(jù)，查房效率得到極大地提高，且維護(hù)簡單，故障率低，有助于減少醫(yī)務(wù)人員工作量，便于臨床科室設(shè)備管理。

4 總結(jié)與展望

本次結(jié)合移動醫(yī)療的理念，開發(fā)了一套集患者體征數(shù)據(jù)采集，快速回傳，自動更新于一體的生命體征獲取平臺，用于智能輔助醫(yī)院日常查房工作。相較于傳統(tǒng)查房手段和現(xiàn)有的查房設(shè)備，該平臺具有成本低、效率高、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)病區(qū)大小、床位數(shù)量及醫(yī)務(wù)人員熟練程度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和配套。在查房過程中，該平臺可快速有效地獲取患者的生命體征數(shù)據(jù)，查房效率得到極大地提高，醫(yī)務(wù)人員工作量得到有效降低，有助于醫(yī)師快速掌握患者病情，更好地關(guān)注患者健康，體現(xiàn)“以人為本”的醫(yī)院管理理念。