遠程移動中央綜合監護與自動預警系統在COVID-19重癥患者救治中的應用實踐

陳學斌，段 軍，安 崢，唐 剛，高 敏，張偉碩，李天慶

1. 中日友好醫院 a. 醫學工程處；b. SICU，北京 100029；

2. 北京化工大學 機電工程學院，北京 100029；3. 國家心血管病中心 中國醫學科學院阜外醫院，北京 100037

引言

中央監護系統是目前醫療機構對患者狀態及報警數據集中監測的重要輔助工具，中央監護的應用有助于患者病情的及時發現和救治，能夠提高患者的監護效率[1-3]。目前醫院的中央監護系統是基于單一品牌監護儀設備的集成監管，而醫院不同科室間監護儀設備的品牌型號相差較大，不能在中央監護系統上統一集成監管，此外醫院的中央監護系統多分布于重點監護科室，普通病房的中央監護系統相對較少，由于醫院網絡環境的限制，中央監護系統無法移動使用，對于一些收治于普通病房的特殊患者無法實現遠程集成監護[4-7]。

報警提示功能是臨床中央監護系統的重要功能，在患者臨床監護中，低風險監護患者死亡事件時有發生，為減少臨床不必要的患者死亡事件，臨床有多種患者狀況評價系統，均是基于患者監護數據的評價評分完成對患者危急情況的綜合評價，目前的使用較為廣泛的是NEWS綜合評估預警系統，該系統通過對患者呼吸頻率、血氧飽和度、患者體溫、血壓、心率等的綜合評分實現對患者病情的預警提示，但是目前的NEWS綜合評估預警系統對患者情況的分析評估主要是依賴于醫護人員的手工統計實現的，無法有效實現對患者病情進行實時持續評估預警[8-12]。

本研究建立了一種遠程移動式中央綜合監護及自動預警系統，該系統可以在臨床多種環境條件下兼容多種品牌型號的監護儀設備，可便攜實現對多科室多品牌監護設備的遠程監測，能夠綜合監測患者床單元其他設備如呼吸機設備的數據，同時該系統整合了NEWS綜合評估預警系統，能自動實現對患者危急情況的綜合評價及預警提示。本系統可適用不同醫院不同的網絡環境，系統亦可不依賴醫院網絡環境組網，實現系統的穩定運行。

在中日醫院援鄂醫療隊所負責新型冠狀病毒肺炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19）重癥患者救治病區，成功搭建了移動式中央監護站，對重癥患者生命體征24 h實時監護；建立患者病情分級監測及自動預警系統，第一時間及時精準處置；實現遠程診療，醫護人員在駐地指導一線救治，專家遠程異地會診。

2 研究方法

2.1 數據采集模塊建設

為實現對不同品牌、不同型號監護設備的數據采集，本系統通過綜合數據采集裝置分別解析不同品牌型號監護儀和呼吸機的通訊傳輸協議實現設備數據采集，解析協議需要得到相關設備廠家的支持與配合。醫療設備使用中產生的數據種類繁多，綜合數據采集器采集的數據類型主要是設備監測的患者體征參數及報警信息，具體采集數據類型可以根據醫護人員監管需求設定。

2.2 網絡傳輸及數據存儲模塊

該系統需要適應不同醫療機構的不同網絡環境，采集的數據可以通過無線或有線的方式傳輸到集成監護端，實現數據的集成監管。數據存儲模塊是實現采集數據的存儲與回溯，本移動中央綜合監護系統將采集的數據存儲于醫院存儲單元或醫院特定云平臺存儲當中，根據醫院特有的環境完成數據存儲。

2.3 應用展示模塊

展示內容包括患者實時監測數據、設備報警數據、患者危急情況自動預警內容。展示方式必須完整、簡潔、重點突出，便于醫護人員及時了解患者病情。展示終端便于醫護人員在不同地點對相關數據進行實時監控和系統回溯，包括但不限于PC端和移動端。

在該系統中嵌入NEWS綜合評估預警系統，基于臨床患者數據能夠實現對患者危急事件的自動預警。常規的NEWS綜合評估預警系統，見表1。當對患者監測參數的綜合評估達到5分和單項達到3分時，中央監護系統即開始自動預警提示。

表1 NEWS綜合評估預警系統

2.4 數據安全保障

數據安全是集成監管的最重要內容，項目團隊制定了詳細的方案，在數據采集存儲及數據使用方面都確保了數據的安全。采集數據為設備監測狀態參數數據，不涉及患者信息，實時數據和報警數據采用不同采集通道采集，建立獨立數據存儲單元，對不同數據實行不同的數據存儲隔離；在數據使用方面，團隊制定了嚴格的人員授權機制，保障數據的安全。

2.5 臨床應用情況

項目團隊前期開展的“基于患者生命體征監測的快速急救智能預警指征研究”課題，構建了患者危急事件自動預警及快速反應系統，實時監測患者生命體征參數并進行綜合評估，對患者危急情況及時做出預警提示，在中日醫院日常醫療的臨床驗證中取得較好的效果。在此基礎上，結合COVID-19的特殊情況，構建了遠程移動中央綜合監護與自動預警系統，在中日醫院援鄂醫療隊負責的重癥病房進行部署實施。

3 研究結果

3.1 綜合數據采集模塊

醫療設備間數據的采集與傳輸是按照相應的數據協議來實現的，在本項目中通過綜合采集器采集設備數據的方式主要有兩種：主動采集和被動接收。主動采集是指數據采集器按照一定的傳輸要求將采集指令按照一定的時間頻率發送給監護儀，設備按照采集器發出指令將特定的數據傳輸出來；被動接收是指監護設備會按照一定的時間頻率將設備所有的監測參數直接推送給數據綜合采集器，采集器獲得數據后按照數據協議將需要的數據解析展示出來（圖1）。在本研究中按照不同設備的協議采用了不同的數據采集方式，如對于V60呼吸機采用主動采集的方式實現，部分邁瑞監護儀設備采用了被動接收的方式采集數據。

綜合數據采集模塊采集數據的裝置（圖2），可以安裝于醫療設備上，能夠采集不同品牌型號監護儀設備的實時數據和報警數據，常規采集的實時數據有6個，分別是血氧分數、心率、呼吸頻率和血壓監測值等，采集的設備報警數據有12個，包括血壓監測異常報警，呼吸頻率異常報警、心率及血氧分數異常報警等，具體數據見表2。裝置所采集的呼吸機數據17個，包括8個實時監測數據和9個設備報警數據，具體數據見表3。本系統解析了2種類型的監護儀和2種型號呼吸機的傳輸協議，具體見表4。

圖2 綜合數據采集裝置

表2 裝置采集的監護儀實時數據與報警數據

3.2 網絡傳輸及數據存儲模塊

本系統通過有線網絡或無線網絡均可實現數據傳輸，數據可存儲于醫院固定的存儲單元，或者存儲于規定的云數據庫，具體情況可按照醫院實際應用環境確定。此次在重癥病房建立了不依賴于所在醫院的穩定的數據傳輸及存儲系統，通過移動路由器及移動網卡與綜合數據采集器進行自組網，實現采集數據的傳輸。采集數據統一存儲于新的云平臺系統，具體的采集及存儲平臺如圖3所示。

表3 裝置采集的呼吸機實時數據與報警數據

表4 重癥病區遠程移動中央綜合監護系統監測的監護儀和呼吸機

圖3 本系統的網絡傳輸及數據存儲示意圖

3.3 應用展示模塊

基于疫情防控的要求，展示模塊分為移動端APP和PC端，既可以保證醫護人員不同時間不同地點對患者病情實時監護，又能盡量減少不必要的聚集。手機APP可查看單臺設備的實時數據和報警信息，當床單元監測數據觸發NEWS綜合評估預警系統時，NEWS預警信息直接推送到手機APP，圖4為重癥病區患者床單元監護儀呼吸機真實數據移動端APP展示。

圖4 重癥病區床單元監護儀呼吸機真實數據移動端APP展示

該系統可以承載多個頁面床單元設備組群數據展示，PC展示終端每個頁面可展示8個床單元設備數據，可設置自動翻頁時間或根據報警情況更換頁面，亦可根據醫護人員工作需要選擇設置關注顯示床單頁面。理論上系統能承載的床單元監測數目沒有限制，在實際情況下承載的數量取決于綜合數據采集器的安裝量與數據傳輸網絡的帶寬，臨床測試顯示該系統至少可以承載64個床單元設備組數據監測。在本次臨床應用中，根據重癥病區臨床實際情況系統承載了8個床單元設備數據的監測，圖5為重癥病區清潔區醫護工作站PC端床單元監護儀、呼吸機綜合實時真實數據展示。PC端為綜合展示終端，集成展示床單元相關監護儀和呼吸機等設備使用數據、報警信息及NEWS預警信息，如圖5所示。當某一患者病情觸發設備報警或NEWS預警信息，PC端可以在頁面顯示聲光報警信息，并將NEWS預警信息推送到移動端APP。系統中患者床位信息，可在手機端APP設置綁定，確保患者與監護數據對應。

每個床單元患者的具體監護數據可以展開查看，展示數據包括監護設備的實時數據和歷史數據及其趨勢圖。回溯顯示并重癥病區床單元醫療設備組中監護儀數據及趨勢圖，見圖6，包括患者心率、血氧飽和度等數據及NEWS預警數據及回顧趨勢，圖6中右側箭頭所示為NEWS預警的實時數據，左側趨勢圖中最下方柱狀圖即為NEWS預警的數據回顧。

圖6 重癥病區床單元監護儀真實數據展示

3.4 系統的數據安全

項目團隊通過人員授權、加密獨立單元進行數據分類傳輸與存儲等手段保障臨床數據的安全[13-14]。一是本項目的系統只獲取醫療設備的使用數據，不涉及患者的個人信息；二是系統在COVID-19臨床使用中，手機端APP和PC端展示模塊都執行了嚴格的授權許可，有權限的醫護人員方可使用該系統；三是建立了獨立的數據存儲隔離系統，數據的傳輸及存儲均采用獨立的通道單元，不相互混淆，保障了系統的數據安全。

3.5 臨床應用情況

2020年2月7日，醫療隊提出建設針對救治COVID-19患者的病情的遠程移動中央綜合監護與自動預警系統的要求。項目組對相關病區監護儀和呼吸機等設備通訊傳輸協議進行解析，結合救治需要開展硬件匹配、軟件設計、信息傳輸等工作。該系統于2月11號完成部署，應用于臨床，患者床單元監護儀和呼吸機的使用數據、報警信息和NEWS預警信息通過手機移動端、PC端實時展示，實現對重癥患者生命體征24 h不間斷監護，患者病情可以第一時間得到有效處置。

中日醫院醫療隊中法新城病區累計治療72名患者，有創呼吸機治療脫機率100%，實施IABP+VA-ECMO救治危重COVID-19患者，ECMO治療脫機率100%，成功治愈累計23名危重型COVID-19患者，充分展現了作為國家隊和頂尖級呼吸與危重癥團隊的實力。

4 討論

目前的醫療機構中央監護站多設置在本科室護士站和醫生辦公室，只能對單一品牌、型號監護儀的數據監管和報警提示，同一醫院不同病房的患者病情不同，配置監護儀品牌、型號亦不同，無法統一集成監管。呼吸機等重癥患者救治設備的數據和報警信息大多只存在病房內，不能和監護儀一樣集成監管。當出現COVID-19等突發公共衛生事件時，快速實現對不同病區、不同品牌型號監護儀和呼吸機等設備信息集成監管和報警提示成為重癥患者救治的難題。醫療設備的報警數據是中央站集成監管的重要內容，體現了對患者病情的變化，但是臨床數據統計結果顯示，設備的報警信息多數為假陽性報警信息，重復無效的報警信息容易造成醫護人員的報警疲勞，忽略重要的報警信息[15-19]。

在COVID-19危重癥患者中有48.6%的患者易快速進展為急性呼吸窘迫綜合征[20]。如何第一時間發現危重癥患者病情變化并快速處置、提高救治及時性和準確性是最棘手的問題，也是新建隔離病房的共性問題。

中日醫院醫療隊負責的同濟醫院中法新城病區建立較早，來不及設立中央站，且監護儀和呼吸機品牌型號眾多，無法快速組網，收治重癥患者后無法重新施工改造。按照診療規范，危重癥患者應有醫護人員24 h在病房內照護；一般的重癥患者，醫護人員每4 h交接班，進入隔離病房巡查患者生命體征及病情變化，巡查間隔期間病人如有不適按呼叫器通知醫護人員，如果患者未及時發覺病情變化或未有效呼叫，即存在醫療安全風險。

項目組在重癥病區快速搭建遠程移動中央綜合監護與自動預警系統，應用結果顯示該系統對提高危重癥及特殊患者的監護和救治具有重要臨床價值，主要表現在：① 實現患者床單元設備數據的集成監測，克服了傳統中央站只能監測單一品牌型號監護儀的不足，實現了多品牌、多型號監護儀的數據統一監測，同時實現監護儀與呼吸機設備數據實時集成監測，避免病區內穿戴厚重防護服導致醫護人員對圖像設備數據敏感性的降低所致對患者病情的判斷不準確不及時，提高了監管效率和準確性；② 醫護人員可通過移動端APP和PC端多種監測模式實現對患者的監測，上級醫生可以在清潔區或者駐地指揮病區內值班人員開展救治，而不是必須親自更換防護服進入病區救治，提高救治效率，減少了醫護人員感染的機會，也便于實現異地專家遠程實時會診治療；③ 實現患者病情的綜合評價預警，系統整合最新的NEWS綜合評估預警方法，依據監護數據自動評估、實時預警，便于醫護人員充分掌握患者病情，及時通知病區內值班人員第一時間干預處置，提高處置及時性；④ 通過對設備監測信息及NEWS評估信息的回顧查看，提高了對患者病情整體分析與判斷水平，有利于更好地開展病例討論，不斷提高綜合診療水平。

5 總結

本研究提出了一種遠程移動中央綜合監護及自動預警系統，實現不同病區、不同品牌、不同型號監護儀和呼吸機等設備的實時數據和報警信息集成監管，通過NEWS綜合評估預警自動實現對患者狀況的評價及預警提示。該系統對COVID-19患者的遠程實時監護與精準施治發揮了重要作用。

此項研究已初步形成專家共識，將進一步為相關突發公共衛生事中的危重癥患者救治貢獻一份力量。在今后的日常工作中，亦可通過醫聯體、互聯網醫療中心等遠程醫療網絡，使老少邊窮地區危急重癥患者享受到國家級專家的醫療服務，提高基層的救治能力和水平。