基于物聯網的醫院智慧病房實踐

范霽月，景慎旗，王忠民，常翀，丁中正，劉云

（1.南京醫科大學醫學信息學與管理研究所，江蘇 南京 211166；2.南京醫科大學生物醫學工程與信息學院，江蘇 南京 211166；3.南京醫科大學第一附屬醫院（江蘇省人民醫院），江蘇 南京 210096）

0 引言

目前，醫療衛生行業正處于數字化的變革點[1]，從醫院信息系統（HIS）、電子病歷（EMR）、臨床支持決策、院外的智能健康管理等信息系統到智能設備、移動互聯網等，醫療信息化覆蓋及數據利用呈現爆發式增長，醫療模式正從傳統向智能化轉變。隨著物聯網、云計算、人工智能、大數據等先進技術的迅猛發展，及其在醫療行業的深化應用，智慧醫療迎來了發展新機遇[2]。充分利用這些技術進行醫療資源優化整合與協同共享，實現智慧醫療、智慧醫院的建設目標，解決醫療環節中的實際問題是當前信息化建設和研究的熱點問題[3]。

1 我院智慧病房的實踐

1.1 建設目標

基于物聯網、人工智能、虛擬化與云計算等新技術，結合國內外智慧醫療的現狀和發展趨勢，為提高醫院病房的管理效率和服務水平，降低管理成本，提高病房管理的整體效率，建設契合臨床業務流程和實際需求的智慧病區。

1.2 現狀調研情況

調研以國家智慧醫療的建設要求：《全國醫院信息化建設標準與規范（試行）》、《國家健康醫療大數據標準、安全和服務管理辦法（試行）》等政策文件為指南，結合本院醫療信息化應用情況，通過訪談和實地考察等方式調研現階段病區信息化建設現狀和業務流程，深入了解病區實際條件和醫護人員的切實需求，形成智慧病房需求清單。

調研中發現：現階段，醫院已基本完成診療全過程的業務系統建設和管理。但是，各種系統實際應用中，面向上級醫師、下級醫師、護士等過程中，包括早交班、早查房、病人管理、日常診斷等有一系列的“痛點”亟待解決。如：（1）部分病房醫療設備仍為單機版，包括：心電監護、耳溫、血壓等，數據利用困難，給醫護人員帶來大量的測量和錄入工作，同時無法保證數據的真實性、準確性。（2）醫療環節具有地方分散的特點，發生在床邊、護士站或病區內其他位置，但記錄醫療文書的方式具有一定的局限性，經常通過二次錄入，耗費大量人力資源，且無法完整記錄到系統中。（3）當病人發生突發狀況時，無法及時通知到相關人員，告警信息延遲。（4）患者信息分散，無法集中，存在信息碎片化等。（5）病區內人員復雜，醫護患比較低，無法進行全方面、高效率的診療服務和綜合管理等。

1.3 整體設計方案

針對調研中發現的系列問題，基于智慧醫療現在的應用基礎上進行拓展[4]，同時，加強頂層設計和總體規劃，統籌智慧病房建設。最終形成智慧病區總體解決方案，實現從傳統住院服務向智慧服務的模式轉變，如圖1。

圖1 智慧病房設計思路

該方案主要以患者為中心，圍繞患者、醫護、設備、病區四個方面，共包括10 個應用模塊：人臉識別模塊、智慧護士臺工作站、病區綜合分析展示平臺、床邊智能交互系統、患者實時定位、智能地面標識、智能輸液輔助、智能采集系統、醫生信息通知系統、移動語音工作站，如圖2。

圖2 智慧病房系統架構圖

1.4 核心應用

物聯網本質是現實世界的數字投影[5]，它無處不在，其作用是在不改變設備的原有用途前提下優化其應用。隨著物聯網的不斷發展，它已經廣泛的應用在生活當中，比如上車前遠程開空調，比如智能音箱接受語音指令播放曲目或回答問題。

醫院行業是物聯網的重要應用領域之一，早在2006 年就開始了建設探索的歷程[6]。物聯網技術的應用是建立智慧醫療，促進醫院信息化發展的重要一步，它是一個泛在網絡平臺，關系到醫院機構中的組織、人員、設備、物資等等各方面。它主要包含感知、網絡、傳輸三層架構，其后根據不同機構、業務場景等個性化需求進行功能模塊設計[7]。

1.4.1 體征數據自動化采集

在醫療環節中，醫護人員常常需要借助醫療設備、工具來采集醫療數據、輔助診療[8]。以心電監護為例，現有監護模式采用護理人員人工定時巡視的方式，到患者床旁查看監護設備信息，并采用紙質抄錄，二次錄入電子病歷中保存。由于病區患者人數多，醫護比例嚴重不足，監護帶來巨大的工作量的同時，也難免存在“真空”時間，導致緊急情況下，患者不能得到及時、有效的救治，造成病情延誤。患者的監護數據，特別是危重、術后患者，監護持續時間長，診斷率高，不間斷的監護對治療有非常關鍵的指導價值，避免發生不必要的、風險系數高、費用昂貴、創傷面大、效果弱的診斷和治療措施。同時，海量的監護數據為后期臨床的數據利用、分析和疾病研究打下基礎，而現階段斷點式的記錄數據并無法滿足要求，如圖3。

圖3 數據自動化采集平臺架構

智慧病房將物聯網技術延伸至醫療設備中，建設數據自動化采集平臺。平臺設計架構如圖3 所示，基于無線網絡，數據平臺對接傳感設備進行數據采集、二次數據處理，形成前端顯示。平臺主要包括心電監護、體溫測量、血糖測量、體征監護床墊、一體化自助測量、智能輸液輔助等多種病房常用體征測量項目，可以獲取包括臨床體征數據、報警信息、設備運行情況、設備故障、操作日志等多類數據；根據設定閾值判斷患者身體狀態，一旦數據超出正常范圍立即發送告警提醒值班人員；利用人工智能算法，結合采集系統長期收集的患者體征數據，分析患者的身體狀況，并自動給出看護建議；通過無線傳輸，數據自動對接電子病歷、護理文書中，便于關聯護理評估，形成護理計劃等操作，進行診療輔助。

實現數據的自動采集能夠將醫護人員從大量、重復、瑣碎的工作中解放出來，減少測量、記錄等工作，使其更多的精力可以投身專業的診療的護理之中，優化和整合業務流程，提高工作效率。其次，通過對完整設備信息的分析和利用，可以對醫療人員、設備資源實現高效配置，控制和降低醫療服務成本，使資源得到最大化的利用。同時，智能設備數據以及報警信息的動態、實時監控，幫助盡早發現問題，快遞干預。形成閉環的、過程安全可靠的、有記錄的臨床數據采集工作。降低由于二次抄錄或傳遞中產生差錯的風險，從而避免或減少醫療質量問題。

1.4.2 藍牙通信的患者實時定位

患者實時定位系統通過藍牙定位標簽，實現對相關人員的定位和關注。其通過配備低功耗藍牙通信功能的Beacon 設備，Beacon 設備根據定位精度需求，按照一定間隔部署，確保目標點實時都會有三個beacon 信號覆蓋，用戶智能設備掃描beacon 信號，并通過定位引擎處理得出目前用戶位置。室內導航定位系統融合了UWB、慣導和視覺三種定位技術，定位精度達到厘米級、定位延遲小于100ms、位置和導航指令刷新率20Hz 以上、系統容量無限制的實時定位。可實現對患者、設備、醫護人員自動定位導航[9]，見圖4。

圖4 患者實時定位系統技術架構

智慧病區通過給特定患者配備定位手環，如術后需特別護理、行動不便、老年患者等，進行院區范圍內的實時定位跟蹤，如果自行取下手環將進行提示。醫護人員通過病區顯示大屏，可關注患者的實時位置、行動軌跡等。當患者超出診療活動范圍或者在范圍內出現特殊情況的時候，系統可以在最快的時間內做出警報，通知醫護人員，準備好最佳的治療方案。

1.4.3 基于人臉識別的智能身份識別

人臉識別技術[10]是基于人的臉部特征，通過提取每個人臉中所蘊涵的身份特征，并將其與已知的人臉數據庫進行對比，從而達到識別身份的作用[11]。

基于人臉識別的智能身份管理建設基于IPv4 技術的智能監控和人臉識別算法選型原則、特征庫建庫規則以及應用接口標準等，建立適應海量人臉信息的快速比對、分析、查詢的大數據分析服務，實現海量人像特征信息的匹配、識別、存儲與管理。并結合醫院實際業務場景中的使用需求，提供多樣化的應用環境，展現基于大數據人臉比對識別的深入應用效果。同時，基于該應用建立授權訪問機制、安全管理制度、監控管理體系，實現不同人群角色：醫護人員、患者及家屬、無關人員等，精確匹配，高效、快速的在不同應用中實現智能、統一的權限管理，更好的提供醫護服務和安全保障。

人臉識別認證在智慧病房的主要應用場景為：（1）智能門禁：病區入口處采用人臉識別進行門禁管理，識別病區患者、家屬、醫生、護士、護工等，代替了專人進行出入管理的工作，大大的節省人力資源，方便相關人員進出病區。同時，更加有效的加強病區出入及探視管控等，更好提供醫護服務和安全保。（2）床旁交互系統的身份認證：醫、護、患者可以通過人臉識別綁定不同賬戶、從而進行角色管理、權限分配。醫護可查看或記錄其權限內患者相關資料，記錄醫療信息，同時，患者利用人臉登陸床旁智能終端，查看自己的監測信息、消息提醒、費用查詢、訂餐服務、電子病歷等信息，保障患者隱私。（3）生命體征自助采集：患者通過人臉識別認證其身份，確認后可使用自助體征測量設備。在自助測量血壓、脈搏、身高、體重等診療所需要的體征信息后，數據實時自動上傳至電子病歷系統中，為診療提供及時、有效的數據，同時該認證方式保證了測量數據的準確、可靠，能有效減少護士每日大量、重復測量和記錄工作，見圖5。

圖5 人臉識別流程設計圖

1.5 應用效果

在智慧病房的建設中，物聯網等先進技術在實際應用中能夠發揮巨大的作用，實現了病區從傳統醫療模式向智慧醫療模式的轉變。

（1）切實解決醫院醫護人員日常工作痛點、難點，優化資源配置：智慧病房的建設改善了傳統醫療模式中存在的弊端，切實解決醫院醫護人員日常工作痛點、難點。打破原本診療工作地點、方式的局限性，提供舒適、便捷、高效的工作環境。同時，將醫護人員從大量、重復、瑣碎的工作中解放出來，更多的投入專業的疾病診療、護理中，利用信息化實現智能的輔助。對人力資源、設備資源實現高效配置，優化，與此同時整合業務流程，提高醫護人員的工作效率，控制和降低醫療服務成本，使資源得到最大化的利用。

（2）提高醫療數據質量，提供智能化服務：智慧病房能對患者健康狀況和醫療信息進行智能自動采集、傳輸、存儲、處理和利用，保證醫療數據的可信、標準、真實及完整，切實提升疾病診療、監管、護理的效率和質量；利用人臉識別對人員進行職能識別、安全管控，有效改善患者就醫體驗，保護患者隱私和病區安全，為患者提供更加智能化、高質量、可持續的醫療服務。

（3）提高患者滿意度，提升醫院影響力：智慧病區的建立也是智慧醫療在醫院中深化應用的示范工程，是落實國家關于智慧醫療政策的重要舉措，引領智慧醫療發展，實現基于醫療大數據的人工智能醫療體系，實現醫院“圍繞患者的服務”和“圍繞醫院的服務”等多種服務功能的進一步提升，對提升醫院影響力，提高患者的就醫滿意度具有具有重要意義。

2 討論與展望

智慧醫療是醫療行業發展的重要方向，物聯網、人臉識別、大數據、5G 等先進技術在智慧病房的實際應用中能夠發揮巨大的作用[12]，將為患者提供更便捷、更智能、更高質的醫療服務。現階段，我院的智慧病房的實踐還是示范化病區案例，還有很大的空間有待深入研究，智慧醫療的深化應用和醫療信息的變革仍然任重而道遠。