物聯網技術在智慧醫院中的應用與設計

常立強， 張 龍

(中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

《智慧醫院綜合評價指標(2015版)》制定了智慧醫院評價指標體系總體框架，成為最早指導全國各級醫療機構開展智慧醫院建設的基本評價體系，為智慧醫院的建設指明了方向。近年，《全國醫院信息化建設標準與規范(試行)》(2018)《醫院智慧服務分級評估標準體系(試行)》(2019)等建設標準和評估體系陸續頒布，為智慧醫院的建設提供了更明確的評估方法和更高的建設標準。醫療建筑工程正沿著智慧型醫院標準體系加快建設或轉型升級。

物聯網作為近年來的新興技術之一，由于其高效性、準確性、靈活性、智能性等優勢，已在新型智慧醫院中得到廣泛應用，同時也成為智慧醫院評價體系中的重要考核指標。2020年4月20日，由國家發改委首次明確的“新基建”范圍，同樣也重點強調了物聯網技術在信息基礎設施建設中的重要性。如何做好物聯網系統在智慧醫院中的設計與應用、響應國家政策、建設完善的智慧服務信息系統，在智慧醫療、智慧護理、智慧患者、智慧管理、智慧后勤、智慧保障等方面發揮物聯網技術優勢，使之成為改善患者就醫體驗、開展全生命周期健康管理的有效工具，已成為當下智慧醫院建設的重要研究方向之一。

1 醫院物聯網技術簡介

1.1 物聯網的誕生

物聯網(Internet of Things，IoT)的概念最先由英國科學家Ashton教授提出，是指將無處不在的末端設備和設施(包括“內在智能”的傳感器、移動終端、工業與數控系統、智能設施、視頻監控系統等)和“外在使能”的(如貼上RFID標簽的資產、攜帶無線終端的個人與車輛等)智能化物件、動物或“智能塵埃”，通過各種有線/無線通訊網絡實現互聯互通、應用集成等功能，在內網、專網或互聯網環境下，采用適當的信息安全保障機制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持、領導桌面等管理和服務功能，實現高效、節能、安全、環保的“管、控、營”一體化。

1.2 醫院物聯網技術

隨著物聯網技術的發展與成熟，其在醫院建筑中得到了廣泛的應用。醫院物聯網主要是將各種與醫學服務活動相關的人或物，進行信息的交互、傳輸、分析和共享。通過感知醫學服務對象，采集各類需要的數據并進行分析，實現對醫學服務活動的實時動態監控、連續跟蹤管理和精準的醫療健康決策。根據使用維度的不同，智慧醫院中的物聯網應用場景也多種多樣，其主要的應用場景見表1所示。

智慧醫院中物聯網技術的主要應用場景 表1

2 醫院物聯網系統應用頻譜

物聯網技術在智慧醫院應用中主要使用的幾種通訊技術為RFID、ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa、WMTS。不同的物聯網應用有著不同的通訊技術和應用頻譜，而應用頻譜則影響物聯網系統架構形式、應用終端的接入方式等。因此，了解物聯網系統的應用頻譜，有助于理解醫院物聯網系統的架構形式，對方案設計起到技術支撐作用。醫院物聯網技術各主要應用場景、工作頻譜及通訊技術見表2所示。

醫院物聯網技術的主要應用場景、頻譜、通訊技術 表2

從表2中可以看出，智慧醫院的應用場景工作頻率集中在125k～5GHz，其系統的搭建應考慮覆蓋以上通訊頻率，以滿足醫院對應用場景的靈活配置需求。

3 系統架構

醫院物聯網系統架構(即物聯網基礎平臺)的搭建，需要解決的核心問題就是通過系統頂層架構設計與建設，將通訊標準不統一、工作頻譜不統一的末端設備及設施進行互聯互通，構建統一的物聯網運營平臺，實現智慧醫院“人與物”的物聯化、互聯化、智能化。

目前主流的物聯網系統架構有3種解決方案，下文筆者對3種方案及其優缺點進行簡單的介紹與分析，以便設計過程中可以更有針對性的選擇合適的系統架構。

3.1 基于專用物聯網網絡的解決方案

通過單獨建設一套超寬頻室內信號分布系統，同時覆蓋多種智慧醫院物聯網應用的工作頻譜和通訊協議，做到多網合一，其系統架構拓撲圖見圖1。

圖1 基于專用物聯網網絡的系統架構示意圖

該方案最大的優點是簡化了網絡系統架構，避免了各種應用系統的重復建設，降低了整體運營成本和維護成本，同時采用專用的物聯網網絡，可保證網絡的安全性。但由于需要單獨設置一套專用物聯網網絡，前期投入較高且布線工程量大。

3.2 基于互聯網無線AP+物聯網基站的解決方案

利用院區無線內、外網以及物聯網基站，搭建基于無線網絡的智慧醫療物聯網方案，其系統架構拓撲圖見圖2。該方案利用綜合布線網絡搭建物聯網系統，其優點是布線方式簡單、系統接入靈活、建設成本低；但由于很多物聯網應用屬于后勤管理系統，院區內、外網Wi-Fi無法覆蓋全部區域(如車庫)，且物聯網應用的頻段種類繁多，因此需要在無Wi-Fi網絡區域增加獨立的物聯網基站，同時要求無線AP具備多個IoT擴展槽以實現多種物聯網應用。因此，該方案物聯網系統同時利用了院區內網和外網Wi-Fi網絡，減少了布線成本的同時，降低了物聯網數據的安全性，但大量的物聯網基站會提高系統故障率，增加管理和維護成本。

圖2 基于互聯網AP+物聯網基站的系統架構示意圖

3.3 基于物聯網攝像機的可視化物聯網解決方案

通過升級傳統視頻監控系統，將部分攝像機調整為物聯網攝像機，結合微基站、定位器等設備，在滿足視頻監控系統運行的同時，實現智慧醫院物聯網系統全園區無死角、無盲區覆蓋，其系統架構拓撲圖見圖3。

圖3 基于物聯網攝像機的可視化物聯網系統架構示意圖

該方案有效利用傳統監控系統閑置的接入帶寬，實現物聯網系統搭建，其本質仍然是利用TCP/IP協議的傳輸方式，與3.2的方案有類似之處。該方案優點是可實現物聯網系統的全程可視化，且網絡相對獨立、安全性較高；由于需要采用專門的物聯網攝像機，因此對攝像機的選擇具有一定的約束性，且在物聯網攝像機無法覆蓋的區域，需要增設微基站(如病房內)。

以上三種物聯網系統架構均為成熟的物聯網技術，且在醫院項目中具有較高的占有率，由于三種方案各有優缺點，筆者團隊在設計過程中應根據院方的實際需求，結合各方案安全性、可靠性、可視化、造價高低等因素，合理地選擇物聯網系統搭建方案，做到系統技術安全、經濟合理、功能齊全。

4 醫院物聯網系統設計應注意的問題

醫院物聯網系統建設，除了滿足安全性、可靠性、穩定性和基本的使用功能外，還應考慮與醫院信息化系統的對接、分期建設、系統的開放與可擴展性以及應用終端選擇等實際需求等問題。

(1)物聯網系統集成平臺與醫院信息化系統的對接

醫院物聯網應用場景眾多，包含系統搭建方的應用和第三方應用，部分醫院還存在醫院自研的應用系統。為了實現眾多應用系統之間的各種數據交互、統一管理，應搭建基于各種業務場景的物聯網數據集成平臺，并能夠根據醫院的業務需要，與醫院HIS、LIS、PACS系統實現數據共享、互聯互通。

(2)應考慮系統分期建設需求

醫院物聯網系統的建設，應根據醫院分期實施情況、資金投入、醫療業務需求等因素，考慮分區域或分期進行應用場景的配置，在系統建構搭建的過程中，應充分考慮遠期物聯網應用需求，通過合理的頂層設計，對全院區物聯網架構進行統一規劃、按需配置，達到分步實施的可能，避免后期增加過多的系統、線路改造，失去物聯網系統的靈活性與智能化的特點。

(3)系統的開放性與可擴展性

醫院物聯網系統應有良好的開放性和可擴展性，能夠靈活、方便地進行硬件或軟件的擴展和升級，以適應系統規模和應用功能的不斷完善和增加，滿足醫院日益增長的運營需求。

(4)應用終端設備的可選擇性

醫院物聯網應用系統種類多樣，終端接入設備也在不斷更新和變化，物聯網系統的建設不應具有指定性或排他性，應能適用于大多數廠家終端設備產品，便于業主進行設備招采。

5 結束語