基于智慧城市的智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用*

——陳委娜 李大瑋 杜 濱 叢培芳

冷鏈?zhǔn)茄簭墨I(xiàn)血者血管到用血者血管過(guò)程的溫度控制，是維持各類(lèi)血液制劑功能穩(wěn)定的唯一安全方法。冷鏈安全是血液質(zhì)量的保證。冷鏈監(jiān)管是提升血液質(zhì)量管理水平的必然要求。血液儲(chǔ)存溫度不當(dāng)，會(huì)影響血液質(zhì)量[1]，輕者導(dǎo)致輸注無(wú)效，重者引起輸血不良反應(yīng)[2]，危及患者生命安全。

2007年，青島市中心血站探索建立了覆蓋血站和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的從“血管到血管”的冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)，并依托臨床輸血管理系統(tǒng)收集醫(yī)療機(jī)構(gòu)溫度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。但受限于當(dāng)時(shí)條件，血站和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的冷鏈數(shù)據(jù)需要分別在不同系統(tǒng)查詢(xún)，且冷鏈監(jiān)控只能具體到每一臺(tái)冰箱，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)對(duì)血液制劑的監(jiān)管。2019年，為全面提升血液質(zhì)量管理精細(xì)化水平，青島市規(guī)劃了城市智慧血液網(wǎng)，并基于此構(gòu)建了智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了血液冷鏈監(jiān)控能力。

1 智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)架構(gòu)分為3層，分別為物聯(lián)網(wǎng)感知層、計(jì)算存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層，見(jiàn)圖1。

1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層 物聯(lián)網(wǎng)感知層處于最底層，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)感知存儲(chǔ)血液的溫度信息，并將采集數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算存儲(chǔ)層。物聯(lián)網(wǎng)感知層設(shè)備分為儲(chǔ)血和運(yùn)輸設(shè)備、溫度采集設(shè)備兩種。儲(chǔ)血和運(yùn)輸設(shè)備包括集成射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)讀取裝置的自動(dòng)化紅細(xì)胞/血漿存儲(chǔ)冷庫(kù)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“智能冷庫(kù)”)，集成RFID讀取裝置且無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸?shù)募t細(xì)胞/血漿轉(zhuǎn)運(yùn)冰箱(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“智能冰箱”)，集成近場(chǎng)通信技術(shù)(NFC)、無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸和GPS實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的智能血液運(yùn)輸箱。溫度采集設(shè)備包括低溫/超低溫采集模塊、運(yùn)輸箱溫度采集及傳感器合成模塊、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

圖1 智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)架構(gòu)

1.1.2 計(jì)算存儲(chǔ)層 計(jì)算存儲(chǔ)層主要包括智能冷庫(kù)上位機(jī)、冷鏈采集系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備集成管理系統(tǒng)。其主要功能是接收物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理分析，對(duì)外發(fā)布預(yù)警信息，為數(shù)據(jù)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)融合提供數(shù)據(jù)源。

1.1.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用層 數(shù)據(jù)應(yīng)用層的主要系統(tǒng)為青島市城市智慧血液網(wǎng)管理系統(tǒng)，主要通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用，將時(shí)間、設(shè)備、溫度信息和血液流動(dòng)信息關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)冷鏈智慧管理目標(biāo)。

1.2 系統(tǒng)功能

1.2.1 智能冷庫(kù)數(shù)據(jù)采集 智能冷庫(kù)裝有機(jī)械手，機(jī)械手裝有RFID讀取裝置。智能冷庫(kù)上位機(jī)控制機(jī)械手移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)血液出入庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)、挑揀等操作。血袋粘貼帶有RFID芯片的標(biāo)簽。智能冷庫(kù)可以自動(dòng)讀取血袋信息，記錄血液出入庫(kù)狀態(tài)。智能冷庫(kù)內(nèi)部對(duì)血液進(jìn)行分區(qū)管理，每個(gè)區(qū)域部署冷鏈溫度采集模塊，對(duì)冷庫(kù)內(nèi)部不同區(qū)域的溫度進(jìn)行采集，并實(shí)時(shí)上傳至冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2.2 智能血液運(yùn)輸箱數(shù)據(jù)采集 使用智能血液運(yùn)輸箱對(duì)血液進(jìn)行運(yùn)輸管理，當(dāng)放入血液制劑類(lèi)型和血液運(yùn)輸箱用途不匹配時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)給予提醒并阻止操作。每個(gè)運(yùn)輸箱在系統(tǒng)中都有唯一標(biāo)識(shí)，運(yùn)輸箱通過(guò)唯一標(biāo)識(shí)和出庫(kù)單或血液獻(xiàn)血碼關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)與運(yùn)輸血液的對(duì)應(yīng)。運(yùn)輸箱配備帶有NFC感應(yīng)功能的電磁鎖，目的單位或部門(mén)授權(quán)人員方可開(kāi)啟[3]，通過(guò)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸，可以將關(guān)閉及開(kāi)啟時(shí)間、實(shí)時(shí)冷鏈溫度上傳至冷鏈管理系統(tǒng)。

1.2.3 智能冰箱數(shù)據(jù)采集 在輸血科和臨床用血科室配置智能冰箱，智能冰箱的每個(gè)儲(chǔ)血工位裝有RFID感應(yīng)天線，可以對(duì)血液進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、盤(pán)點(diǎn)和效期管理等，并通過(guò)NFC感應(yīng)、指紋、人臉識(shí)別等實(shí)現(xiàn)人員權(quán)限管理。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備集成管理系統(tǒng)對(duì)所有智能冰箱進(jìn)行集中管理，每臺(tái)智能冰箱安裝智能APP液晶屏，對(duì)冰箱進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，并實(shí)時(shí)顯示冰箱內(nèi)血袋存量及溫度狀態(tài)，采集信息實(shí)時(shí)上傳至物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備集成管理系統(tǒng)。智能冰箱每次開(kāi)關(guān)門(mén)后，智能APP會(huì)自動(dòng)控制RFID感應(yīng)設(shè)備，對(duì)庫(kù)存血液進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)，并將盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳至物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備集成管理系統(tǒng)，通過(guò)比對(duì)兩次開(kāi)關(guān)門(mén)盤(pán)點(diǎn)明細(xì)，可自動(dòng)計(jì)算血液在智能冰箱的存取狀態(tài)。

1.2.4 冷鏈溫度關(guān)聯(lián)分析 通過(guò)城市智慧血液網(wǎng)管理系統(tǒng)，匯集各系統(tǒng)冷鏈數(shù)據(jù)和血液流轉(zhuǎn)信息，通過(guò)對(duì)出庫(kù)單或獻(xiàn)血碼信息、設(shè)備ID、出入庫(kù)時(shí)間的關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)血液流轉(zhuǎn)過(guò)程和冷鏈溫度的時(shí)空關(guān)聯(lián)，將冷鏈溫度關(guān)聯(lián)到每一袋血液，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和運(yùn)輸設(shè)備、存取時(shí)間、冷鏈溫度等的多維度追溯，便于對(duì)血液質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。

2 應(yīng)用效果

2021年6月，智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)在青島市中心血站正式上線。2021年9月，青島市城市智慧血液網(wǎng)管理系統(tǒng)完成功能升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備集成系統(tǒng)中冷鏈數(shù)據(jù)的整合應(yīng)用，打通了血站和醫(yī)療機(jī)構(gòu)之間的信息渠道，初步完成了智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)的構(gòu)建。

2.1 智能冷庫(kù)與智能冰箱的精準(zhǔn)監(jiān)控

依托智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控智能冷庫(kù)與智能冰箱的運(yùn)行溫度。為全面系統(tǒng)地監(jiān)控冷庫(kù)及冰箱運(yùn)行情況，青島市中心血站對(duì)存儲(chǔ)紅細(xì)胞的智能冷庫(kù)及冰箱設(shè)置了8個(gè)溫度監(jiān)控點(diǎn)，按照《血液存儲(chǔ)要求》(WS 399-2012)設(shè)置溫度報(bào)警閾值，一旦發(fā)生超出溫度范圍的情況，系統(tǒng)可以自動(dòng)為指定工作人員發(fā)出預(yù)警信息，工作人員通過(guò)手機(jī)APP查看并干預(yù)。2022年4月，青島市中心血站從智慧冷鏈管理系統(tǒng)隨機(jī)抽取了2022年3月14日-27日冷鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，8個(gè)監(jiān)控點(diǎn)最高溫度為4.6℃，最低溫度為3.4℃，溫度波動(dòng)區(qū)間范圍符合要求，8個(gè)監(jiān)控點(diǎn)各自平均溫度在3.85℃～4.35℃之間，溫度相對(duì)恒定。

2.2 智能血液運(yùn)輸箱的精準(zhǔn)監(jiān)控

通過(guò)智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)查看每個(gè)智能血液運(yùn)輸箱的位置、目的地、緊急狀態(tài)、冷鏈信息、駕駛員情況等。物流管理人員通過(guò)系統(tǒng)大屏實(shí)時(shí)掌握相關(guān)信息，進(jìn)行指揮調(diào)度，一旦發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸箱溫度接近《血液運(yùn)輸溫度要求》(WS/T 400-2012)閾值，可以根據(jù)車(chē)輛位置、運(yùn)輸箱目的地、配送血液緊急狀態(tài)等實(shí)時(shí)調(diào)度血液配送路線，確保在溫度符合要求的情況下將血液制劑送達(dá)目的地。必要時(shí)，管理人員可以遠(yuǎn)程開(kāi)啟運(yùn)輸箱電磁鎖，指導(dǎo)駕駛員進(jìn)行緊急處置。

2.3 數(shù)據(jù)融合的精準(zhǔn)監(jiān)控

目前，青島市38所醫(yī)療機(jī)構(gòu)輸血科和部分用血科室配備了89臺(tái)智能冰箱和205個(gè)智能血液運(yùn)輸箱，通過(guò)主動(dòng)采集智能冰箱和智能血液運(yùn)輸箱的溫度、運(yùn)行狀態(tài)、庫(kù)存信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)血液在醫(yī)院內(nèi)部流轉(zhuǎn)過(guò)程冷鏈的精準(zhǔn)監(jiān)控。2022年4月，青島市中心血站從血液管理信息系統(tǒng)隨機(jī)抽取了2022年3月出庫(kù)單中編號(hào)為ISCP 22005618的出庫(kù)單進(jìn)行驗(yàn)證。該出庫(kù)單共有26袋血液，其中25袋監(jiān)控到了在血站和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的完整冷鏈數(shù)據(jù)，有5袋血液監(jiān)控到了從輸血科冰箱流轉(zhuǎn)到ICU病房前移冰箱的過(guò)程和冷鏈數(shù)據(jù)，另外1袋沒(méi)有冷鏈信息的血液經(jīng)確認(rèn)，于血液送達(dá)醫(yī)院當(dāng)日即發(fā)往臨床科室輸注，沒(méi)有在輸血科存放。經(jīng)驗(yàn)證，智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)融合，可實(shí)現(xiàn)血液“從血管到血管”的冷鏈監(jiān)控。

3 討論

血液質(zhì)量對(duì)于臨床安全輸血意義重大。血液冷鏈貫穿血液采集、制備、貼簽、包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、輸注全過(guò)程，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)對(duì)血液質(zhì)量產(chǎn)生影響。《血站管理辦法》規(guī)定，血站承擔(dān)“供血區(qū)域范圍內(nèi)血液儲(chǔ)存的質(zhì)量控制”和“醫(yī)療用血的業(yè)務(wù)指導(dǎo)”等職責(zé)，構(gòu)建覆蓋血站和醫(yī)療機(jī)構(gòu)全流程的智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)，對(duì)于提升輸血管理水平、保障血液質(zhì)量具有重要意義。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)血液溫度冷鏈監(jiān)控的研究較多，國(guó)外已有基于RFID對(duì)血液運(yùn)輸過(guò)程及質(zhì)量評(píng)估的研究[4]，國(guó)內(nèi)借助信息化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也開(kāi)展了對(duì)采集血液和血液標(biāo)本運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量管理模式的研究[2]。浙江省血液中心、寧波市中心血站先后開(kāi)展了通過(guò)RFID技術(shù)監(jiān)測(cè)血液運(yùn)輸過(guò)程的溫度，證明了RFID標(biāo)簽和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在血液冷鏈監(jiān)控應(yīng)用的可行性[5-6]。在醫(yī)療機(jī)構(gòu)，青島大學(xué)附屬醫(yī)院開(kāi)展了基于RFID技術(shù)在醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)部全流程血液冷鏈監(jiān)控的實(shí)踐，并通過(guò)血庫(kù)前移將冷鏈監(jiān)控延伸至手術(shù)室等用血科室[7]。但血液冷鏈涉及管理鏈條長(zhǎng)，交接復(fù)雜，參與人員多，同時(shí)缺少理論支持和指導(dǎo)，難以及時(shí)、準(zhǔn)確、客觀地進(jìn)行監(jiān)控[1]。當(dāng)前血液冷鏈研究多局限于某個(gè)環(huán)節(jié)，缺少針對(duì)從“血管到血管”全流程的系統(tǒng)性研究。青島市中心血站智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)的建設(shè)，在實(shí)踐基礎(chǔ)上圍繞覆蓋血站、醫(yī)療機(jī)構(gòu)的全過(guò)程冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了探索，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)感知、數(shù)據(jù)的全面融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)血液在血站和醫(yī)療機(jī)構(gòu)流轉(zhuǎn)過(guò)程和冷鏈信息的精準(zhǔn)監(jiān)控。

智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)極大地方便了血液質(zhì)量評(píng)價(jià)和追溯，但其在運(yùn)行過(guò)程中也存在一定問(wèn)題：(1)運(yùn)輸箱需要人工關(guān)聯(lián)血液，無(wú)法像智能冷庫(kù)和智能冰箱一樣對(duì)所存儲(chǔ)血液主動(dòng)感知[8]并與溫度關(guān)聯(lián)，實(shí)際應(yīng)用體驗(yàn)不佳；(2)因RFID使用成本限制，目前智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)僅用于紅細(xì)胞和血漿類(lèi)血液儲(chǔ)存及運(yùn)輸過(guò)程的精準(zhǔn)監(jiān)控，無(wú)法覆蓋全部血液產(chǎn)品和成分制備環(huán)節(jié)；(3)智能冰箱配置數(shù)量不足，部分醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)用不規(guī)范，造成部分血液冷鏈數(shù)據(jù)缺失。

2022年4月，青島市啟動(dòng)了基于智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)監(jiān)管下的血液應(yīng)急調(diào)配工作[9]。下一步，青島市中心血站可以此為契機(jī)，強(qiáng)化智慧血液冷鏈管理系統(tǒng)在血液調(diào)配過(guò)程中的抓手作用，促使醫(yī)療機(jī)構(gòu)主動(dòng)規(guī)范使用智能冰箱，以減少冷鏈溫度數(shù)據(jù)的缺失。同時(shí)，加強(qiáng)醫(yī)工合作，繼續(xù)深化RFID在采供血各環(huán)節(jié)的應(yīng)用，一方面改進(jìn)現(xiàn)有血液運(yùn)輸箱，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在信息主動(dòng)感知方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸箱內(nèi)溫度和冷鏈數(shù)據(jù)的主動(dòng)采集，減少人為干預(yù)；另一方面嘗試從血液采集環(huán)節(jié)使用RFID血液標(biāo)簽，使基于RFID的血液管理貫穿于血液采集、制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸全流程，實(shí)現(xiàn)冷鏈數(shù)據(jù)的全面融合，從而進(jìn)一步提升血液冷鏈溫度的可追溯性，不斷完善血液冷鏈監(jiān)控體系，從而更好地確保臨床用血安全，全面提升血液質(zhì)量管理水平。