基于智慧病房框架下的ICU探視系統建設實踐探究

胡佳華，吳金星，袁丹

(1.江西省兒童醫院南昌醫學院附屬兒童醫院，江西南昌 330013；2.江西省人民醫院（南昌醫學院第一附屬醫院），江西南昌330006)

近年來，國家全面推動醫院信息化、智能化建設，提出智慧醫院建設[1]是深化醫改的重點內容，是改善醫療服務質量提高醫療服務效率的有效手段，是提高人民群眾醫療健康獲得感的基礎工作。2022 年11 月9日，國家衛生健康委聯合國家中醫藥局、國家疾控局等3 部門印發《“十四五”全民健康信息化規劃》，明確提出，“十四五”時期是全民健康信息化建設創新引領衛生健康事業高質量發展的重要機遇期，也是以數字化、網絡化、智能化轉型推動衛生健康工作實現質量變革、效率變革、動力變革的關鍵窗口期。目前，大多數以智慧病房為核心的智慧醫院[2]已經部署了完整的物聯網基礎，為后期的服務擴展提供了堅實的基礎。

江西省兒童醫院于2021 年完成了智慧病房項目的建設。床旁智能交互系統[3]建立在已上線的內網系統之上，并與之深度對接。針對當前面臨的網絡穩定與輸入效率低等問題，利用物聯網和有線網絡解決傳統Wi-Fi 信號質量差的問題，利用固定于床旁的智能終端提供優質的呈現和輸入體驗。最終切實提升醫護人員工作效率，提升醫療服務品質。

由于ICU病房的特殊性，其封閉式管理[4]的模式，使得患者家屬無法進入病房。過去，ICU探視借助于手機微信視頻的方式進行遠程探視，無法對探視過程進行有效的管理。江西省兒童醫院ICU探視系統，患者與家屬可以遠程交流溝通、醫護人員與家屬可以遠程交流病情。同時可以有效地對探視請求、探視記錄等進行有效管理，也可以自行設置探視區間、探視時長等。

1 系統設計

江西省兒童醫院ICU 探視系統有3 個客戶端，分別是家屬端、管理端、患者端。3 個后臺服務，分別是WebRTC 服務端、床旁智能交互系統服務端（床旁后端）和EMQX 服務器組成。WebRTC 服務端：集成了WebRTC Server端與信令服務器的功能。負責音視頻流的傳輸與轉發，并根據客戶端發來不同的信令在WebRTC服務端進行各項操作。客戶端與WebRTC服務端采用socket.io（已集成）進行通信。床旁智能交互系統服務端（床旁后端）：負責向客戶端提供WebRTC服務地址，并對探視的通話記錄進行記錄，防止重復通話。床旁后端也負責探視流程中客戶端之間的業務通信，在需要通知客戶端時及時下發消息。床旁后端與安卓設備之間采用的消息系統框架為EMQX。床旁后端與網頁端通信采取WebSocket 通信。EMQX服務器：負責向各客戶端發送EMQ消息。

2 系統實現

患者家屬通過家屬端登錄后，點擊進入探視，等待管理端準許。科室人員通過管理端接收到家屬端探視申請后，準許該探視申請，同時選擇對應的探視患者，建立家屬端與患者端之間的通信連接，開啟視頻通話。

2.1 Nginx搭建ICU探視服務的反向代理與負載均衡

在江西省兒童醫院已建成的床旁交互系統中，采用了前端、后端分離的系統設計理念。其中使用Nginx[5]處理數據的轉發，來做到服務器的負載均衡。從而在保證了業務相對獨立的基礎上，也增強系統業務處理能力的效果,同時使得設備及系統更便于擴展和維護。

ICU 探視系統沿用了床旁交互系統的Nginx Web服務器，掛載三個用戶服務，分別是家屬服務，端口設置為9011；管理服務，端口設置為9012；患者服務，端口設置為9014。利用Nginx 的反向代理功能，配置監聽3個用戶端口。做到不直接請求至后端服務器，而是先由Nginx獲取到請求，再由Nginx轉發至后端服務器。使用Nginx反向代理[6]功能分發請求，使所有動態資源的請求都由業務服務器處理。而頁面、樣式等靜態資源的請求則由Nginx 代理服務器直接返回給用戶。這樣可以提高訪問速度，也能在配置中設置規則，來過濾一些不良信息，還可以進行負載均衡[7]的配置，提升ICU探視系統的穩定性與訪問速度。

2.2 WebRTC、WebSocket技術實現音視頻通話

家屬端調用床旁后端的發起探視接口，床旁后端將發起探視的申請記錄保存，并將探視申請通過WebSocket[8-9]發送到護士端。護士端點擊接受通話，通過socket.io[10]向WebRTC[11-13]服務端發送創建WebRTC房間的請求，并在此時隨機生成一個唯一的WebRTC房間號。在WebRTC 服務端成功建立房間并通知護士端后，護士端通過socket.io 向WebRTC 發送加入房間的信令，并建立新視頻鏈接（即加入房間）。隨后護士端調用床旁后端的接受通話接口。床旁后端將包含房間號等內容的信息通過WebSocket發送至家屬端，家屬端隨即通過類似方式加入房間。此時房間內的護士端和家屬端可以進行音視頻通話。若護士端拒絕通話，則可以忽略WebRTC建立房間以及之后的流程，直接調用床旁后端拒絕呼叫的接口，使后端通過WebSocket通知家屬端探視被拒絕即可。護士端在點擊轉接通話按鈕后，調用床旁后端的轉接接口。床旁后端根據轉接記錄合WebRTC 狀態判斷當前通話是否可以轉接至指定的患者端。如果判定患者端可以加入，通過EMQX向患者端發送包含房間號的消息，讓患者端加入，并通過WebSocket通知護士端已通知成功。患者端在收到包含WebRTC 房間信息的EMQ 消息之后，通過socket.io 向WebRTC 服務器發送加入房間的請求，并建立與房間的連接。同時，患者端調用床旁后端接口，床旁后端將探視記錄保存，并將當前家屬端的狀態標記為通話中。此時，家屬端、護士端、患者端三者都在同一個WebRTC房間內。護士端可隱身。隱身時護士端在家屬端與患者端的通話界面上不可見，但護士端仍可監控家屬端與患者端的通話。結束通話時，統一由患者端調用床旁后端接口進行掛斷。如果是護士端發起的掛斷，護士端會通過WebSocket通知患者端掛斷。患者端調用床旁后端的掛斷接口后，床旁后端通過WebSocket 通知護士端當前探視已結束，并更新通話記錄，將患者端的通話標識去除。護士端接收到結束探視的消息后，更新探視列表，并通過socket.io 向WebRTC 服務器發送銷毀房間的命令。WebRTC 服務器銷毀房間后，所有音視頻連接自動釋放。

3 結果

3.1 節省服務器資源與網絡資源

目前，主流的互聯網探視系統至少需要兩臺服務器，一臺內網服務器用于存儲探視基本信息（探視計劃，探視預約信息等）。一臺外網前置機服務器存儲家屬從探視小程序注冊的信息，敏感信息加密存儲（手機號，身份證號）。如果是微信小程序作為家屬端，還需要再去購買互聯網廠商的云RTC 服務[14]，才能完整地實現一套探視功能，如圖1。

圖1 微信小程序探視架構

ICU 探視系統直接使用床旁交互系統的Nginx Web服務搭建而成。其掛載三個用戶服務，分別是家屬端、管理端、患者端。探視終端可以使用現有的智慧病房床旁平板，也可使用病房中的移動心電圖機（主機是一臺Windows 系統的平板電腦）作為患者端來使用。在減輕服務器開銷的同時，科室的開銷，也得到了一定的縮減，如圖2。

圖2 床旁交互系統與探視系統架構

3.2 基于WebRTC技術系統具有多平臺性

使用了WebRTC技術，使患者家屬能夠通過網頁實現ICU 探視。探視設備可以是一臺帶攝像頭麥克風的臺式電腦，可以是一臺平板電腦,也可以是手機，具有擴展性，支持WebRTC 標準的硬件設備，均可充當ICU探視終端使用。

3.3 基于內網Wi-Fi或者網線直連的ICU探視

全IP網絡架構[15]，不被外界電磁波影響與距離限制。內網任意一臺支持WebRTC 技術的設備均可實現探視功能。醫院管理人員,可制定對應的管理規范,在院內設立專門的探視間,來做到對患者家屬的探視行為可控。

3.4 具體功能

在醫院規定的探視間使用探視推車或者電腦進行遠程探視，讓家屬不進病區就能夠與患者進行視頻通話，對比傳統探視模式有效降低了患者的院感風險如圖3 所示。探視系統還具有病床管理如圖4，病人病情信息查看如圖5，探視記錄查看如圖6，交班留言查看如圖7，以及探視時間設置如圖8等功能。

圖3 患者家屬正使用探視推車進行ICU探視

圖4 ICU探視管理端

圖6 探視記錄查看

圖7 交班留言查看

圖8 探視規則設置

4 結束語

江西省兒童醫院在已經上線了床旁智能交互系統的條件下，做到了低成本、高效率地實現ICU探視。目前全國多數大型醫院都在建設以智慧病房為核心的智能化醫院，該ICU 探視系統，在智慧病房大力推行的今天，具有可推廣性。利用醫院床旁智能交互系統中已經搭建完成的一整套物聯網設備及已部署的Nginx 服務，配合WebRTC、WebSocket 等技術，實現了探視系統與床旁智能交互系統的相結合，節省了單獨部署探視系統的服務器資源。對比原來的微信視頻探視、人工現場探視等，擴充了院內探視的種類，有效地對探視過程進行了管理。實現了探視記錄查看、交班留言、設置開放時間與時長等功能。整體提升了醫院服務質量與區域競爭力。