智慧醫院物聯網管理平臺設計與應用

摘 要：隨著醫院規模的不斷擴大，傳統的以多系統為主的分散式管理方式難以適應現代化醫院管理的需求。為此探索一種全面、精細化的醫院管理方式。以物聯網技術作為醫務管理的重要技術手段，利用5G、物聯網等相關技術，打造一個集智慧機房、智慧病房、智慧醫廢處理、設備物聯、智慧能耗管理等功能于一體的數據可視化系統集成平臺。自平臺建成以來，醫院已部署超過1萬個物聯網終端，近一年內監測各類數據超過1.5萬次，患者滿意度從70%提升至95%，醫院能耗環比下降了8%。通過對醫院管理數據的整合，實現了醫院管理的數字化、信息化、智能化。

關鍵詞：物聯網；5G；醫院管理；可視化；系統集成；智慧醫院

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）11-0-05

0 引 言

“智慧醫療”的概念源自IBM于2009年提出的“智慧地球”，在早期二者之間并沒有明確的概念區分。直到2019年3月，國家衛生健康委員會就信息化質控與智慧醫院建設工作的有關情況舉行了專場發布會。會上。國家衛健委明確指出：智慧醫院建設主要包括3大領域：面向醫務人員的“智慧醫療”、面向患者的“智慧服務”、面向醫院管理的“智慧管理”，旨在構建一個集醫療、服務、管理“三位一體”的智慧醫院系統[1]，為患者提供更高質量、更高效率、更加安全、更加體貼的醫療服務。

目前，南昌大學第一附屬醫院在診療信息化建設方面發展較好，但是在智慧醫院管理體系的信息化建設上卻相對滯后，并且在管理系統中缺乏統一規劃，導致數據孤島現象嚴重，數據統計口徑存在交叉，數據共享程度不高。尤其是在醫療設備的狀態監測、醫院資產管理、院內急救調度、住院患者實時監管、智能化醫療服務提升、醫療廢棄物監管、出入院人員管理、能源消耗管控以及院區內的安防、應急、設備統一管控等方面存在短板，分散的信息系統難以匹配智慧醫院管理信息化的快速發展需求。因此，亟需探索出一種全面、精細化的醫院管理方式。

1 項目建設必要性

1.1 創新醫院管理模式的需要

隨著5G、物聯網、云計算等技術的逐漸成熟，醫療領域信息化和整體化的智慧醫療藍圖逐漸展現在人們面前。在5G醫療物聯網建設的基礎上，探索醫院后勤的“一站式”服務模式，能夠全面提升后勤管理的精細化和信息化水平。通過醫院各類基礎設施資源管理系統對其空間數據、屬性數據與業務數據進行統一管理，能夠實現基于資產與設備運維的全生命周期管理，使運維管理更加及時、有效、直觀和智能，為醫院的資源規劃及科學調度提供可靠依據[2]。

1.2 提升醫院效率的需要

目前，醫院將大量醫療設備的狀態監測、醫院的資產管理、院內的急救調度、住院患者的實時監管和智能化醫療服務提升、醫療廢棄物監管、出入院人員的管理、能源消耗管控以及院區內的安防、應急、設備[3-5]的統一管控等作為醫院信息化建設工作的重要內容，但是現有分散的信息系統難以匹配智慧醫院管理信息化的快速發展趨勢。

利用5G海量連接以及NB-IoT的可靠連接來構建院內醫療物聯網，實現醫院管理者與患者、醫務人員、醫療設備之間的互動，逐步達到醫院的全連接、平臺化、智能化，已成為智慧醫院管理的迫切需要[6]。此類新型醫院管理模式將會在一定程度上解放醫護人員的雙手，使得醫院的工作效率得到顯著提升；通過建立高效的管理體系，能夠提升全院信息化水平，進一步挖掘接診潛力；通過改進醫療服務質量，能夠提升病患的滿意度，推進智慧醫療發展。

2 項目建設內容

2.1 設計理念

智慧醫院物聯網管理系統遵循一體化、協同化、智能化的設計理念，整體框架如圖1所示。

該系統旨在實現不同信息系統在統一數字平臺上的深度融合，從而消除信息孤島，實現醫院管理數據的一體化；同時，促進不同管理部門和系統之間實現數據融合和業務協同，實現各部門之間的信息共享，進而提高業務協同管理的效率。此外，該系統還利用大數據等技術實現了醫院管理的智能化。

2.2 整體技術方案

秉承“三統”思想，即統建、統連、統管，打造5G+物聯網數字醫院智能感知服務平臺。網絡層統建：統一建設一張融合專網（融合WiFi、LoRa、ZigBee、藍牙、RFID等），避免重復的網絡建設，降低部署和維護成本[7]。平臺層統連：搭建一個集成、開放的管理平臺，平臺支持異構網絡、多協議、多設備的接入，從而解決醫院海量設備接入問題，實現統一接入與管理。應用層統管：統一規劃建設智慧化應用，通過集中管理、分散控制實現醫院的醫廢監管、能耗管理、機房管理、安防管理、智慧停車、數字化智慧病房等系統的高度集成，推動物聯網系統的互聯互通、智能聯動。

2.2.1 5G云網定制化改造設計

將院區打造為5G+物聯網數字醫院，在醫院內部部署5G宏站或者5G室分站；醫院內部的院感設備、門禁安防、資產信息管理終端等設備，使用5G的物聯網卡或者SIM卡接入到5G切片專網，將醫院管理數據發送到部署在天翼云的醫院管理系統。5G網絡依托江西電信已部署的5G網絡基礎設施，從無線接入網、承載網到核心網均部署端到端的切片[8]，實現南大一附院醫療專網的部署，滿足醫院管理數據安全可靠的承載需求。

5G切片專網是基于江西電信已有的5G網絡基礎設施部署的，包括5G基站、電信STN承載網、電信5G核心網。部署在醫院內部的5G網絡不但要承載醫院的管理業務，也要承載公眾5G上網的業務。公眾業務流量復雜，會給醫院數據的承載造成沖擊，為了避免該影響，通過切片專網將醫療業務和公眾業務完全隔離，確保醫療業務質量。5G醫療物聯專網如圖2所示。

2.2.2 物聯網基礎平臺搭建

以中國電信天翼物聯A-IoT物聯網平臺為基礎，建立一套高效、可視化、開放的物聯網平臺，為醫院提供一套完善的物聯網接入與應用服務。該平臺不僅能夠有效解決醫院的物聯網設備管理問題和安全接入問題，還能緊密結合醫療業務流程，提供高效且互聯互通的應用服務[9]。平臺開放以下接口和服務功能：

（1）支持多種接入方式以及不同通信協議的設備接入，從而匯聚不同種類的終端設備；

（2）提供完整的設備生命周期管理能力，涵蓋設備注冊激活、指令下發、遠程配置、固件升級、實時監控等；

（3）配備物模型功能，使終端消息格式統一化，實現終端與應用的解耦，顯著提升開發效率；

（4）提供消息推送、訂閱管理等能力，方便應用和用戶獲取所需的各種數據；

（5）物聯網使能服務支持在線開發功能，為用戶提供一站式智能硬件解決方案，助力實現硬件智能化與聯網化；

（6）通過能力網關，支撐多種SaaS應用快速衍生；

（7）物聯網使能服務提供了端到端的安全認證和安全傳輸的雙重保障機制，安全認證可達國家密級安全要求，極大地方便了客戶對接智能終端，實現應用的快速集成。

2.2.3 物聯網數字醫院可視化管理平臺

以時空三維場景為載體，率先將5G、大數據、物聯網、人工智能、時空高精地圖等最新技術，與醫院信息資源進行融合，實現院區物聯網醫療設備數據的實時監測與展示[10]，從而全面提升院區管理水平，為院區智慧醫療決策提供可視化數據支撐，大力推進醫院治理能力現代化。

針對醫院象湖院區外部與周邊環境進行了VR模型設計，并搭建了門診樓BIM模型。結合建筑圖紙與線框建模、實體建模，對門診樓內部進行了設計、定位與建模。

通過與醫院安防視頻、環境傳感器、智能醫廢車、車輛傳感器、能耗傳感器等物聯網設備進行數據對接，采集、清洗并格式化存儲數據，利用物聯網數據中臺將這些數據轉化為數字孿生綜合管理平臺可用的統一數據集，并與醫院模型進行有機整合，為用戶提供了一個直觀的可視化界面與數據展示方式。

3 平臺應用功能實現

本項目已于2022年5月在南昌大學第一附屬醫院進行實施，通過構建基于5G和物聯網的醫院管理數字化平臺，實現了對醫院內部關鍵區域和設備的智能監測以及對各類管理數據的智能采集。在感知接入層，借助5G醫療專網將數據實時、快速地傳輸到云服務平臺。在云平臺上利用大數據和AI對數據進行多源關聯的智能分析，并利用數字孿生等技術實現管理信息的可視化呈現。這一系列舉措極大地推動了醫院管理的數字化、信息化和智能化進程，顯著提升了醫院運營管理的水平。

3.1 綜合動態顯示

綜合動態顯示功能主要展示的是醫院當前的運營數據，包括門診掛號量、當日接診人數，當日入/出院人數以及手術人數等，它們以數據駕駛艙的形式呈現。同時，實現了醫院主要區域的VR可視化結構展示，包括機房、病房、門診部、住院部等，以及象湖分院的BIM樓宇結構展示。醫院管理者可以通過系統對醫院內部的情況進行實時監控和管理，借助可視化的展示形式直觀地把握醫院的情況，及時調整管理策略。

3.2 智慧機房

智慧機房動力環境監測界面如圖3所示。智慧機房實現了機房動力環境的實時監測和故障預警。平臺通過5G+VR技術實現機房動力環境、安防與預警監測。通過傳感器采集機房溫濕度、煙霧等數據，并將其傳輸到感知服務可視化平臺，利用大數據分析算法對這些數據進行分析，識別出可能存在的異常情況，如溫度過高、煙霧報警等，并向管理人員及時發出預警信息，以便采取相應措施。此外，通過安防監控攝像頭實時監測機房內的安全情況，能夠保證醫院信息設備安全，解決了機房運維人員短缺、多機房管理困難的問題。

3.3 智慧病房

依賴于5G的大連接和低延時特性，實現智慧病房內監護設備、個人可穿戴設備等設備的獨立聯網，緊密結合物聯網、病人態勢感知等新技術，實時將病房內醫療設備數據上傳至統一的物聯網管理云平臺，在該平臺上集中展示患者的體溫、心率、輸液狀態等信息，如圖4所示，實現了對智慧病房內患者體征的實時監測。這一舉措顯著降低了病房內的響鈴呼叫率，減少了醫護來回查看輸液量、測量體溫和手動輸入護理記錄的工作量，一定程度上解放了醫護人員雙手[11]，有效地提高了醫院對患者的護理水平。

3.4 智慧醫療廢物管理

智慧醫療廢物管理功能實現了智慧醫療廢物數據的統計和分析，如圖5所示。醫院的醫療廢物量大、種類多，管理難度較大。通過智慧醫院物聯網管理平臺對醫療廢物進行實時監測和管理，通過物聯網掃描儀對醫療廢物的收集、轉運、存儲狀態進行監測和記錄，實現了對醫院醫療廢物的精細化管理。同時，平臺利用5G+北斗實現定位，通過紅點閃爍方式在平臺可視化界面展示醫療廢物轉運車的實時位置，實現醫廢轉運全流程監控及數據動向精準溯源。

3.5 智慧物聯

智慧物聯功能實現了聯網終端的實時監測與管理，如圖6所示。鑒于醫院內物聯網終端、網絡終端、服務器等設備較多，通過智慧醫院物聯網管理平臺對這些聯網終端設備進行統一管理。該平臺能夠實時監測院內各類聯網終端的運行狀態，并通過結構化、標準化地獲取設備終端運行日志數據、設備運行記錄以及掃描參數數據，實現設備成本效益分析、精細化管理、預防性維護、臨床應用評價和智能診斷等[12-13]。此外，平臺還利用歷史數據進行大數據挖掘分析，建立了預防性維護機制及關鍵部件故障預警模型，可有效降低醫療設備故障率及維護成本。

3.6 能耗監測

基于5G、物聯網技術，通過智能抄表等方式實現能耗數據的全面采集。這一功能不僅能夠自動采集能耗數據，還能進行可視化展示、多維度分析，讓醫院能夠實時掌握科室、機房、病區等區域的耗能狀態。通過對能耗數據的挖掘和分析，更好地了解醫院的用能過程。此外，平臺還集成了集中告警功能，允許用戶設置水、電的環比及同比閾值告警。一旦觸發告警條件，平臺將立即通過消息通知病區管理人員，從而助力醫院在用能管理方面做出更加明智的決策，實現節能降耗，共同打造綠色院區。

4 平臺效果評價

智慧醫院物聯網管理平臺通過對數據的實時采集、傳輸、處理和分析，使得醫院的各項管理工作得以高效、準確地展開。項目上線后，該平臺已成功實現對超過1萬個醫院物聯網終端的集中納管，覆蓋醫院80%區域，涉及8大應用場景，實現了院內各類終端的統建統連。如圖7所示，近一年的時間里，平臺監測各類數據超10萬次，處理了網絡設備響應工單5 398例，以及醫廢、能耗平臺數據6萬余例，系統聯動2 099次，預警3 591次。這些成果為醫院的運營數據分析和運維監測提供了堅實的數據保障。

5 結 語

自系統平臺建成并投入運營以來，已成功部署覆蓋醫院的物聯網終端超1萬個，近一年平臺監測各類數據超1.5萬次，監測醫廢轉運數據約3.5萬條，業務運營數據近4萬條。其中智慧病房響鈴呼叫率從76%下降到9%，患者滿意度從70%上升到95%；醫院能耗環比下降8%，醫護工作效率得以提升，接診能力進一步加強。平臺的建設極大地提高了數據共享與統一管理的效率。

未來計劃將醫院內的其他物聯網數據全量接入，將各種設備的數據匯聚到云端，實現對醫院設備和數據的智能化管理與數字化VR展現。通過數字孿生平臺對各類設備和數據的高效接入和集中管理，實現綜合能效管理、設施運行監控、醫院資產管理、智慧安防管理、智慧車輛管理以及樓宇管理等醫院綜合管理[14-15]，為醫院管理決策提供更準確和全面的數據支持。

注：本文通訊作者為熊辛。

參考文獻

[1]國家衛生健康委員會.國家衛生健康委辦公廳關于進一步完善預約診療制度加強智慧醫院建設的通知[EB/OL].（2020-05-21）. https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-05/22/content_5513897.htm.

[2]陳慶剛，吳華.基于物聯網的智慧型醫院管理服務模式探析[J].現代醫院管理，2017，15（3）：81-83.

[3]覃旋.基于物聯網技術的醫學裝備全生命周期管理系統設計[J].計算機與網絡，2021，47（4）：44-45.

[4]江明.醫療器械供應中物聯網技術應用探究[J].中國管理信息化，2021，24（9）：107-108.

[5]桂朝偉，牛軍浩，鄧春雷，等.基于物聯網的醫院消防安全管理[J].中國醫院建筑與設備，2020，21（1）：26-28.

[6]王曾妍，高興蓮，梅竹.基于物聯網平臺建立的手術室醫務人員行為管理系統的應用及成效分析 [J].護士進修雜志，2019，34（15）：1379-1381.

[7]陳芝宜，劉家紅，方俞文.醫療健康物聯網建設探討[J].中國數字醫學，2023，18（3）：35-41.

[8]李澤宇，周亮，何萍，等.基于5G切片的醫療資源跨域安全訪問技術研究[J].中國數字醫學，2022，17（11）：111-115.

[9]馬國鵬，強皚，馬利亞，等.醫院醫療物聯網平臺的構建[J].中國數字醫學，2020，15（8）：70-71.

[10]李杏，趙亮，閆曉麗，等.基于BIM數字孿生技術的醫院后勤成本智慧化管理探索[J].中國總會計師，2023（6）：108-111.

[11]趙海鵬，沈宇楊，宋雪.基于新型信息技術集成的智慧病房建設實踐[J].中國醫院管理，2022，42（9）：55-57.

[12]王湘杰，褚永華，黃天海.物聯網在醫療設備管理中的應用及其通信安全性分析[J].中國醫院建筑與裝備，2023，24（9）：81-85.

[13]崔凱，李硯.智慧醫療背景下基于物聯網工程技術的醫療設備智能管理研究[J].自動化與儀器儀表，2023（8）：182-185.

[14]彭永安，季新華，李夢祥.數字孿生和AI賦能下的醫院智慧院區[J].中國醫院院長，2023，19（11）：86-88.

[15]張新龍，韓艷梅，丁雪乾，等.基于信息集成的數字化智慧醫院建設方案[J].現代醫院管理，2022，20（6）：83-88.

作者簡介：江運力（1989—），男，碩士，高級工程師，研究方向為醫院管理、智慧醫療。

熊 辛（1989—），男，博士，中級工程師，研究方向為人工智能、智慧醫療。

收稿日期：2023-11-30 修回日期：2023-12-29

基金項目：江西省衛生健康委科技計劃項目（202310309）；江西省03專項及5G項目（20232ABC03A23，20232ABC 03A32）；國家衛生健康委醫院管理研究所“公立醫院精細化管理與評價研究項目”（NIHA23JXH023）