【作　者】許　修，張紅蕾，李逸明，李　斌

1 上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院，上海市，200233

2 上海交通大學(xué)附屬新華醫(yī)院，上海市，200092

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)護(hù)儀信息集成和統(tǒng)一管理系統(tǒng)的構(gòu)建

【作者】許修1，張紅蕾1，李逸明2，李斌1

1 上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院，上海市，200233

2 上海交通大學(xué)附屬新華醫(yī)院，上海市，200092

采用無(wú)線定位和無(wú)線通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在醫(yī)院現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，該文構(gòu)建了多品牌監(jiān)護(hù)儀的信息集成和統(tǒng)一管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)儀設(shè)備狀態(tài)和監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)的采集，以及監(jiān)護(hù)儀的定位，并通過(guò)Web服務(wù)器、視頻服務(wù)器和定位服務(wù)器將所有服務(wù)接入醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)，具有實(shí)時(shí)性、高效性和精細(xì)化的特征，且實(shí)施簡(jiǎn)單、成本較低。臨床工作人員和設(shè)備管理人員可方便地在任何一臺(tái)內(nèi)網(wǎng)計(jì)算機(jī)上獲取監(jiān)護(hù)儀的設(shè)備狀態(tài)和波形參數(shù)，系統(tǒng)的諸多應(yīng)用為臨床診療工作提供了便利，節(jié)省了人力；為設(shè)備管理工作提高維修維護(hù)的效率、準(zhǔn)確度和精細(xì)度。該系統(tǒng)的構(gòu)建為呼吸機(jī)、輸液泵等其他移動(dòng)式通用設(shè)備的集成管理和精細(xì)管理提供了有效的解決方案。

物聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)護(hù)儀；信息集成；統(tǒng)一管理

0　引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為醫(yī)療設(shè)備，特別是監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)和輸液泵等大批量、可移動(dòng)通用設(shè)備的集成化和精細(xì)化管理提供了新的思路和解決方案[1-5]。為了給臨床診療提供方便，并實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)儀的集成化精細(xì)管理，應(yīng)用無(wú)線通信和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了監(jiān)護(hù)儀信息集成和統(tǒng)一管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可進(jìn)行監(jiān)護(hù)儀設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警信息和波形參數(shù)的采集，以及監(jiān)護(hù)儀的實(shí)時(shí)定位和軌跡記錄。并將采集到的信息接入醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全院范圍的診療信息調(diào)用和設(shè)備實(shí)時(shí)管理。其諸多應(yīng)用為臨床診療和設(shè)備管理提供了便利，提高了效率，節(jié)省了人力。

1　關(guān)鍵技術(shù)

該系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵包括多品牌監(jiān)護(hù)儀信息采集、監(jiān)護(hù)儀定位、監(jiān)護(hù)信息遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)訪問(wèn)，以及設(shè)備狀態(tài)與生命體征集成分析。為此，針對(duì)不同品牌的監(jiān)護(hù)儀，設(shè)計(jì)監(jiān)護(hù)儀信息采集模塊，實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)儀輸出信息的采集；采用Wi-Fi定位[6-7]技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)護(hù)儀的實(shí)時(shí)定位；搭建視頻服務(wù)器，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播監(jiān)護(hù)儀中央站信號(hào)；將采集到的設(shè)備信息和生命體征存入數(shù)據(jù)庫(kù)，便于回顧和分析。

1.1多品牌監(jiān)護(hù)儀信息采集

監(jiān)護(hù)儀輸出的信息主要分為設(shè)備狀態(tài)、使用報(bào)警、生理報(bào)警和波形參數(shù)4類。設(shè)備狀態(tài)主要包括開(kāi)關(guān)機(jī)和待機(jī)狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備故障代碼。使用報(bào)警包括電極脫落、指脈氧探頭脫落等使用故障信息。報(bào)警信息主要包括心率不齊、血氧飽和度過(guò)低、心電異常等患者生理參數(shù)異常報(bào)警。波形參數(shù)包括監(jiān)護(hù)儀顯示的心電、血氧和脈搏的波形和參數(shù)。

波形參數(shù)信息通過(guò)采集中央站輸出的視頻信號(hào)，將波形和參數(shù)以視頻的形式接入視頻服務(wù)器，進(jìn)行轉(zhuǎn)播和存儲(chǔ)。目前系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)波形參數(shù)在內(nèi)網(wǎng)的實(shí)時(shí)播放，也可下載某一時(shí)段的視頻，進(jìn)行分析和教學(xué)。

目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)護(hù)儀信息開(kāi)放與共享的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，因此設(shè)備狀態(tài)、使用報(bào)警和生理報(bào)警三類信息的獲取是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。只有少部分品牌和型號(hào)的監(jiān)護(hù)儀公開(kāi)了通信協(xié)議，可以通過(guò)機(jī)身的RS232 或RJ45接口直接讀取設(shè)備狀態(tài)和生理報(bào)警信息。只要根據(jù)接口通信協(xié)議，設(shè)計(jì)信息讀取軟件偵聽(tīng)接口的輸出信息，然后將讀取到的信息寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

所有品牌的監(jiān)護(hù)儀，在本機(jī)屏幕和中央站屏幕上均有一固定位置和固定大小的區(qū)域，顯示其故障和報(bào)警信息。對(duì)于未公開(kāi)通信協(xié)議的品牌和型號(hào)，可采用對(duì)VGA接口輸出的視頻信息進(jìn)行智能字符識(shí)別(OCR)的方式[8]來(lái)獲取故障和報(bào)警信息。對(duì)視頻信號(hào)的每一幀進(jìn)行實(shí)時(shí)字符識(shí)別，需要較高的運(yùn)算速度，由于報(bào)警信息在屏幕上一直顯示數(shù)秒，所以只需等間隔選擇部分幀進(jìn)行識(shí)別。試驗(yàn)結(jié)果表明，每秒8幀及以上的識(shí)別速率即可保證不會(huì)遺漏報(bào)警信息。

通過(guò)組合采用上述信息獲取方式，系統(tǒng)可采集90%以上的設(shè)備狀態(tài)，以及所有使用報(bào)警、生理報(bào)警和波形參數(shù)。

1.2監(jiān)護(hù)信息遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)訪問(wèn)

將采集到的設(shè)備狀態(tài)、使用報(bào)警和生理報(bào)警信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，將波形參數(shù)以視頻的形式進(jìn)行直播并存入硬盤(pán)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的客戶端，供醫(yī)生和設(shè)備管理人員實(shí)時(shí)訪問(wèn)。

設(shè)備信息、使用報(bào)警和生理報(bào)警信息的訪問(wèn)采用B/S架構(gòu)，傳輸應(yīng)用超文本傳輸協(xié)議（HTTP），在瀏覽器中訪問(wèn)；波形參數(shù)視頻的訪問(wèn)采用C/S架構(gòu)，傳輸應(yīng)用實(shí)時(shí)流協(xié)議（RTSP），在VLC、QuickTime等支持RTSP的播放器中訪問(wèn)。

上述服務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、網(wǎng)站服務(wù)器和視頻服務(wù)器均位于醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)中的任意計(jì)算機(jī)或無(wú)線連接至內(nèi)網(wǎng)的移動(dòng)終端，只要得到授權(quán)，均可訪問(wèn)上述服務(wù)。另外，考慮到后期的回顧、分析和教學(xué)等應(yīng)用，視頻以H.264格式存儲(chǔ)到服務(wù)器以供下載使用。視頻被分割成15 min時(shí)長(zhǎng)的小段，防止單個(gè)文件過(guò)大，下載時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成過(guò)重負(fù)擔(dān)；所有的視頻在服務(wù)器保留30 d，防止占用過(guò)多的服務(wù)器存儲(chǔ)空間。

1.3無(wú)線定位

常用于定位的無(wú)線技術(shù)有衛(wèi)星定位[9-11]、RFID[12-14]、藍(lán)牙[15-17]、ZigBee[1,18-19]、蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)[11,20]和Wi-Fi[6-7,17]等。各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及在本系統(tǒng)的可用型見(jiàn)表1。

由表1可知，藍(lán)牙、ZigBee和Wi-Fi定位可以作為該項(xiàng)目無(wú)線定位的候選方案，這三種定位技術(shù)均工作在2.4 GHz頻段，均需布設(shè)基站，定位精度與基站的密度有關(guān)，均具有定位和數(shù)據(jù)傳輸功能。鑒于醫(yī)院目前已有成熟的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，且監(jiān)護(hù)儀的圖像信息需要很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)考慮實(shí)施難度和成本控制，故選擇采用基于Wi-Fi的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的RSSI定位技術(shù)[21-22]。該技術(shù)可利用現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)護(hù)儀的無(wú)線功能實(shí)現(xiàn)，無(wú)需添置新的定位標(biāo)簽和定位設(shè)備，實(shí)施容易，成本較低。

1.4系統(tǒng)架構(gòu)

為了滿足上述技術(shù)的需求，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示，根據(jù)功能，整個(gè)系統(tǒng)可劃分為信息采集模塊、定位模塊和服務(wù)提供模塊。

圖1　系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1　System architecture

信息采集模塊負(fù)責(zé)從中央站采集監(jiān)護(hù)儀的參數(shù)、視頻等各種信息，通過(guò)交換機(jī)和AP控制器將信息傳輸?shù)椒?wù)器。定位模塊主要由監(jiān)護(hù)儀的無(wú)線網(wǎng)卡、AP和AP控制器，以及位于服務(wù)器上的定位算法組成。服務(wù)提供模塊的硬件主要是服務(wù)器，功能包括信息服務(wù)、定位服務(wù)和視頻服務(wù)。服務(wù)器通過(guò)交換機(jī)和路由器接入醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)，在任何一臺(tái)內(nèi)網(wǎng)計(jì)算機(jī)上，可以通過(guò)瀏覽器查看設(shè)備信息和定位信息，也可以通過(guò)VLC、QuickTime等網(wǎng)絡(luò)視頻播放器觀看監(jiān)護(hù)儀輸出參數(shù)和波形。

表1　各種無(wú)線定位技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及在本系統(tǒng)的可用性Tab.1　Advantages and disadvantages of wireless location technologies and the availability of the system

2　系統(tǒng)應(yīng)用

2.1臨床應(yīng)用

作為傳輸和記錄患者監(jiān)護(hù)信息的手段，臨床應(yīng)用包括遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)、會(huì)診、教學(xué)、自動(dòng)生成生理信息記錄等應(yīng)用。

遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù) 只要得到授權(quán)，值班醫(yī)生在任何一臺(tái)內(nèi)網(wǎng)計(jì)算機(jī)上均可查看監(jiān)護(hù)儀的數(shù)據(jù)、波形和報(bào)警信息，能夠?qū)崟r(shí)掌握患者生命體征，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)，并在發(fā)生緊急狀況時(shí)迅速做出反應(yīng)。

會(huì)診 在會(huì)診時(shí)，可以將患者的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)信息傳輸?shù)綍?huì)診室，結(jié)合醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）和影像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)（PACS）提供的病史和圖像，為診斷和治療提供更多的數(shù)據(jù)支持。

教學(xué) 利用系統(tǒng)提供的監(jiān)護(hù)儀視頻存儲(chǔ)和下載功能，將診療過(guò)程中典型案例的監(jiān)護(hù)信息下載下來(lái)，可以為教學(xué)提供更加直觀和豐富的素材，從而獲得更好的教學(xué)效果。

自動(dòng)生成生理信息記錄 根據(jù)護(hù)理質(zhì)控的要求，需要每個(gè)小時(shí)記錄一次監(jiān)護(hù)儀顯示的患者主要生命體征，之前一直由護(hù)士采用手工記錄的方式。此項(xiàng)工作耗費(fèi)了護(hù)理人員大量的時(shí)間與精力，尤其是在搶救室、觀察室和重癥監(jiān)護(hù)室等緊急情況頻發(fā)的場(chǎng)所，該項(xiàng)工作為本就稀缺的人力資源造成更重的負(fù)擔(dān)。引入該系統(tǒng)后，利用OCR識(shí)別技術(shù)，將需要的生理參數(shù)自動(dòng)識(shí)別并按小時(shí)打印出來(lái)，既滿足了質(zhì)控的要求，又節(jié)省了人力資源，將有限的護(hù)理資源集中于護(hù)理和搶救患者工作。

2.2設(shè)備管理

系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)采集、故障信息獲取和實(shí)時(shí)定位功能可用于監(jiān)護(hù)儀的維修維護(hù)、緊急調(diào)度、設(shè)備盤(pán)點(diǎn)、效益分析和可用性分析等多品牌統(tǒng)一管理工作。維修維護(hù) 當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)即時(shí)提醒并給出故障代碼和故障信息，設(shè)備管理部門(mén)的工程技術(shù)人員不用親臨現(xiàn)場(chǎng)即可判斷設(shè)備品牌和故障類型，第一時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確地報(bào)修。

緊急調(diào)度 定位功能可以實(shí)時(shí)確定每臺(tái)設(shè)備所處的位置以及其是否正在使用，在緊急情況下，可以實(shí)現(xiàn)最快速的就近借調(diào)。

設(shè)備盤(pán)點(diǎn) 利用定位和軌跡功能，尋找盤(pán)點(diǎn)不到的設(shè)備，或者對(duì)丟失的設(shè)備進(jìn)行追蹤。

效益分析 利用信息系統(tǒng)進(jìn)行詳盡和實(shí)時(shí)的信息獲取和記錄能力，以及強(qiáng)大的計(jì)算能力，可以有效地解決醫(yī)院內(nèi)小型通用設(shè)備效益分析困難的問(wèn)題。系統(tǒng)會(huì)詳細(xì)地記錄每臺(tái)設(shè)備的開(kāi)機(jī)時(shí)間、待機(jī)時(shí)間、工作時(shí)間和關(guān)機(jī)時(shí)間，并可以按月份和年份給出統(tǒng)計(jì)報(bào)表，計(jì)算出每臺(tái)設(shè)備的開(kāi)機(jī)率和工作量，準(zhǔn)確地進(jìn)行綜合效益分析。準(zhǔn)確的效益分析可以為提高設(shè)備使用率提高參考，也可為后續(xù)的設(shè)備采購(gòu)計(jì)劃提供依據(jù)。

可用性和維修性分析 根據(jù)設(shè)備的故障信息，可以計(jì)算出設(shè)備的故障時(shí)間造成的停機(jī)時(shí)間，以及故障時(shí)間與工作時(shí)間的比例，從而計(jì)算出設(shè)備的可用性；根據(jù)維修時(shí)間可以評(píng)估設(shè)備的維修性。對(duì)不同品牌監(jiān)護(hù)儀的可用性和維修性進(jìn)行分析比較，可以從多個(gè)角度分析監(jiān)護(hù)儀的可靠性，為設(shè)備采購(gòu)中的品牌和型號(hào)選擇提供更多數(shù)據(jù)參考。

3　討論

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)裝備的信息集成和統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用和設(shè)備管理的智能化和精細(xì)化，是醫(yī)學(xué)裝備研究和探索的一個(gè)新趨勢(shì)。監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)和輸液泵等移動(dòng)設(shè)備難于管理的狀況一直存在，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用為解決這一難題提供了新的思路和方案[6]。經(jīng)過(guò)在臨床診療和設(shè)備管理中的使用，上述監(jiān)護(hù)儀集成管理系統(tǒng)具有以下特色和優(yōu)點(diǎn)。

信息獲取實(shí)時(shí)化、遠(yuǎn)程化和集成化 將Web服務(wù)、視頻服務(wù)和定位服務(wù)接入醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)，臨床工作人員可以在辦公室調(diào)取患者實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)，設(shè)備管理人員在本科室能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，大大提高了臨床診療和設(shè)備管理的效率。同時(shí)將監(jiān)護(hù)儀數(shù)據(jù)與HIS和PACS系統(tǒng)進(jìn)行集成，為醫(yī)生的診斷和治療提供更加詳細(xì)的信息。

設(shè)備管理精細(xì)化和集成化 實(shí)現(xiàn)了多品牌監(jiān)護(hù)儀的集成化統(tǒng)一管理，將通用小型設(shè)備的管理難題化繁為簡(jiǎn)；同時(shí)利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行頻繁而重復(fù)的數(shù)據(jù)記錄，歸納匯總為效益分析和設(shè)備可用性與維修性的數(shù)據(jù)。在此之前，很難對(duì)監(jiān)護(hù)儀等移動(dòng)設(shè)備的進(jìn)行如此精細(xì)的管理和分析。

節(jié)省人力 通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特有的連續(xù)采集、事件響應(yīng)和計(jì)劃任務(wù)等特點(diǎn)，將重復(fù)性的工作交給信息化系統(tǒng)，使臨床醫(yī)生和護(hù)士以及工程人員將更多的精力集中于診斷、治療、護(hù)理和設(shè)備管理工作。

實(shí)施簡(jiǎn)單，成本較低 無(wú)線定位功能在原有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上即可實(shí)現(xiàn)，只需添加少量無(wú)線控制設(shè)備和軟件。安裝有無(wú)線網(wǎng)卡的監(jiān)護(hù)儀即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線定位功能，未安裝無(wú)線網(wǎng)卡的監(jiān)護(hù)儀雖然無(wú)法實(shí)現(xiàn)定位功能，但依然可以從中央站獲取其信息，實(shí)現(xiàn)其他功能，在監(jiān)護(hù)儀設(shè)備上不會(huì)增加成本。

當(dāng)然，該系統(tǒng)也存在以下有待改善的問(wèn)題：①雖然可以采集到主要的設(shè)備信息，但由于不同廠商開(kāi)放的信息不統(tǒng)一，少數(shù)設(shè)備的部分故障代碼無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別；② 監(jiān)護(hù)儀的報(bào)警信息實(shí)時(shí)推送至手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端，在技術(shù)上已經(jīng)可行，但尚未實(shí)現(xiàn)，這是該項(xiàng)目需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。

4　展望

在成功獲取監(jiān)護(hù)儀信息的基礎(chǔ)上，還可以繼續(xù)開(kāi)發(fā)相關(guān)的應(yīng)用程序繼續(xù)推廣其使用范圍和涵蓋內(nèi)容，進(jìn)一步提高醫(yī)療信息系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息采集和傳送能力，以最大化實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的價(jià)值。

同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在監(jiān)護(hù)儀信息采集和集成管理的成功應(yīng)用，也為醫(yī)院內(nèi)其他可移動(dòng)的小型通用設(shè)備的高效管理、精細(xì)管理和集成管理提供了新的解決方案，根據(jù)不同設(shè)備的管理需求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可將該系統(tǒng)擴(kuò)展至呼吸機(jī)、麻醉機(jī)和輸液泵等設(shè)備的統(tǒng)一管理。

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The Development of Information Centralization and Management Integration System for Monitors Based on Wireless Sensor Network

【 Writers 】XU Xiu1, ZHANG Honglei1, LI Yiming2, LI Bin1
1 Shanghai 6th People’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University, Shanghai, 200233
2 Xinhua Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University, Shanghai, 200092

Developed the information centralization and management integration system for monitors of different brands and models with wireless sensor network technologies such as wireless location and wireless communication, based on the existing wireless network. With adaptive implementation and low cost, the system which possesses the advantages of real-time, efficiency and elaboration is able to collect status and data of the monitors, locate the monitors, and provide services with web server, video server and locating server via local network. Using an intranet computer, the clinical and device management staffs can access the status and parameters of monitors. Applications of this system provide convenience and save human resource for clinical departments, as well as promote the efficiency, accuracy and elaboration for the device management. The successful achievement of this system provides solution for integrated and elaborated management of the mobile devices including ventilator and infusion pump.

wireless sensor network, monitors, information centralization, management integration

TP391.44

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.04.006

1671-7104(2015)04-0257-04

2015-06-24

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科技支撐項(xiàng)目(1244190301)

李斌，教授級(jí)高級(jí)工程師，E-mail: libin2001@hotmail.com