李強(qiáng) 葛芳民 田雨 張旻海 趙英浩 李勁松 張茂

自2019年12月以來(lái),全球206個(gè)國(guó)家和地區(qū)中,共有1 458萬(wàn)多患者被確診新型冠狀病毒(2019 novel coronavirus,2019-nCoV)感染的肺炎(coronavirus disease 2019,COVID-19),成為了全球性大流行病[1-3],我國(guó)也有86 000多例患者確診2019-nCoV[4-6],2020年1月20日，國(guó)家衛(wèi)健委發(fā)布2020年1號(hào)公告，將2019-nCoV感染的COVID-19納入《中華人民共和國(guó)傳染病防治法》規(guī)定的乙類(lèi)傳染病,并采取甲類(lèi)傳染病預(yù)防和控制措施[7]。醫(yī)院在應(yīng)對(duì)COVID-19過(guò)程中很容易成為病毒播散的一個(gè)途徑[8-11],醫(yī)護(hù)人員的職業(yè)暴露和院內(nèi)感染的風(fēng)險(xiǎn)較大[12]。醫(yī)院既要保證疫情篩查和救治效果,又要對(duì)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行有效防護(hù)[13],需要開(kāi)發(fā)一個(gè)有效的綜合信息平臺(tái),實(shí)現(xiàn)高效地對(duì)患者進(jìn)行篩查、監(jiān)護(hù)、會(huì)診、探視等。新一代“5G”通信技術(shù)具有高速率、低時(shí)延、大帶寬的特性,可以很好地應(yīng)用于COVID-19防控場(chǎng)景下的實(shí)時(shí)生命體征傳輸、患者監(jiān)控與交流、遠(yuǎn)程專(zhuān)家會(huì)診、家屬探視等需求。2019年7月浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院急診中心大樓實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首家“5G”信號(hào)全覆蓋,筆者所在團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了結(jié)合“5G”通訊技術(shù)的大型社會(huì)活動(dòng)醫(yī)療急救保障系統(tǒng)、院前-院內(nèi)急診醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)并應(yīng)用于實(shí)踐[14-15]。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開(kāi)展結(jié)合“5G”技術(shù)的應(yīng)對(duì)新冠肺炎醫(yī)院救治綜合信息平臺(tái)的研究?，F(xiàn)介紹如下。

一、研究方法

研究參與單位有浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院、浙江大學(xué)急救醫(yī)學(xué)研究所、浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院、之江實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)移動(dòng)杭州分公司、杭州川核科技有限公司,杭州杭鋼熾橙科技有限公司、達(dá)闥(中國(guó))有限公司及浙江大華技術(shù)股份有限公司等。參照國(guó)家對(duì)COVID-19防控的要求和標(biāo)準(zhǔn)[16],確定COVID-19醫(yī)院救治綜合信息平臺(tái)的功能模塊由指揮監(jiān)控中心、發(fā)熱患者篩查平臺(tái)、院內(nèi)隔離治療單元三大部分組成,建立4個(gè)信息終端來(lái)支撐上述三個(gè)部分功能,分別是發(fā)熱門(mén)診篩查終端、隔離病房/ICU移動(dòng)查房終端、專(zhuān)家遠(yuǎn)程會(huì)診終端和指揮監(jiān)控中心終端,實(shí)現(xiàn)發(fā)熱患者篩查和會(huì)診、隔離病房日常查房和會(huì)診,降低交叉感染風(fēng)險(xiǎn)。

本平臺(tái)信息系統(tǒng)采用javascript語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā),前端開(kāi)發(fā)使用VUE框架,后端使用node+SQL server技術(shù)。指揮中心終端采用Web網(wǎng)頁(yè)形式,運(yùn)行環(huán)境為Windows10操作系統(tǒng)。隔離病房和隔離ICU終端、發(fā)熱門(mén)診終端、專(zhuān)家遠(yuǎn)程會(huì)診終端采用APP形式,安裝于華為M5平板電腦,操作系統(tǒng)為Android 9.0。另外配置智能設(shè)備用于整個(gè)防治場(chǎng)景中的輔助功能,以盡可能減少人員數(shù)量、人員接觸的概率。

二、結(jié)果

(一)結(jié)合“5G”技術(shù)的新冠肺炎醫(yī)院救治綜合信息平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由指揮監(jiān)控中心、發(fā)熱患者篩查平臺(tái)、院內(nèi)隔離治療單元三大模塊組成(圖1)。各單元空間分布如下:急診中心1樓大廳安置紅外線(xiàn)測(cè)溫、環(huán)境清潔機(jī)器人。2樓設(shè)置COVID-19疑似患者隔離觀察病房。3樓設(shè)置“5G”遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。3樓急診病區(qū)配置送藥機(jī)器人。系統(tǒng)視頻介紹見(jiàn)圖2。

圖2 系統(tǒng)視頻介紹

(二)指揮監(jiān)控中心

通過(guò)Web頁(yè)面,整合、傳遞、展示多種來(lái)源、多種形式的數(shù)據(jù),發(fā)熱門(mén)診、隔離病房和隔離ICU內(nèi)實(shí)時(shí)診療的音視頻和VR全景,結(jié)合醫(yī)院電子病歷系統(tǒng)展示患者基本信息和病歷,全面掌握患者情況,同時(shí)還可以連線(xiàn)遠(yuǎn)程專(zhuān)家會(huì)診。見(jiàn)圖3。

圖3 指揮監(jiān)控中心

(三)紅外視頻體溫篩查系統(tǒng)

在急診入口處對(duì)進(jìn)入人員進(jìn)行體溫檢測(cè),引入基于人工智能圖像識(shí)別技術(shù)和紅外熱成像技術(shù)提高測(cè)溫的效率、準(zhǔn)確率和安全性。一旦發(fā)現(xiàn)體溫升高的患者,可以實(shí)時(shí)上傳到指揮中心預(yù)警。見(jiàn)圖4。

圖4 急診入口紅外視頻體溫篩查系統(tǒng)

(四)“5G”視頻查房系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括醫(yī)師佩戴的AR眼鏡、高清遠(yuǎn)程視頻互動(dòng)系統(tǒng)、“5G”全景VR實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)等,利用“5G”網(wǎng)絡(luò)的高速率、大容量、廣連接、低延時(shí)的特性,實(shí)現(xiàn)上述多種文字和圖像信息的即時(shí)共享,提升“現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)感”。在隔離病房和ICU配備的全景攝像頭,專(zhuān)家在監(jiān)控中心戴上VR眼鏡查看病房?jī)?nèi)患者情況并指導(dǎo)隔離病房?jī)?nèi)醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者進(jìn)行處置。見(jiàn)圖5。

圖5 “5G”視頻查房系統(tǒng)

(五)“5G”+VR遠(yuǎn)程探視系統(tǒng)

由于傳染性疾病治療過(guò)程中對(duì)感染控制有嚴(yán)格要求,患者家屬無(wú)法進(jìn)入隔離病房進(jìn)行探視?！?G”+VR遠(yuǎn)程探視系統(tǒng)(圖6)讓家屬仿佛置身于患者身邊,家屬病房外帶上VR眼鏡可以看到患者的實(shí)時(shí)狀況,同時(shí)患者也可以與家屬實(shí)時(shí)溝通,有效緩解患者和家屬的緊張焦慮情緒。

圖6 患者家屬在隔離病房外通過(guò)“5G”+VR遠(yuǎn)程探視系統(tǒng)探視患者

(六)智能機(jī)器人

智能機(jī)器人可以承擔(dān)送藥品、送標(biāo)本和清潔消毒工作,減少醫(yī)療單元內(nèi)的人員流動(dòng)和接觸,對(duì)醫(yī)療場(chǎng)所進(jìn)行即時(shí)清潔和消毒,以降低院內(nèi)感染風(fēng)險(xiǎn)。見(jiàn)圖7。

圖7 智能機(jī)器人

三、討論

爆發(fā)性傳染性疾病給公眾健康安全帶來(lái)巨大的影響,繼2003年重癥急性呼吸綜合征(severe acute respiratory syndrome coronavirus,SARS)之后,COVID-19疫情的爆發(fā)再一次為公共健康安全敲響了警鐘。2020年1月31日世界衛(wèi)生組織正式將此次疫情確認(rèn)為國(guó)際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件。我國(guó)城市人口密集,高速鐵路和高速公路四通八達(dá),人員流動(dòng)頻繁,為傳染病擴(kuò)散提供了有利條件。許多城市會(huì)針對(duì)地震、臺(tái)風(fēng)和洪水等災(zāi)害在城市公共安全規(guī)劃中采取相應(yīng)防災(zāi)規(guī)劃措施,由于傳染病疫情的爆發(fā)具有時(shí)空不確定性和偶發(fā)性,因而各地醫(yī)院普遍缺乏足夠的防控設(shè)備、設(shè)施準(zhǔn)備[17]。

目前醫(yī)院抗擊COVID-19疫情面臨以下三個(gè)問(wèn)題:(1)現(xiàn)有病房設(shè)施如何快速轉(zhuǎn)換為COVID-19患者專(zhuān)用隔離病房？(2)如何快速篩查前來(lái)醫(yī)院就診的患者體溫？(3)在保證醫(yī)療安全的基礎(chǔ)上,如何減少進(jìn)入隔離病房的醫(yī)護(hù)人員數(shù)量,降低感染風(fēng)險(xiǎn),減少醫(yī)療物資消耗？本信息平臺(tái)能夠針對(duì)上述問(wèn)題實(shí)現(xiàn)有效地解決。

首先,本研究開(kāi)發(fā)的信息平臺(tái)可協(xié)助普通病房快速轉(zhuǎn)換為COVID-19專(zhuān)用隔離病房。由于病毒具有很強(qiáng)的傳染性,院內(nèi)一線(xiàn)醫(yī)務(wù)人員、普通門(mén)診和住院患者面臨大的感染風(fēng)險(xiǎn)[2-4,8-11]。疫情發(fā)生之后,醫(yī)院需要對(duì)現(xiàn)有治療單元進(jìn)行升級(jí)改造,以建立一套隔離病房和隔離ICU監(jiān)控診治系統(tǒng)。隔離病房和隔離ICU在接受患者前快速安裝攝像頭,全景相機(jī),布置帶有無(wú)線(xiàn)模塊的監(jiān)護(hù)儀,給隔離病房?jī)?nèi)醫(yī)師配備便攜式移動(dòng)查房終端,并接入醫(yī)院原有的電子病歷系統(tǒng),結(jié)合“5G”無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的COVID-19醫(yī)院救治綜合信息平臺(tái)可以讓院內(nèi)各種治療單元在不同規(guī)模傳染病疫情發(fā)生情境下進(jìn)行快速平疫轉(zhuǎn)換,為應(yīng)對(duì)傳染病疫情快速提供足夠的空間載體。

紅外視頻體溫篩查系統(tǒng)可以快速篩查來(lái)院就診患者的體溫。Polonsky等[18]將突發(fā)傳染病應(yīng)急響應(yīng)分為四個(gè)階段:探測(cè)階段、早期反應(yīng)階段、干預(yù)階段和后干預(yù)階段。醫(yī)院入口篩查疑似患者屬于探測(cè)階段,在這一階段就開(kāi)始對(duì)患者進(jìn)行隔離、行蹤追溯、預(yù)警響應(yīng)和主要風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有極為重要的意義。當(dāng)前面對(duì)爆發(fā)的COVID-19疫情,使用手動(dòng)紅外測(cè)溫儀在急診預(yù)檢處對(duì)患者進(jìn)行體溫預(yù)檢,工作量大、效率低、風(fēng)險(xiǎn)高。本平臺(tái)引入人工智能紅外視頻體溫篩查系統(tǒng),從患者進(jìn)入急診大門(mén)開(kāi)始就對(duì)其進(jìn)行掃描,實(shí)時(shí)顯示體溫,把發(fā)熱患者快速篩選出來(lái),同時(shí)上傳到指揮監(jiān)控中心預(yù)警,患者送至發(fā)熱門(mén)診進(jìn)一步篩查。根據(jù)筆者所在醫(yī)院的使用經(jīng)驗(yàn),紅外視頻體溫篩查系統(tǒng)可靠性與傳統(tǒng)耳溫儀相當(dāng),篩查效率提高,每個(gè)患者可以節(jié)省30 s左右,起到了快速篩查、早期發(fā)現(xiàn)、有效分流的作用,避免了大量患者在急診入口處聚集和停留。

COVID-19感染或疑似患者在院內(nèi)隔離病房或ICU內(nèi)接受治療時(shí),如果主管醫(yī)師和護(hù)士采用傳統(tǒng)的面對(duì)面模式進(jìn)行查房,增加了職業(yè)暴露和院內(nèi)感染風(fēng)險(xiǎn)[19-20]。引入“5G”通訊技術(shù)手段后,可以很好滿(mǎn)足COVID-19救治場(chǎng)景下的實(shí)時(shí)生命體征信號(hào)傳輸、視頻音頻交流、影像資料傳輸?shù)刃枨?通過(guò)“5G”網(wǎng)絡(luò)將上述數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控大屏上,可以減少進(jìn)入隔離病房醫(yī)護(hù)人員的數(shù)量,減少物資消耗,降低直接接觸患者和傳染的機(jī)率。本平臺(tái)實(shí)時(shí)采集隔離病房和ICU內(nèi)患者的生命體征數(shù)據(jù)和檢查檢驗(yàn)結(jié)果后,可實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的數(shù)據(jù)傳輸,也可實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的數(shù)據(jù)采集傳輸;隨時(shí)可以邀請(qǐng)專(zhuān)家通過(guò)“5G”通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診。傳統(tǒng)“4G”網(wǎng)絡(luò)下,由于帶寬限制,很多數(shù)據(jù)圖像無(wú)法實(shí)現(xiàn)并行傳輸,延時(shí)明顯,“5G”網(wǎng)絡(luò)可以很好地解決上述問(wèn)題,特別是在全景相機(jī)畫(huà)面?zhèn)鬏數(shù)冗^(guò)程中發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)。全景相機(jī)在極短的時(shí)間內(nèi)將多個(gè)攝像頭采集的數(shù)據(jù)上傳、集成、渲染和下傳至頭顯,讓遠(yuǎn)程專(zhuān)家佩戴全景眼鏡(VR眼鏡)后獲得身臨其境的體驗(yàn)。本平臺(tái)還可以實(shí)現(xiàn)床邊醫(yī)療操作專(zhuān)家實(shí)時(shí)指導(dǎo)。在進(jìn)行床邊超聲檢查時(shí),系統(tǒng)可以利用“5G”技術(shù)同時(shí)傳遞超聲圖像和現(xiàn)場(chǎng)檢查者第一視角的圖像,監(jiān)控中心內(nèi)的專(zhuān)家借助操作醫(yī)師佩戴的AR眼鏡上的攝像頭同時(shí)傳遞的超聲圖像,可與操作醫(yī)師進(jìn)行同步交流,實(shí)現(xiàn)快速診斷;進(jìn)行氣管插管搶救時(shí),監(jiān)控中心內(nèi)的專(zhuān)家也可以借助操作醫(yī)師佩戴的AR眼鏡上的攝像頭,以“第一人稱(chēng)視角”觀察整個(gè)過(guò)程,讓視頻畫(huà)面呈現(xiàn)出更真實(shí)的效果,保障診療安全規(guī)范。專(zhuān)家與隔離病房?jī)?nèi)的醫(yī)師遠(yuǎn)程互動(dòng),實(shí)時(shí)指導(dǎo)床邊診療操作,可以提高診治效率和安全性。另外,本平臺(tái)配備“5G”+VR遠(yuǎn)程探視系統(tǒng),家屬在隔離病房外佩戴全景眼鏡就可以進(jìn)行無(wú)接觸式探視,在阻斷病毒傳播的同時(shí),有效緩解患者和家屬的緊張焦慮情緒。各單元配置“5G”智能機(jī)器人承擔(dān)送藥品、送標(biāo)本和清潔消毒等輔助工作,有效減少醫(yī)療單元內(nèi)的人員流動(dòng)和接觸,對(duì)醫(yī)療場(chǎng)所進(jìn)行即時(shí)清潔和消毒,降低了院內(nèi)感染風(fēng)險(xiǎn)。但由于目前技術(shù)所限,本平臺(tái)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)呼吸、心臟聽(tīng)診等查體的同步,現(xiàn)場(chǎng)感還有待進(jìn)一步增強(qiáng)。

總之,本信息平臺(tái)能夠初步滿(mǎn)足COVID-19院內(nèi)篩查與防治的需求,在有效完成防治醫(yī)療任務(wù)的同時(shí)降低醫(yī)護(hù)人員感染風(fēng)險(xiǎn),更多功能有待于在完整的“5G”網(wǎng)絡(luò)和真實(shí)場(chǎng)景下不斷優(yōu)化。