【作 者】何先梁,劉夢星, ,劉三超,孫澤輝,王澄,李燁
1 深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司,深圳市,518057
2 中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院,深圳市,518000
監(jiān)護(hù)儀是醫(yī)院危重癥患者的床旁必備儀器,主要功能是實(shí)時(shí)采集、分析和呈現(xiàn)患者的生理參數(shù),并通過發(fā)出異常報(bào)警來提醒醫(yī)護(hù)人員對患者進(jìn)行干預(yù)。
隨著監(jiān)護(hù)設(shè)備及其測量參數(shù)的增多,重癥醫(yī)學(xué)工作者很難有足夠的精力去逐一確認(rèn)和處理報(bào)警,大量的報(bào)警事件容易引起報(bào)警疲勞[1-4]。報(bào)警疲勞使得醫(yī)護(hù)對真實(shí)危重事件的注意力和反應(yīng)速度下降,在某種程度上對患者的生命安全造成了威脅[5-7]。為了量化重癥監(jiān)護(hù)設(shè)備的報(bào)警情況,LI等[8]基于Philips公司監(jiān)護(hù)儀,針對NICU展開了調(diào)查,結(jié)果表明:60%以上的報(bào)警事件與血氧飽和度相關(guān),平均每名患者每天報(bào)警約177次,超99%的致命性心律失常是誤報(bào)警。DREW等[9]基于GE公司監(jiān)護(hù)儀,針對ICU進(jìn)行了分析,結(jié)果顯示:平均每名患者每天報(bào)警約187次,約45%的報(bào)警為心律失常,其中約88%是誤報(bào)警。
護(hù)士是監(jiān)護(hù)儀的主要使用者。為了獲取醫(yī)護(hù)人員對于監(jiān)護(hù)儀報(bào)警的直觀感受,HALLEY等[10]采用半結(jié)構(gòu)化訪談的形式,對27名ICU護(hù)士展開了關(guān)于報(bào)警定制化的調(diào)查,結(jié)果顯示:護(hù)士如何調(diào)整報(bào)警限主要取決于臨床經(jīng)驗(yàn)和疲勞程度,護(hù)士行為主要與科室管理文化、病人反應(yīng)和對監(jiān)護(hù)設(shè)備的技術(shù)理解有關(guān)。YUE等[11]通過文獻(xiàn)綜述,研究了教育培訓(xùn)能否有效提高護(hù)士對于報(bào)警響應(yīng)和管理的水平,結(jié)果表明:護(hù)士是處理臨床報(bào)警的主要角色,其工作環(huán)境十分嘈雜,報(bào)警疲勞現(xiàn)象普遍存在;強(qiáng)化教育培訓(xùn)能有效提高報(bào)警管理水平,減少報(bào)警相關(guān)不良事件的發(fā)生。
本團(tuán)隊(duì)聚焦國產(chǎn)監(jiān)護(hù)儀,通過問卷、訪談、報(bào)警跟蹤和日志統(tǒng)計(jì)等方法,研究ICU和NICU監(jiān)護(hù)儀報(bào)警現(xiàn)狀及醫(yī)護(hù)人員對報(bào)警的反應(yīng)和感受,同時(shí)分析解決辦法,旨在為下一代監(jiān)護(hù)產(chǎn)品的功能創(chuàng)新和性能突破作參考。
在2020年3月至9月期間,選取廣東省某三甲醫(yī)院中心ICU和新生兒NICU為研究對象。人員納入標(biāo)準(zhǔn):①自愿參與研究;②在職注冊醫(yī)師和護(hù)士;③在科室內(nèi)連續(xù)工作滿1年。排除標(biāo)準(zhǔn):①規(guī)范化培訓(xùn)及進(jìn)修人員;②休假、學(xué)習(xí)或外出支援人員。為調(diào)查報(bào)警現(xiàn)狀,跟蹤和統(tǒng)計(jì)床邊監(jiān)護(hù)儀和中央站的報(bào)警事件、類別、配置以及報(bào)警后的醫(yī)護(hù)行為等。
1.2.1 問卷及訪談
為全面掌握科室醫(yī)護(hù)人員的一般資料,并了解其對設(shè)備報(bào)警的主觀感受,設(shè)計(jì)調(diào)查問卷[10],內(nèi)容包括個(gè)人基本資料、科室總體情況、監(jiān)護(hù)儀報(bào)警。對于每個(gè)科室,從不同職稱中分別選擇1名醫(yī)生或護(hù)士參與面對面訪談。訪談采用半結(jié)構(gòu)化形式,即不嚴(yán)格限定問答方式、內(nèi)容和順序等。規(guī)定至少兩名采訪者獨(dú)立記錄問答信息,并在結(jié)束后相互校驗(yàn)。訪談問題主要涉及報(bào)警分布、報(bào)警聲音、疲勞感受、參數(shù)使用、醫(yī)護(hù)操作和患者行為等內(nèi)容。
1.2.2 報(bào)警跟蹤及統(tǒng)計(jì)
現(xiàn)場跟蹤報(bào)警事件,采取晝夜排班制,實(shí)時(shí)跟蹤床邊監(jiān)護(hù)儀和中央站,并記錄報(bào)警名稱、時(shí)刻、正誤、患者狀態(tài)、醫(yī)護(hù)行為和干預(yù)措施等。導(dǎo)出中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的報(bào)警數(shù)據(jù),對一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)護(hù)儀的全部報(bào)警事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,揭示不同類型報(bào)警分布。ICU共12張病床,每床配備BeneVision N19監(jiān)護(hù)儀。NICU共56張病床,有11床配備BeneVision N17監(jiān)護(hù)儀,有45床配備BeneView T8監(jiān)護(hù)儀。所述監(jiān)護(hù)產(chǎn)品均由深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司設(shè)計(jì)制造。
表1呈現(xiàn)了醫(yī)護(hù)人員的基本資料以及科室最主要的病患類型。大多數(shù)醫(yī)護(hù)人員都會根據(jù)患者情況個(gè)性化調(diào)整參數(shù)報(bào)警限,且認(rèn)同工作繁忙等因素易導(dǎo)致其在患者出科后忘記恢復(fù)報(bào)警限。ICU醫(yī)護(hù)更重視有創(chuàng)壓(invasive blood pressure,IBP),NICU則更關(guān)心患兒的血氧飽和度(pulse oxygen saturation,SpO2),這些參數(shù)的異常也是對應(yīng)科室最主要的報(bào)警源。ICU和NICU最常見的技術(shù)報(bào)警是心電導(dǎo)聯(lián)脫落,其次是血氧探頭脫落。
表1 科室問卷結(jié)果對比Tab.1 Comparison of departmental questionnaire results
對訪談結(jié)果總結(jié)如下:①相比其它儀器設(shè)備,監(jiān)護(hù)儀是主要報(bào)警來源;②醫(yī)護(hù)操作和患者運(yùn)動容易造成監(jiān)護(hù)儀誤報(bào)警,大量的參數(shù)超限報(bào)警和技術(shù)報(bào)警無臨床價(jià)值;③夜間值班時(shí)的報(bào)警疲勞感更為強(qiáng)烈;④NICU環(huán)境噪音較為復(fù)雜,醫(yī)護(hù)十分在意監(jiān)護(hù)儀的報(bào)警音量和辨識度;⑤對于未來監(jiān)護(hù)系統(tǒng),醫(yī)護(hù)主要關(guān)注智能化、無線化和早期預(yù)警等方向。
根據(jù)危急程度,報(bào)警事件分為高級、中級和低級,高級報(bào)警往往能得到醫(yī)護(hù)人員的快速響應(yīng),中低級報(bào)警數(shù)量繁多且難以引起醫(yī)護(hù)人員的及時(shí)關(guān)注。表2給出了科室監(jiān)護(hù)儀報(bào)警的總體情況。
表2 各科室監(jiān)護(hù)儀報(bào)警Tab.2 Total alarm distributions of ICU and NICU
2.2.1 ICU情況
ICU患者病情變化快、危重程度高。通常需要實(shí)時(shí)監(jiān)測血壓,常見穿刺部位是橈動脈或足背動脈,收縮壓/舒張壓/平均壓簡稱為Art-S/D/M。
對收集到的138天ICU數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警統(tǒng)計(jì),結(jié)果如圖1所示。監(jiān)護(hù)儀共產(chǎn)生235 387次報(bào)警,其中生理報(bào)警占75.5%?,F(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn),對于心律失常中反復(fù)出現(xiàn)的中級室早類報(bào)警,醫(yī)護(hù)人員幾乎不進(jìn)行干預(yù);室顫/室速、停搏和呼吸窒息等致命性報(bào)警容易引起護(hù)士注意,但其中約95.1%為誤報(bào)警;約85.7%的生理報(bào)警是參數(shù)超限類報(bào)警,部分中高年資的護(hù)士在接收病人或處理報(bào)警時(shí),會基于患者病情個(gè)性化調(diào)整報(bào)警限,以減少無意義報(bào)警。IBP報(bào)警占ICU生理報(bào)警總數(shù)的48.4%,其中包含大量誤報(bào)警和臨床無意義報(bào)警。
圖1 ICU監(jiān)護(hù)儀報(bào)警統(tǒng)計(jì)Fig.1 Patient monitoring alarms in ICU
2.2.2 NICU情況
NICU大部分患者是早產(chǎn)兒,常伴有呼吸、神經(jīng)功能發(fā)育不全。通常1名護(hù)士看管5~8床患兒,最主要監(jiān)測指標(biāo)是SpO2。
對收集到的32天NICU報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如圖2所示。胎兒監(jiān)護(hù)儀共產(chǎn)生了67 783次報(bào)警,其中生理報(bào)警占68.3%,技術(shù)報(bào)警主要是心電導(dǎo)聯(lián)或血氧探頭脫落。現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn),醫(yī)護(hù)人員最關(guān)注患兒的血氧。當(dāng)出現(xiàn)血氧過低或極低的報(bào)警時(shí),護(hù)士會立即干預(yù),主要措施是氧療。除病理性缺氧外,患兒哭鬧、喂奶等也會引起血氧下降,護(hù)士會根據(jù)實(shí)際情況對患兒進(jìn)行安撫或暫停喂養(yǎng)。心律失常在NICU中較少見,室顫/室速、停搏等致命性報(bào)警中97%以上為誤報(bào)警,且大多是由于偽差干擾或電極接觸不良造成。心率/脈率超限報(bào)警占據(jù)了生理報(bào)警總數(shù)的10.8%,其中99.5%是真實(shí)報(bào)警,患兒哭鬧時(shí)往往會伴隨心率/脈率上升,即使報(bào)警頻發(fā),醫(yī)護(hù)人員也不會輕易調(diào)整報(bào)警限。呼吸率超限報(bào)警的數(shù)量與心率/脈率相當(dāng),當(dāng)測量電極貼放位置不當(dāng)時(shí),阻抗法計(jì)算的結(jié)果不可靠,有時(shí)護(hù)士會調(diào)整報(bào)警限,甚至直接關(guān)閉呼吸報(bào)警功能。
圖2 NICU監(jiān)護(hù)儀報(bào)警統(tǒng)計(jì)Fig.2 Patient monitoring alarms in NICU
監(jiān)護(hù)儀引起的報(bào)警疲勞問題依然存在,但總體上出現(xiàn)改善。調(diào)查中發(fā)現(xiàn),醫(yī)護(hù)人員對大多數(shù)中低級報(bào)警都形成了一種“免疫”,有時(shí)會連帶忽視一些高級報(bào)警,或?qū)ζ漤憫?yīng)不夠及時(shí),這難免會增加病人的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),管理人員要求責(zé)任護(hù)士積極處理每個(gè)報(bào)警的做法并不現(xiàn)實(shí)。例如,NICU護(hù)士需針對多床患兒,逐一完成常規(guī)護(hù)理和醫(yī)囑治療工作,在班期內(nèi)幾乎處于全負(fù)荷狀態(tài),特別是當(dāng)夜間人手不足的情況下,醫(yī)護(hù)反映報(bào)警疲勞感明顯增強(qiáng)。結(jié)合問卷和訪談結(jié)果,可初步認(rèn)為目前ICU和NICU依然存在報(bào)警疲勞。此外,根據(jù)美國急救研究所(ECRI)報(bào)道[6],引起疲勞的客觀標(biāo)準(zhǔn)是平均每床患者每天產(chǎn)生150次以上報(bào)警。如表2所示,所述監(jiān)護(hù)儀報(bào)警的平均數(shù)量已處于疲勞標(biāo)準(zhǔn)之下,且與競品相比有所進(jìn)步[8-9]。由此可見,總體上報(bào)警疲勞出現(xiàn)了改善趨勢。為進(jìn)一步解決該問題,關(guān)鍵還在于直接減少監(jiān)護(hù)儀的無價(jià)值報(bào)警。
無價(jià)值報(bào)警可分為誤報(bào)警和臨床無意義報(bào)警。如圖3所示,造成誤報(bào)警的主要原因是測量信號受擾和參數(shù)信息不足。當(dāng)信號受噪聲或偽差干擾時(shí),血壓測量、心搏分類、血氧計(jì)算等都會產(chǎn)生誤差。例如在ICU,當(dāng)患者病情趨于好轉(zhuǎn)時(shí),肢體活動易造成IBP穿刺部位的導(dǎo)管彎折、貼壁甚至堵塞,進(jìn)而導(dǎo)致壓力基線發(fā)生不同程度偏移,產(chǎn)生大量誤報(bào)警。即使沒有干擾,由于獲取的參數(shù)信息不夠充分,分析計(jì)算也會發(fā)生誤差,例如房早二聯(lián)律患者的脈率計(jì)算經(jīng)常容易減半,從而產(chǎn)生大量脈率過低的報(bào)警。為解決該問題,多導(dǎo)心電同步分析[12]、多參融合分析[13]以及偽差自動識別[14]等技術(shù)被提出,研究結(jié)果表明,這些方法可顯著減少誤報(bào)警。
圖3 報(bào)警疲勞的產(chǎn)生及應(yīng)對策略Fig.3 Analysis on the reasons and strategies of alarm fatigue
臨床無意義報(bào)警本質(zhì)上是真實(shí)的報(bào)警,產(chǎn)生的主要原因是報(bào)警限設(shè)置不合理和同類型重復(fù)報(bào)警過多。臨床上,患者之間具有個(gè)體差異性,同一患者在不同時(shí)段(如晝夜)的生理狀態(tài)也存在差別,因而醫(yī)護(hù)人員應(yīng)根據(jù)患者情況適當(dāng)調(diào)節(jié)報(bào)警限,監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可通過智能分析自動提醒用戶進(jìn)行報(bào)警限調(diào)整[15]。此外,對于參數(shù)一過性超限、輕微超限伴有恢復(fù)趨勢等,可通過延遲分析來減少不必要的報(bào)警。對于部分同類型報(bào)警,例如單發(fā)或多發(fā)室早,收縮壓、平均壓和舒張壓等在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)生時(shí),可采取優(yōu)先級屏蔽策略減少無意義報(bào)警。有時(shí),無意義報(bào)警是由于附件系統(tǒng)發(fā)生異常而造成,例如ICU常見的IBP穿刺導(dǎo)管彎折或貼壁等,監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可通過波形識別來鑒別附件異常,從而及時(shí)提醒醫(yī)護(hù)進(jìn)行處理。
隨著人工智能與傳感技術(shù)的進(jìn)步,以計(jì)算機(jī)視覺為代表的創(chuàng)新技術(shù)已逐步滲透進(jìn)重癥監(jiān)護(hù)領(lǐng)域。例如,HAQUE等[16]在Nature雜志上報(bào)道的兩項(xiàng)研究表明,視頻監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用可以連續(xù)、細(xì)微地感知ICU患者的各種移動,使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法將活動進(jìn)行分類,可獲得約90%的準(zhǔn)確性。因此,將視頻與傳統(tǒng)生理參數(shù)相疊加,通過數(shù)據(jù)融合技術(shù),可以使得監(jiān)護(hù)儀更好地實(shí)現(xiàn)病人狀態(tài)識別,減少因未知運(yùn)動等造成的誤報(bào)警。
誤報(bào)警的減少主要依賴于底層算法技術(shù),一般較為隱性。臨床無意義報(bào)警的減少多需要借助軟件交互技術(shù)實(shí)現(xiàn),較為顯性。例如當(dāng)監(jiān)護(hù)儀通過智能分析觸發(fā)一次報(bào)警限推薦時(shí),只有醫(yī)護(hù)人員及時(shí)響應(yīng)和確認(rèn),新的報(bào)警限才能生效[17]。因此,設(shè)備廠商和臨床科室需要通力協(xié)作,加強(qiáng)醫(yī)護(hù)人員的培訓(xùn),促進(jìn)新技術(shù)和新功能真正落地,才能實(shí)現(xiàn)安全有效的報(bào)警管理。
醫(yī)護(hù)人員的資源有限,而監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的測量參數(shù)卻越來越多,大量的報(bào)警不僅帶來了疲勞問題,而且使得病人的病情惡化難以被臨床早期識別[18]。因此,監(jiān)護(hù)系統(tǒng)如何自動整合信息,協(xié)助醫(yī)護(hù)人員挖掘更有價(jià)值的報(bào)警事件,對于提高監(jiān)護(hù)質(zhì)量和效率具有重要意義。
對于重癥監(jiān)護(hù)系統(tǒng),有價(jià)值的報(bào)警應(yīng)具備精準(zhǔn)、及時(shí)和智能三大特性。其中,精準(zhǔn)性和及時(shí)性是確保醫(yī)護(hù)人員信任和重視報(bào)警的前提,近年來各監(jiān)護(hù)廠商在這兩方面已取得了顯著進(jìn)步。在本次調(diào)研中,醫(yī)護(hù)人員普遍反映報(bào)警的智能化程度不足,希望監(jiān)護(hù)儀在未來能夠?qū)W習(xí)人腦,有“能力”辨別病人的各種狀態(tài)惡化,輸出一些“高階”報(bào)警。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo),參考?xì)W盟南丁格爾PCP指南[19],提出一種監(jiān)護(hù)系統(tǒng)智能報(bào)警的發(fā)展路線。
如圖4所示,將監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的智能化程度分成了6個(gè)層次。目前,絕大多數(shù)監(jiān)護(hù)儀仍處于最基礎(chǔ)的LEVEL 0水平,除了心律失常以外,所有報(bào)警條件都是檢測當(dāng)前時(shí)刻的參數(shù)值是否超過預(yù)設(shè)閾值,閾值的選取主要基于臨床共識。近年來,研究人員發(fā)現(xiàn),特定參數(shù)同時(shí)發(fā)生異常往往具備預(yù)警價(jià)值,例如對于神志不清伴少尿的病人,若心率高、呼吸快且收縮壓較低,則可能預(yù)示著休克的風(fēng)險(xiǎn)[20]。因此,基于臨床研究資料,針對一些指征性強(qiáng)的條件,LEVEL 1水平的監(jiān)護(hù)儀能實(shí)現(xiàn)一種參數(shù)組合報(bào)警。隨著計(jì)算能力的提高,監(jiān)護(hù)儀有條件考慮參數(shù)值的歷史信息,能夠模仿人將判斷視角從單一位點(diǎn)拉長至最近一段時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)趨勢判斷,以揭示患者的生理參數(shù)是否發(fā)生惡化,如此便達(dá)到了LEVEL 2水平。
圖4 監(jiān)護(hù)系統(tǒng)智能報(bào)警的發(fā)展路線Fig.4 Different development levels of intelligent monitoring
現(xiàn)有的監(jiān)護(hù)產(chǎn)品主要處于前3個(gè)層次,該階段的重要特征是:產(chǎn)生報(bào)警的數(shù)據(jù)資料局限在監(jiān)護(hù)儀本身采集的生理參數(shù),包括心電、血氧、呼吸、血壓、體溫、心排量等。在實(shí)際臨床中,醫(yī)護(hù)人員評價(jià)病人狀態(tài)時(shí),還會并行考慮病史診斷、生化檢驗(yàn)、影像學(xué)分析以及體格檢查等結(jié)果,最后才能形成評估結(jié)論。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,監(jiān)護(hù)儀可通過醫(yī)院信息系統(tǒng)獲取這些數(shù)據(jù),這為監(jiān)護(hù)系統(tǒng)深入分析病人狀態(tài)創(chuàng)造了條件。
如圖4所示,監(jiān)護(hù)儀智能報(bào)警的下一步即病人狀態(tài)報(bào)警(LEVEL 3),主要是集成護(hù)士常用的評價(jià)指標(biāo),例如血?dú)夥治?、生化檢驗(yàn)和病人活動(視頻)等結(jié)果,該階段的重點(diǎn)是檢測狀態(tài)異常,目標(biāo)是提高監(jiān)測護(hù)理的效率。然后進(jìn)入臨床決策支持階段(LEVEL 4),監(jiān)護(hù)儀進(jìn)一步集成醫(yī)生常用的評估資料,包括文獻(xiàn)知識、電子病歷、影像學(xué)檢查結(jié)果等,將生理參數(shù)、自然語言、圖像視頻、生化指標(biāo)等數(shù)據(jù)融合,構(gòu)建多模態(tài)分析模型,輔助醫(yī)生進(jìn)行疾病分類、分級和分層,提供下一步可能采用的治療建議。最后,達(dá)到強(qiáng)人工智能的水平(LEVEL 5),即監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具備自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化能力,隨著醫(yī)護(hù)人員對報(bào)警的正誤反饋,系統(tǒng)將獲取更多的標(biāo)注數(shù)據(jù),進(jìn)而迭代更新,逐步提高輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性。
由此可見,為提高監(jiān)護(hù)儀的報(bào)警價(jià)值,除了持續(xù)優(yōu)化精準(zhǔn)性和及時(shí)性之外,關(guān)鍵需要提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的廣度和深度,包括從單參到多參、從單點(diǎn)到趨勢、從數(shù)值到圖像、從本機(jī)到網(wǎng)絡(luò)等。然后,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合臨床試驗(yàn)、專家標(biāo)注和智能算法,構(gòu)建重癥患者大數(shù)據(jù)分析模型,為臨床提供更逼近患者病情惡化的狀態(tài)報(bào)警。
無論是中心ICU還是新生兒NICU,目前仍然存在報(bào)警疲勞問題。誤報(bào)警和臨床無意義報(bào)警過多,是造成報(bào)警疲勞的主要原因。為解決該問題,一方面需要從底層算法技術(shù)出發(fā),針對主要報(bào)警類型,通過信息融合與偽差識別等手段,減少監(jiān)護(hù)儀誤報(bào)警;另一方面,需要提高醫(yī)護(hù)人員對于監(jiān)護(hù)技術(shù)的理解力,加強(qiáng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)交互功能的使用培訓(xùn),減少無意義報(bào)警。
此外,監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的報(bào)警價(jià)值仍有較大提升空間。目前的報(bào)警層次,仍處于簡單閾值報(bào)警和參數(shù)組合報(bào)警的水平,數(shù)據(jù)完整性和智能化程度不足以實(shí)現(xiàn)患者病情狀態(tài)的復(fù)雜監(jiān)測。為解決該問題,需要構(gòu)建清晰的智能報(bào)警發(fā)展路線,包括從單參到多參、從單點(diǎn)到趨勢、從數(shù)值到圖像、從本機(jī)到網(wǎng)絡(luò)等,高質(zhì)量、多模態(tài)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是支撐監(jiān)護(hù)系統(tǒng)生成高價(jià)值報(bào)警的基礎(chǔ)。