孫霽雯 沈南平

在靜脈給藥相關(guān)不良事件中，藥物劑量相關(guān)的用藥錯誤占了很大比例[1]，人力不足情況下尤甚[2]。兒童需要根據(jù)年齡、體質(zhì)量等進(jìn)行個體化劑量計算和精準(zhǔn)給藥，因此，兒童是藥物劑量錯誤的高危人群[3]。提升護(hù)士的藥物劑量問題解決能力是降低藥物劑量錯誤的關(guān)鍵，該能力包含概念理解能力、計算能力和實際操作能力3個方面[4]。在給藥前的藥物劑量相關(guān)元素提?。ê喎Q劑量提?。┖陀嬎悱h(huán)節(jié)，需要知曉真實環(huán)境下元素之間的關(guān)系，獲取計算公式中所需的各元素的正確數(shù)值[5]（概念理解能力），然后運用適當(dāng)?shù)乃阈g(shù)運算以計算出準(zhǔn)確的劑量或速率數(shù)值[6]（計算能力），最后在借助輸液泵/微量注射泵給藥時的藥物劑量設(shè)置環(huán)節(jié)，需要設(shè)置正確的走速數(shù)值（實際操作能力）。前期本研究團(tuán)隊已研發(fā)了兒科靜脈維持藥物小程序以提升護(hù)士計算能力[7]，但未涉及概念理解能力和實際操作能力的提升。雖然Kuo等[8]通過對接醫(yī)院信息系統(tǒng)，根據(jù)計算規(guī)則自動計算化療輸液泵的走速，并采用影像識別技術(shù)以核查和避免輸液泵走速設(shè)置錯誤，確保了化療給藥安全。但是，化療給藥只需要運用總?cè)芤毫亢蜁r間來計算輸液泵走速，相對簡單。對于兒科常用的心血管活性藥物、鎮(zhèn)靜及鎮(zhèn)痛藥物、抗凝劑等多種需要靜脈維持的藥物，護(hù)士須根據(jù)醫(yī)囑的劑量率計算走速，應(yīng)當(dāng)綜合考慮患兒體質(zhì)量、溶劑用量、溶質(zhì)質(zhì)量、劑量率來計算輸液泵/微量注射泵的走速，目前尚少見合適的、系統(tǒng)化的解決方案。為解決以上問題，本研究研發(fā)了兒童靜脈藥物劑量安全相關(guān)的關(guān)鍵信息技術(shù)，不僅能自動提取相關(guān)元素并計算出兒童靜脈給藥劑量的目標(biāo)值，還能通過影像識別捕獲輸液泵/微量注射泵設(shè)置的實際劑量值，并與目標(biāo)值進(jìn)行系統(tǒng)自動核查，以期提升護(hù)士的藥物劑量問題解決能力，確保兒童靜脈給藥的安全。

1 方法

1.1 成立研究團(tuán)隊

本研究核心團(tuán)隊成員共6名，包含護(hù)理管理者1名、具有編程開發(fā)能力的護(hù)理信息?？谱o(hù)士1名、臨床護(hù)士2名、信息工程師1名、軟件工程師1名。護(hù)理管理者和信息護(hù)士負(fù)責(zé)溝通協(xié)調(diào)、梳理流程并進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，信息工程師負(fù)責(zé)核心影像識別技術(shù)的研發(fā)，軟件工程師負(fù)責(zé)將核心技術(shù)植入信息系統(tǒng)，信息護(hù)士和臨床護(hù)士負(fù)責(zé)系統(tǒng)測試。

1.2 關(guān)鍵信息技術(shù)的功能

1.2.1 劑量提取和計算環(huán)節(jié)

從提升概念理解能力和計算能力的角度，在劑量提取和計算環(huán)節(jié)系統(tǒng)需要實現(xiàn)藥物劑量的元素自動提取，以確定給藥劑量的目標(biāo)值，存儲該數(shù)值以備后期給藥劑量設(shè)置環(huán)節(jié)核對用。將先前已研發(fā)的具有劑量率和走速互相換算、提高臨床照護(hù)支持功能的兒科靜脈藥物計算小程序（軟件著作權(quán)號：2020SR0281886）[7]對接醫(yī)院信息系統(tǒng)，從醫(yī)囑端自動化提取結(jié)構(gòu)化元素（體質(zhì)量、溶質(zhì)、溶劑等）以對應(yīng)到計算公式中的相應(yīng)項目中，從而改進(jìn)藥物劑量的元素自動提取和計算的正確性及效率。

1.2.2 劑量設(shè)置環(huán)節(jié)

從實際操作能力的角度，在劑量設(shè)置環(huán)節(jié)，需要實現(xiàn)藥物劑量設(shè)置的系統(tǒng)識別與核查。利用Open CV編程開發(fā)軟件研發(fā)了輸液泵/微量注射泵輸注速度智能圖像識別與核查系統(tǒng)（軟件著作權(quán)號：2022SR0266388），其核心技術(shù)為光學(xué)字符識別（Optical Character Recognition，OCR)技術(shù)[9]，原理為提取移動終端攝像頭所拍攝的輸液泵/微量注射泵液晶顯示屏上的視頻中的一幀數(shù)據(jù)，將輸液泵/微量注射泵液晶顯示屏上數(shù)碼管數(shù)值型的走速區(qū)域進(jìn)行切割，對圖像進(jìn)行平滑處理、灰度處理，減少圖像中的無用信息，通過特征性識別獲取走速設(shè)置的實際數(shù)值識別結(jié)果。其功能如下：①調(diào)用移動終端攝像頭，實現(xiàn)輸液泵/微量注射泵走速的圖片自動對焦，采用OCR技術(shù)識別圖片中的走速，并將其轉(zhuǎn)為數(shù)字形式存儲；②與需要設(shè)置的給藥劑量目標(biāo)值進(jìn)行核對，如不相符則予以錯誤警示。

1.3 可行性測評

1.3.1 招募測評對象

可行性測評的樣本量一般在10～30例之間[10]。本研究招募的30名護(hù)士均為我院具有護(hù)士執(zhí)業(yè)資格證書的注冊護(hù)士，參與本次測評的積極性較高。本研究已獲得上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心倫理委員會批準(zhǔn)（SCMCIRBK2019015-1）。

1.3.2 測評過程

由研究者擔(dān)任測評人員，測評在模擬病房進(jìn)行。任務(wù)測試階段，向測評對象介紹本次研究的目的、關(guān)鍵信息技術(shù)的使用方法，并獲得知情同意。由測評人員提供和臨床實際工作環(huán)境一致的測試物品和設(shè)備，包括計算器、紙、筆、電腦、安裝有關(guān)鍵信息技術(shù)的手持設(shè)備、輸液泵/微量注射泵等，并在需要幫助時予以指導(dǎo)和解答。電腦和手持設(shè)備上設(shè)有模擬患兒情況和模擬醫(yī)院信息系統(tǒng)的電子醫(yī)囑信息，以測試整個流程。先請每名測評對象采用傳統(tǒng)方法完成5次兒童靜脈藥物劑量的計算和輸液泵/微量注射泵走速的設(shè)置，請測評對象說出或?qū)懗銎溆嬎氵^程；然后，請每名測評對象再使用新技術(shù)方法完成5次兒童靜脈藥物劑量的計算和設(shè)置。指定1名研究人員全程陪同、觀察護(hù)士的行為，并記錄護(hù)士劑量提取、劑量計算、劑量設(shè)置各環(huán)節(jié)的正確次數(shù)。在測評完成后當(dāng)場向護(hù)士發(fā)放可用性和認(rèn)知負(fù)荷的測評問卷，填寫完成后當(dāng)場收回。兩種方法具體如下。

（1）傳統(tǒng)方法。測評對象根據(jù)所記憶的藥物名稱和藥物劑量率單位之間的對應(yīng)關(guān)系，以及藥物劑量率和走速之間的換算公式，采用傳統(tǒng)計算器進(jìn)行藥物計算。具體步驟為：①根據(jù)藥物名稱確定藥物劑量率單位；②根據(jù)已知藥物劑量率、已知走速確定計算公式；③根據(jù)公式中所需填入的元素單位要求，進(jìn)行元素的單位換算，確定元素所需數(shù)值；④采用計算器，根據(jù)公式依次輸入藥物劑量率或走速、患兒體質(zhì)量、藥物溶質(zhì)質(zhì)量、藥物溶劑用量，以及各類時間（如把小時換算成分鐘則×60）或單位（把mg換算成ug則×1000）換算值，搭配運算符號進(jìn)行計算；⑤根據(jù)計算結(jié)果，必要時四舍五入保留一位小數(shù)，即為所需的走速或藥物劑量率；⑥在移動終端的相關(guān)藥物執(zhí)行中人工輸入并記錄輸液泵/微量注射泵走速。

（2）新技術(shù)方法。使用本研究研發(fā)的關(guān)鍵信息技術(shù)的相關(guān)功能進(jìn)行給藥，具體步驟為如下。①選擇藥物名稱。②輸入藥物劑量率或走速、患兒體質(zhì)量、藥物溶質(zhì)質(zhì)量、藥物溶劑用量，此步驟可通過醫(yī)院信息系統(tǒng)的醫(yī)囑自動導(dǎo)入。③點擊計算結(jié)果即可獲得所需的走速或藥物劑量率。由于規(guī)避了人為的輸入和計算，故而完成了系統(tǒng)自動核查，并將該結(jié)果存為目標(biāo)值與后續(xù)核查進(jìn)行比對。④將計算所得結(jié)果在輸液泵/微量注射泵的走速板塊上進(jìn)行設(shè)置。⑤設(shè)置完畢后調(diào)用移動終端中的影像識別程序，拍攝設(shè)置的輸液泵/微量注射泵走速照片，程序自動識別走速數(shù)字，并與藥物計算程序所得藥物走速的目標(biāo)值進(jìn)行匹配，核對是否正確。如果不匹配則給予報錯提示，并顯示需要設(shè)置的走速數(shù)值。如果匹配正確，則退出識別窗口，輸出顯示該數(shù)值，將數(shù)據(jù)在移動終端中自動生成相應(yīng)的記錄。

1.4 評價指標(biāo)

1.4.1 藥物劑量問題解決能力

概念理解能力用劑量提取正確率表示；計算能力用劑量計算正確率表示；實際操作能力用劑量設(shè)置正確率表示。

1.4.2 關(guān)鍵信息技術(shù)的可用性

采用有用性、滿意度、易用性（Usefulness，Satisfaction，and Ease of use，USE）量表進(jìn)行可用性評價。包含有效性、易用性、易學(xué)性、滿意度4個維度，共30個條目[11]。采用Likert 7級評分，從非常不同意到非常同意分別計1～7分，分?jǐn)?shù)越高代表可用性越高，理想的可用性評分應(yīng)大于5分[12]。USE量表的Cronbach’sα系數(shù)為0．98，效度為0．82[11]。4個維度的內(nèi)涵如下：①有效性指護(hù)士通過使用該系統(tǒng)能在績效上提升的程度；②易用性指護(hù)士感知到使用該系統(tǒng)的容易程度；③易學(xué)性指護(hù)士不需要記憶很多信息去使用系統(tǒng)，并且可以進(jìn)行熟練運用的程度；④滿意度指護(hù)士認(rèn)為該系統(tǒng)正是他所需要的、可在工作中為其帶來便利的程度。

1.4.3 認(rèn)知負(fù)荷

采用美國國家航天航空局任務(wù)負(fù)荷指數(shù)(National Aeronautics and Space Administration Task Load Index，NASA-TLX）測評護(hù)士使用關(guān)鍵信息技術(shù)所產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷。漢化版NASA-TLX量表共6個條目：腦力要求、體力要求、時限要求、自我表現(xiàn)、努力程度、受挫程度。每個條目以一條分成20等份的直線表示，其中“自我表現(xiàn)”這一條目從0分至100分表示從“完美”至“失敗”，即得分越低，自我表現(xiàn)越完美，任務(wù)負(fù)荷越低；其余條目從0分到100分分別表示負(fù)荷從“無”到“最高”。得分越高，自我表現(xiàn)越失敗，任務(wù)負(fù)荷越高。維度分為相應(yīng)條目得分的算數(shù)平均數(shù)，總分為所有條目得分的算數(shù)平均數(shù)。量表的Cronbach’sα系數(shù)為0．707，效度為1．00[13]。理想的系統(tǒng)的認(rèn)知負(fù)荷不超過58分[14]。6個維度的內(nèi)涵如下：①腦力要求即完成任務(wù)過程中付出的腦力活動；②體力要求即完成任務(wù)中需要付出的體力；③時限要求即完成工作的節(jié)奏；④自我表現(xiàn)即完成目標(biāo)取得的成績；⑤努力程度即完成任務(wù)需要付出的努力；⑥受挫程度即在完成任務(wù)時，感到的不安、沮喪、急躁、煩惱的程度。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

采用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，SPSS 26．0統(tǒng)計軟件進(jìn)數(shù)據(jù)分析。USE量表和NASA-TLX各維度得分采用進(jìn)行統(tǒng)計描述，正確次數(shù)采用頻數(shù)、率表示。兩組間量表得分的比較采用t檢驗，正確次數(shù)的比較采用卡方檢驗。以P＜0．05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 測評對象的一般資料

30名參與測評的護(hù)士年齡為（25．97±2．49）歲，工作年限為（4．23±2．09）年；性別：女性27名，男性3名；學(xué)歷：研究生1名，本科18名，專科11名；職稱：護(hù)士11名，護(hù)師17名，主管護(hù)師2名。

2.2 使用兩種方法的藥物劑量問題解決能力的比較（表1）

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2.3 關(guān)鍵信息技術(shù)方法的可用性評價（表2）

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2.4 使用兩種方法的認(rèn)知負(fù)荷的比較（表3）

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3 討論

3.1 使用關(guān)鍵信息技術(shù)可提升護(hù)士藥物劑量問題解決能力，保障患兒用藥安全

本研究中，與使用傳統(tǒng)方法相比，使用新技術(shù)時護(hù)士在概念理解能力、計算能力、實際操作能力方面均有提升。藥物劑量問題解決能力的概念模型指出，功能能力（計算能力和實際操作能力）是認(rèn)知能力（概念理解能力）的外化行為[4]。本研究中，劑量提取錯誤率為6．0%，可能是由于護(hù)士未能在實物（圖像）與文字或字符間建立正確聯(lián)系，導(dǎo)致藥物劑量相關(guān)元素提取錯誤或公式誤用。在真實情景下的實物或圖片模擬形式可以更好地突顯出這類元素概念混淆或公式選錯的問題。相關(guān)研究指出，概念錯誤的發(fā)生率為2．58%[5]。使用關(guān)鍵信息技術(shù)時可通過醫(yī)囑結(jié)構(gòu)化元素自動提取相應(yīng)的計算元素和匹配的計算公式，有效規(guī)避了該類錯誤的發(fā)生。本研究中，劑量計算的錯誤率為11．3%，即使在公式、元素都正確的情況下，護(hù)士亦有可能因計算問題出錯。前期研究已經(jīng)證實了采用計算小程序可以規(guī)避該類計算問題[7]，故在關(guān)鍵信息技術(shù)中融入了前期的研究成果，使得計算正確率達(dá)到了100．0%。此外，在實際操作能力方面，給藥相關(guān)設(shè)備上設(shè)置和確認(rèn)正確的劑量是給藥的最后一個環(huán)節(jié)，故而確保其正確尤為重要。藥物劑量率與走速混淆而導(dǎo)致輸液泵/微量注射泵給藥錯誤排在美國急救醫(yī)學(xué)研究所公布的2019年“十大醫(yī)療技術(shù)危害”[16]的第6位。Kuo等[17]曾將影像識別技術(shù)運用于識別并核實化療給藥輸液泵的走速，不僅防止了相關(guān)的不良事件發(fā)生，也簡化了護(hù)士的工作，因此受到護(hù)士的歡迎。但該研究僅限于一種類型的輸液泵，并未涉及微量注射泵，且不同類型泵的走速所在位置和樣式會略有不同。把OCR技術(shù)運用到不同的場景中均需要進(jìn)行特制化的修訂，包括模塊的切割和內(nèi)容的識別。因此，本研究在醫(yī)療行業(yè)中引入影像識別技術(shù)，通過研發(fā)場景化的OCR技術(shù)并將其應(yīng)用于輸液泵/微量注射泵走速的識別，能有效甄別出劑量設(shè)置錯誤，以防止劑量率和走速設(shè)置混淆，把牢給藥的最后一關(guān)，提高了兒童靜脈給藥安全。

3.2 關(guān)鍵信息技術(shù)的可用性較佳

根據(jù)ISO 9241的國際標(biāo)準(zhǔn)，可用性指特定用戶在特定的使用背景下，使用某個產(chǎn)品達(dá)到特定目標(biāo)的有效性、效率和滿意度的大小[18]。本研究采用USE量表測評護(hù)士使用關(guān)鍵信息技術(shù)的可用性，結(jié)果顯示，總平均分為（6．30±0．55）分，大于5分，即表示可用性較佳[12]。與本項目前期研發(fā)的兒科靜脈維持藥物計算小程序的可用性總分（6．22±1．03）分相比[7]，本研究的得分更高，可能此次研發(fā)的關(guān)鍵信息技術(shù)不僅在功能上改善了數(shù)據(jù)提取和錄入問題，更采用影像識別技術(shù)增加了給藥劑量設(shè)置環(huán)節(jié)的系統(tǒng)核查，甄別走速設(shè)置操作層面的行為偏差，減少了給藥差錯。研究顯示，終端用戶（end users）參與設(shè)計開發(fā)可提升使用者對信息產(chǎn)品的滿意度高[19]。本研究核心團(tuán)隊中包含了護(hù)理管理者和臨床護(hù)士，兼顧了患者安全管理需求和終端用戶需求，體現(xiàn)了以使用者為中心的設(shè)計[20]，故而可用性測評結(jié)果較佳。此外在測試的人群上，本研究納入了30名測試者，多于之前研究中可用性測試選擇的8～10人[7，21]。

3.3 護(hù)士使用關(guān)鍵信息技術(shù)的認(rèn)知負(fù)荷較低

一款好的軟件或系統(tǒng)不僅需要滿足較高的可用性得分，同時需要滿足較低的認(rèn)知負(fù)荷[22]。認(rèn)知負(fù)荷指用戶使用應(yīng)用程序時所需的認(rèn)知處理或認(rèn)知加工的量。護(hù)士使用關(guān)鍵信息技術(shù)的認(rèn)知負(fù)荷低于使用傳統(tǒng)方法。有學(xué)者通過Meta分析整合所有NASA-LTX研究的得分指出，理想的認(rèn)知負(fù)荷應(yīng)不超過58分[14]。由于認(rèn)知負(fù)荷還受到其他變量的影響，例如任務(wù)類型、專業(yè)水平、任務(wù)類型中難度水平，以及受試者對所測試產(chǎn)品的熟悉程度，故建議需要與其他類似任務(wù)的研究結(jié)果相比方可說明分?jǐn)?shù)的高低[14]。通過測試前的系統(tǒng)使用培訓(xùn)可以在一定程度增加護(hù)士對所測試產(chǎn)品的熟悉程度。Reynolds等[23]針對藥物劑量計算額外開發(fā)的類似手持設(shè)備產(chǎn)品，其認(rèn)知負(fù)荷平均得分為39．14分，且使用后僅在腦力要求和時限要求維度有所改善。本技術(shù)呈現(xiàn)出相對較低的認(rèn)知負(fù)荷，且除體力要求外，其余5個維度均有所改善，故具有一定的優(yōu)越性。究其原因，可能與本研究對接醫(yī)院信息系統(tǒng)，規(guī)避了數(shù)據(jù)的二次錄入，且系統(tǒng)安裝在護(hù)士熟悉的設(shè)備上有關(guān)，這些改進(jìn)解決了Reynolds等[23]研究中提到的過多的輸入和護(hù)士對設(shè)備不熟悉等問題。

4 小結(jié)

本研究研發(fā)的兒童靜脈藥物劑量安全相關(guān)的關(guān)鍵信息技術(shù)可提升護(hù)士藥物劑量問題解決能力，提升靜脈給藥安全水平。通過系統(tǒng)自動提取、自動計算和自動核查，規(guī)避了人工數(shù)據(jù)提取轉(zhuǎn)錄和計算的差錯，甄別走速設(shè)置操作層面的行為偏差，以降低給藥差錯。此外，本研究研發(fā)的關(guān)鍵信息技術(shù)可用性較佳，護(hù)士的認(rèn)知負(fù)荷低，可嘗試在臨床推廣使用，在效率和效益的雙提高的同時，同質(zhì)化提升護(hù)理質(zhì)量，實現(xiàn)兒童靜脈用藥安全的目標(biāo)。由于影像識別技術(shù)受到一定的環(huán)境因素影響，例如光線的強(qiáng)弱，拍攝的距離和角度等，一方面，在使用過程中需要指導(dǎo)并規(guī)范護(hù)士行為以提高識別效果；另一方面，未來可以通過訓(xùn)練更多情境的圖像以增加本技術(shù)的識別效果。未來，還可開展關(guān)鍵信息技術(shù)在確保用藥安全時的相關(guān)衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)研究等。