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(cuò)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(gè)體化劑量計(jì)算和精準(zhǔn)給藥，因此，兒童是藥物劑量錯(cuò)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(cuò)誤的關(guān)鍵，該能力包含概念理解能力、計(jì)算能力和實(shí)際操作能力3個(gè)方面[4]。在給藥前的藥物劑量相關(guān)元素提?。ê喎Q劑量提取）和計(jì)算環(huán)節(jié)，需要知曉真實(shí)環(huán)境下元素之間的關(guān)系，獲取計(jì)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(yùn)用適當(dāng)?shù)乃阈g(shù)運(yùn)算以計(jì)算出準(zhǔn)確的劑量或速率數(shù)值[6]（計(jì)算能力），最后在借助輸液泵/微量注射泵給藥時(shí)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(shí)際操作能力）。前期本研究團(tuán)隊(duì)已研發(fā)了兒科靜脈維持藥物小程序以提升護(hù)士計(jì)算能力[7]，但未涉及概念理解能力和實(shí)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(jì)算規(guī)則自動計(jì)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(cuò)誤，確保了化療給藥安全。但是，化療給藥只需要運(yùn)用總?cè)芤毫亢蜁r(shí)間來計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)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(duì)

本研究核心團(tuán)隊(duì)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(jì)，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(jì)算環(huán)節(jié)

從提升概念理解能力和計(jì)算能力的角度，在劑量提取和計(jì)算環(huán)節(jié)系統(tǒng)需要實(shí)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(jì)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(jì)算公式中的相應(yīng)項(xiàng)目中，從而改進(jìn)藥物劑量的元素自動提取和計(jì)算的正確性及效率。

1.2.2 劑量設(shè)置環(huán)節(jié)

從實(shí)際操作能力的角度，在劑量設(shè)置環(huán)節(jié)，需要實(shí)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(shí)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(shí)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(cuò)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(shí)際工作環(huán)境一致的測試物品和設(shè)備，包括計(jì)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(shí)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(gè)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(jì)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?jì)算過程；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(jì)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(jì)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(jì)算器進(jìn)行藥物計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)間（如把小時(shí)換算成分鐘則×60）或單位（把mg換算成ug則×1000）換算值，搭配運(yùn)算符號進(jìn)行計(jì)算；⑤根據(jù)計(jì)算結(jié)果，必要時(shí)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(diǎn)擊計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(bào)錯(cuò)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(jià)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(jì)算能力用劑量計(jì)算正確率表示；實(shí)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(jià)。包含有效性、易用性、易學(xué)性、滿意度4個(gè)維度，共30個(gè)條目[11]。采用Likert 7級評分，從非常不同意到非常同意分別計(jì)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(gè)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(yùn)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(gè)條目：腦力要求、體力要求、時(shí)限要求、自我表現(xiàn)、努力程度、受挫程度。每個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)，感到的不安、沮喪、急躁、煩惱的程度。

1.5 統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)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(yàn)，正確次數(shù)的比較采用卡方檢驗(yàn)。以P＜0．05表示差異有統(tǒng)計(jì)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，?？?1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(jià)（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(shí)護(hù)士在概念理解能力、計(jì)算能力、實(shí)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(jì)算能力和實(shí)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(cuò)誤率為6．0%，可能是由于護(hù)士未能在實(shí)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(cuò)誤或公式誤用。在真實(shí)情景下的實(shí)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(cuò)的問題。相關(guān)研究指出，概念錯(cuò)誤的發(fā)生率為2．58%[5]。使用關(guān)鍵信息技術(shù)時(shí)可通過醫(yī)囑結(jié)構(gòu)化元素自動提取相應(yīng)的計(jì)算元素和匹配的計(jì)算公式，有效規(guī)避了該類錯(cuò)誤的發(fā)生。本研究中，劑量計(jì)算的錯(cuò)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(jì)算問題出錯(cuò)。前期研究已經(jīng)證實(shí)了采用計(jì)算小程序可以規(guī)避該類計(jì)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(jì)算正確率達(dá)到了100．0%。此外，在實(shí)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(gè)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(cuò)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(yùn)用于識別并核實(shí)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(yùn)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(cuò)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(gè)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(xiàng)目前期研發(fā)的兒科靜脈維持藥物計(jì)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(cuò)。研究顯示，終端用戶（end users）參與設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)[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(shí)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(shí)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(jì)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(shí)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(gè)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(jì)算和自動核查，規(guī)避了人工數(shù)據(jù)提取轉(zhuǎn)錄和計(jì)算的差錯(cuò)，甄別走速設(shè)置操作層面的行為偏差，以降低給藥差錯(cuò)。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(shí)，同質(zhì)化提升護(hù)理質(zhì)量，實(shí)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(shí)的相關(guān)衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)研究等。