李曼 黃心旋 唐立瑤 康雪婷 任海英

(1.中國(guó)信息通信研究院云計(jì)算與大數(shù)據(jù)研究所，北京 100191；2.中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)，北京 100191；3.華為技術(shù)有限公司，深圳 518129)

0 引言

自2009年智慧醫(yī)院的概念被提出至今，已有十余年時(shí)間。隨著國(guó)家政策、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和技術(shù)更迭的多重推動(dòng)，醫(yī)院的信息化、智能化建設(shè)也在不斷探索和嘗試。2015年，我國(guó)公布了第一批共12 所智慧醫(yī)院試點(diǎn)名單，智慧醫(yī)院的示范建設(shè)工作正式進(jìn)入快速發(fā)展期。現(xiàn)階段，智慧醫(yī)院的建設(shè)是以患者為中心，依托云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和5G通信等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)面向醫(yī)務(wù)人員的“智慧醫(yī)療”、面向患者的“智慧服務(wù)”和面向醫(yī)院的“智慧管理”。智慧醫(yī)院本質(zhì)上是依托創(chuàng)新技術(shù)賦能醫(yī)療服務(wù)，實(shí)現(xiàn)全面智能管理的過(guò)程。在醫(yī)院內(nèi)建設(shè)智能管理系統(tǒng)，將有助于改善醫(yī)院的業(yè)務(wù)能力、服務(wù)能力和管理效能。從醫(yī)療服務(wù)體系發(fā)展來(lái)看，新冠肺炎疫情防控的常態(tài)化，在一定程度上加速了各大醫(yī)院智能管理系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)度[1-4]。

在快速部署醫(yī)院內(nèi)搭建智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)院區(qū)業(yè)務(wù)運(yùn)行的高效化和智能化，將有效降低醫(yī)護(hù)人員工作量，提升患者就診和住院體驗(yàn)，促進(jìn)醫(yī)院精細(xì)化管理。基于5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合其大帶寬、低延時(shí)、高速率、多連接等優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)榭焖俨渴疳t(yī)院內(nèi)智能管理系統(tǒng)提供更加穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境[5-6]。

本文圍繞快速部署醫(yī)院內(nèi)基于5G的智能管理系統(tǒng)建設(shè)，從業(yè)務(wù)場(chǎng)景、總體架構(gòu)和技術(shù)要求三方面展開(kāi)研究，旨在對(duì)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，提高快速部署醫(yī)院內(nèi)智能管理系統(tǒng)的適用性和有效性，從而更好地發(fā)揮可快速部署醫(yī)院在疫情防控中的優(yōu)勢(shì)作用。

1 業(yè)務(wù)場(chǎng)景

在快速部署醫(yī)院內(nèi)搭建智能管理系統(tǒng)，目的在于實(shí)現(xiàn)對(duì)人的精準(zhǔn)化醫(yī)療和對(duì)物的智能化管理，業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景可分為運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)和醫(yī)療業(yè)務(wù)兩大類。智能管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)的運(yùn)行主要基于數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的主體化重構(gòu)，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合展現(xiàn)型應(yīng)用。從視頻監(jiān)控、安防、設(shè)備資源、效率等維度對(duì)醫(yī)院運(yùn)營(yíng)指標(biāo)進(jìn)行管理，提供運(yùn)營(yíng)狀態(tài)可視化、業(yè)務(wù)分析、主動(dòng)預(yù)警、設(shè)施和能效管理等服務(wù)。從醫(yī)護(hù)操作信息、患者病歷信息、臨床信息等維度對(duì)醫(yī)療業(yè)務(wù)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控和分析，提供輔助決策、影像質(zhì)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療等服務(wù)。

2 總體架構(gòu)

智能管理系統(tǒng)架構(gòu)由中心云、網(wǎng)絡(luò)、邊緣等ICT基礎(chǔ)設(shè)施組成，支撐可快速布置醫(yī)院內(nèi)運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)和醫(yī)療業(yè)務(wù)的開(kāi)展，總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

中心云用于承載快速部署醫(yī)院內(nèi)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提供計(jì)算、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)設(shè)施資源，容器、大數(shù)據(jù)和人工智能等云服務(wù)，以及資源管理、應(yīng)用管理和運(yùn)維協(xié)同等智能邊緣管理能力，從而支撐醫(yī)療信息系統(tǒng)、影像系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室管理和設(shè)備物聯(lián)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的集成與搭建。

網(wǎng)絡(luò)層用于保障可快速部署醫(yī)院內(nèi)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)間的互聯(lián)以及與云端的通信。醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)絡(luò)支持以太網(wǎng)、Wi-Fi和5G的混合組網(wǎng)模式，以保障智能管理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，快速部署醫(yī)院與中心云之間可采用光纖、衛(wèi)星或5G專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信。在中心云網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)的情況下，能夠保障院內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不受影響，支持信息系統(tǒng)自持。

邊緣層包括邊緣節(jié)點(diǎn)和終端。邊緣節(jié)點(diǎn)具有與中心云協(xié)同的能力，支撐可快速部署醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)的搭建與運(yùn)行。終端層支持運(yùn)用各類醫(yī)療設(shè)備與智能化終端滿足智能管理業(yè)務(wù)需求，支撐生命體征自動(dòng)監(jiān)護(hù)、醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)采集、智慧病房、資產(chǎn)定位等應(yīng)用。

3 技術(shù)要求

3.1 云平臺(tái)

云平臺(tái)集成了基礎(chǔ)設(shè)施資源、云服務(wù)和智能邊緣管理能力，為更好地支撐快速部署醫(yī)院內(nèi)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行，應(yīng)符合如下技術(shù)要求。

基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)支持計(jì)算和存儲(chǔ)硬件設(shè)施的部署，支持管理類、網(wǎng)絡(luò)類、計(jì)算類和存儲(chǔ)類服務(wù)器的部署，應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)、運(yùn)維，支持統(tǒng)一接口和服務(wù)，保障醫(yī)院內(nèi)各類醫(yī)療設(shè)備、管理系統(tǒng)和云平臺(tái)間的互聯(lián)互通。

云服務(wù)包括容器服務(wù)、大數(shù)據(jù)服務(wù)和人工智能服務(wù)。容器服務(wù)用來(lái)提供高性能可伸縮的計(jì)算能力，可對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行快速部署和生命周期管理，應(yīng)支持容器調(diào)度策略、鏡像管理、集群創(chuàng)建和管理等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。大數(shù)據(jù)服務(wù)覆蓋數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)標(biāo)注等能力，人工智能服務(wù)覆蓋模型開(kāi)發(fā)、基因組數(shù)據(jù)分析、藥物研發(fā)、臨床影響研究等能力，均應(yīng)兼容開(kāi)源接口，支持根據(jù)業(yè)務(wù)需求定制化開(kāi)發(fā)。

邊緣管理包括資源、應(yīng)用、消息管理和運(yùn)維協(xié)同。資源管理應(yīng)支持邊緣節(jié)點(diǎn)管理、終端設(shè)備管理，應(yīng)用管理應(yīng)支持容器、函數(shù)和云邊微服務(wù)管理，消息管理應(yīng)支持云邊消息通道、端點(diǎn)和路由功能，運(yùn)維協(xié)同應(yīng)支持邊緣節(jié)點(diǎn)應(yīng)用和性能監(jiān)控、云邊消息統(tǒng)計(jì)、離線邊緣自治及故障恢復(fù)能力。

3.2 專用網(wǎng)絡(luò)

按照層次化架構(gòu)設(shè)計(jì)，快速部署醫(yī)院內(nèi)部署的5G專用網(wǎng)絡(luò)自上而下分為出口層、核心層和接入層，各層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的功能及相應(yīng)技術(shù)要求如下。

3.2.1 出口層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

出口層用于為快速部署醫(yī)院提供網(wǎng)絡(luò)出口，需配置路由器等設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)形成互通。為保障醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性，出口層設(shè)備應(yīng)支持采用雙機(jī)冗余熱備份；支持毫秒級(jí)的故障檢測(cè)和判斷機(jī)制，縮短業(yè)務(wù)中斷時(shí)間；支持部署防火墻、網(wǎng)絡(luò)入侵防御和上網(wǎng)行為管理，以抵御外部攻擊，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的審計(jì)和限制。

3.2.2 核心層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

核心層承載和匯聚了快速部署醫(yī)院內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)所有流量，因此對(duì)架構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)備的要求更加嚴(yán)格。核心層應(yīng)支持網(wǎng)絡(luò)高速交換，支持連通快速布置醫(yī)院內(nèi)全網(wǎng)絡(luò)；設(shè)備應(yīng)支持采用負(fù)載均衡功能以改善網(wǎng)絡(luò)性能。

3.2.3 接入層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

接入層在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中最靠近終端用戶，應(yīng)支持采用無(wú)線接入設(shè)備實(shí)現(xiàn)快速部署醫(yī)院內(nèi)無(wú)線全覆蓋，上行鏈路可通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)單元與核心層連接。

3.3 邊緣計(jì)算

智能管理系統(tǒng)邊緣應(yīng)提供一體化的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等信息化能力， 實(shí)現(xiàn)接診、查房會(huì)診、護(hù)理、感控等醫(yī)療業(yè)務(wù)在邊緣部署使用，同時(shí)可作為邊緣計(jì)算單元，接入感知終端、機(jī)器人作業(yè)、醫(yī)療設(shè)備等終端信息并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

快速部署醫(yī)院結(jié)合智慧醫(yī)院的概念，基于5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建智能管理系統(tǒng)，能夠充分提高快速部署醫(yī)院在疫情防控中的管理效能，提升患者住院體驗(yàn)。本文從業(yè)務(wù)場(chǎng)景、總體技術(shù)架構(gòu)和技術(shù)要求三方面進(jìn)行研究，后續(xù)將進(jìn)一步推動(dòng)快速部署醫(yī)院內(nèi)基于5G構(gòu)建智能管理功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化工作，為相關(guān)技術(shù)的設(shè)計(jì)、研發(fā)和應(yīng)用提供參考。