隨著國家“健康中國”發(fā)展戰(zhàn)略的實施和對現(xiàn)代智慧科技賦能的大健康生態(tài)體系的不斷探索，醫(yī)療行業(yè)的格局正在不斷革新，力求實現(xiàn)以“精準醫(yī)療、精誠服務(wù)、精益管理”為核心理念的價值醫(yī)療，涵蓋診前、診中、診后的全流程健康醫(yī)療服務(wù)體系正在形成。其中，智慧病房的建設(shè)與患者的就醫(yī)體驗、醫(yī)護的診療服務(wù)水平以及醫(yī)院能源、設(shè)備等的管控關(guān)系十分密切，且需要在設(shè)計及基建階段就進行整體規(guī)劃與實施。病房是整個醫(yī)院中的耗能主體，也是各種醫(yī)療設(shè)備的載體，更是患者生活和治療的主要場所。智慧云病房以輔助醫(yī)療為目標，是智慧醫(yī)療中的主要應(yīng)用場景，同時也是醫(yī)院智能化、信息化程度提升的一個重要標志，更是醫(yī)院核心競爭力的具體體現(xiàn)。2020年年初經(jīng)歷的一場新冠肺炎疫情，改變了患者的生活習慣，直接導致醫(yī)療服務(wù)需求發(fā)生了改變。而今，在后疫情時代，綜合醫(yī)院需充分運用信息化、智慧化手段，提升“平疫結(jié)合”智慧化運行管理能力。醫(yī)院借助5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新技術(shù)，搭建基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧云病房系統(tǒng)，就是為了適應(yīng)這些醫(yī)療服務(wù)需求的變化。智慧云病房旨在提升病患的照護體驗、減輕醫(yī)護人員的工作量、用大數(shù)據(jù)提高醫(yī)院的管控水平和有效降低醫(yī)院能耗，具有高效、便捷、安全、人性化等優(yōu)點。智慧云病房中作為醫(yī)療輔助數(shù)據(jù)采集終端的各類醫(yī)用傳感器也更加豐富了各類醫(yī)學數(shù)據(jù)的采集來源，為未來醫(yī)療大數(shù)據(jù)的分析和利用奠定了堅實的基礎(chǔ)。 | 患者的收治信息與診斷體征，仍主要依靠醫(yī)護人員人工抄寫錄入和核對，工作量大、效率較低。 |
| 患者的住院生活便捷性顯著較低，且患者與陪護家屬需要獲取的各類信息，大部分需要經(jīng)過奔波才能獲取，無形中增加了醫(yī)院人員密集區(qū)域的人員流動量，不利于感控。 |
| 患者的精神需求得不到充分滿足，情緒低落會影響康養(yǎng)進程。 |
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| 病房的燈光、門窗、空調(diào)、新風、電器等設(shè)備控制極不方便，無菌科室容易感染。 |
| 病房內(nèi)智能化系統(tǒng)數(shù)量龐雜，未能進行有效整合，新系統(tǒng)、新技術(shù)難以接入。 |
02
智慧云病房系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃針對目前醫(yī)院病房普遍存在的痛點，建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧云病房系統(tǒng)，以期較好解決上述問題。智慧云病房指的是通過云計算、物聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)和傳感器等新技術(shù)，以智能終端設(shè)備為載體，通過管理和服務(wù)的數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)病房人性化服務(wù)、便捷高效管理、智慧診療和節(jié)能降耗。智慧云病房在建設(shè)和發(fā)展中往往呈現(xiàn)出四個鮮明特征： | 提供更多人性化服務(wù)。智慧云病房在定位、建筑環(huán)境設(shè)計、系統(tǒng)架構(gòu)、服務(wù)流程等方面緊緊圍繞這一目標展開。 |
| 便捷高效管理。智慧云病房的發(fā)展過程就是不斷優(yōu)化、創(chuàng)新管理和服務(wù)的過程，通過后臺、手機可視化技術(shù)以更少的人力便捷高效的管理更多的病房。 |
| 輔助診療，實現(xiàn)床旁智慧查房和病患相關(guān)疾病診療大數(shù)據(jù)的建立。 |
| 注重節(jié)能降耗。依托房間的集中控制、統(tǒng)一控制來實現(xiàn)整體的節(jié)能降耗、能源管理。 |
| 統(tǒng)一部署、高速輕量運營。在病房內(nèi)部署一套對接性、擴展性很強的硬件系統(tǒng)，具備顯示功能、通訊功能、交互功能、輸液報警功能、接口擴展功能等，使智慧病房各類軟硬件應(yīng)用能以此為整合平臺。日常運維管理主要對接一個主要廠家即可。智慧云病房的建設(shè)采用智慧病房控制器RCU（Room Control Unit），RCU能夠把諸如WIFI、ZIGBEE、藍牙、z-wave等多種通訊方式的網(wǎng)絡(luò)連接起來，上傳數(shù)據(jù)到云端，后期可再植入其他功能模塊或智能系統(tǒng)。 |
| 全方位監(jiān)護病患體征。以床旁分機為中心，可延伸擴展各種物聯(lián)網(wǎng)終端。借助先進的智能體征監(jiān)測床墊與各種小巧的物聯(lián)網(wǎng)體征檢測系統(tǒng)，實時記錄病人在住院、睡眠等狀態(tài)下的體征。與智慧云病房系統(tǒng)服務(wù)交互平臺聯(lián)動后，一旦監(jiān)測到異常情況，可立即通知相關(guān)醫(yī)護人員，確?；颊叩慕】禒顩r得到24小時全方位監(jiān)護。 |
| 減輕醫(yī)護人員工作壓力。借助信息化手段與對應(yīng)場景的硬件終端，徹底使病區(qū)信息的匯集、生成、流轉(zhuǎn)擺脫人工依賴，使病房管理中的數(shù)據(jù)同步、發(fā)布、讀取、查對與歸檔，借助電子系統(tǒng)自行完成。 |
| 做好信息互聯(lián)互通工作。徹底打通病房與診療、醫(yī)技科室的信息流壁壘，使醫(yī)護患人員借助智能終端可以輕松查閱、調(diào)取各類臨床報告診療信息。 |
| 提升病患入住體驗。借助床旁終端，使病人和陪護人員能夠輕松自助完成諸多住院生活中原本需要專程奔波的工作，如商超、點餐等，讓住院更便捷，讓護理和陪護更輕松；借助HPTV服務(wù)器，通過床旁分機等終端，為病人帶來獨立性更強、隱私性更好的床旁娛樂體驗，讓住院生活變得豐富多彩，不再無聊無助；借助床旁設(shè)備，針對性、個性化地實現(xiàn)多元化的宣教廣播、醫(yī)護患溝通互動、病情隨訪、醫(yī)囑執(zhí)行等，同時優(yōu)化醫(yī)護人員工作流程。 |
| 建設(shè)大數(shù)據(jù)云平臺，提高病區(qū)精細化管理水平。可為醫(yī)護人員提供房間環(huán)境、電器狀態(tài)、病人信息等各種大數(shù)據(jù)，并可遠程管理和控制。能夠按多種預設(shè)模式、時間模式或遠程模式云端管控無菌科室（如手術(shù)室、燒傷病房、皮膚病房、ICU、CCU等）的燈光、門窗、空調(diào)、新風、智慧病床、電器等設(shè)備，極為方便且不容易感染。 |
03
智慧云病房系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計各種網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)都是按照分層的思想建立的。分層就是按照數(shù)據(jù)流動的關(guān)系對整個物聯(lián)網(wǎng)進行分割?；谖锫?lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧云病房系統(tǒng)主要由四大部分組成：智慧云病房的綜合應(yīng)用（即應(yīng)用層）、大數(shù)據(jù)及云平臺系統(tǒng)（即處理層）、通訊系統(tǒng)（即網(wǎng)絡(luò)層）、物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及控制部分（即感知層）。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。感知層就像人體的眼、耳、鼻、喉和皮膚等部位的神經(jīng)末梢，可通過識讀器、傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID標簽和讀/寫器、攝像頭、GPS等識別物體和采集數(shù)據(jù)，按約定的協(xié)議，把在醫(yī)療場景下的器械、設(shè)備、試劑等與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別、定位跟蹤、監(jiān)控和管理。感知層的設(shè)備通常會組成自己的局部網(wǎng)絡(luò)如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN），這些局部網(wǎng)絡(luò)通過各自的網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)。傳輸層則是“神經(jīng)中樞”，負責傳遞感知層獲取的信息。感知層的信息傳輸可分為兩個階段：第一階段，通過短距離通信介質(zhì)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上，涉及的技術(shù)主要有藍牙（Bluetooth）、超帶寬、ZigBee、智能網(wǎng)關(guān)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）等，可根據(jù)感知層設(shè)備的種類及所處環(huán)境選擇合適的方式接入互聯(lián)網(wǎng)；第二階段，通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)浇K端用戶，涉及的技術(shù)主要有遠距離有線、無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，比如、4G/5G移動通信技術(shù)、微波通信、衛(wèi)星通信等無線通信技術(shù)以及光纖通信等有線通信技術(shù)。處理層相當于人的“大腦”，對傳輸層的數(shù)據(jù)進行分析處理及智能決策。涉及的技術(shù)主要有云計算、數(shù)據(jù)挖掘、搜索引擎等。在傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)中，處理層與傳輸層合為一層，而把它獨立劃為一層，旨在突出云計算等新技術(shù)的應(yīng)用。把云計算和物聯(lián)網(wǎng)放在一起，是因為他們關(guān)系非常密切。物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)中有著對數(shù)據(jù)的海量存儲和計算的要求，而使用云計算是最省錢的方式。用戶可以利用各種終端設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)接入云平臺，隨時獲取與使用、按需擴展計算和存儲資源，并按實際使用的資源付費。應(yīng)用層的主要功能是對感知和傳輸來的信息進行分析和處理，做出正確的控制和決策，最終實現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)，是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口。在應(yīng)用層可以進行與業(yè)務(wù)相關(guān)的處理，完成跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息共享、互通、協(xié)同；也可以為終端用戶提供所需要的服務(wù)程序。05 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)備拓撲通過利用房間內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、嵌入式（ARM系統(tǒng)）等技術(shù)手段，對病房內(nèi)的各種環(huán)境物理量、電氣設(shè)備的狀態(tài)和患者生理信息等數(shù)據(jù)進行實時在線采集和管理；通過通訊系統(tǒng)上傳到智慧云病房大數(shù)據(jù)云平臺；系統(tǒng)云平臺根據(jù)一定的算法、大數(shù)據(jù)、系統(tǒng)模式和深度學習等智慧運算，自動下傳數(shù)據(jù)；再通過相應(yīng)的硬件系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對所有子系統(tǒng)的設(shè)備、電器的數(shù)據(jù)管理和遠程智能化控制，最終滿足醫(yī)院對病房舒適、節(jié)能、方便和高效管理的需求。智慧云病房網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓撲圖、基礎(chǔ)設(shè)備拓撲圖如圖2、3所示。圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧云病房系統(tǒng)架構(gòu)圖圖2 智慧云病房網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓撲圖圖3 智慧云病房基礎(chǔ)設(shè)備拓撲圖智慧云病房的建設(shè)是以體驗為導向，即病患、醫(yī)護、醫(yī)院管理者的感覺，比如簡單、便捷、高效、愉悅的感覺；以平臺為基礎(chǔ)，利用平臺化思維整合病房里的各類應(yīng)用，借助物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G、人工智能等新技術(shù)建設(shè)統(tǒng)一平臺進行管控；以場景為核心，探索病房區(qū)域內(nèi)各種場景的應(yīng)用，優(yōu)化流程和交互體驗?；谖锫?lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧云病房典型應(yīng)用場景如下： | 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集：醫(yī)院院內(nèi)布設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)，依賴于5G的大連接特性，院內(nèi)監(jiān)護設(shè)備、個人可穿戴設(shè)備都可以實時獨立聯(lián)網(wǎng)，真正做到可持續(xù)監(jiān)控，為醫(yī)生的診療起到輔助作用，為患者提供不間斷的醫(yī)療監(jiān)護。設(shè)備測量完成，結(jié)果自動錄入，自動同步護士站數(shù)據(jù)看板。 |
| 床旁智慧查房：同醫(yī)院HIS系統(tǒng)“空中”聯(lián)通，醫(yī)護人員在查房模塊身份驗證后，系統(tǒng)自動記錄查房人員、床號、查房時間等相關(guān)信息，生成表格供相關(guān)人員查閱。提高醫(yī)護人員工作效率。疫情期間可降低移動推車等設(shè)備出入多個病房造成的交叉感染風險。 |
| 床旁探視：實現(xiàn)高帶寬清晰遠程視頻診療/探視，傳遞多個專家診療意見和家人的鼓勵，增強康復信心，配合醫(yī)護管理工作。在疫情或突發(fā)公共衛(wèi)生安全事件時，可第一時間采取隔離措施。 |
| 床旁智慧宣教：借助5G的高帶寬性能，提供專業(yè)的宣教內(nèi)容，不占用院內(nèi)的帶寬資源。實現(xiàn)多點同步流暢反復播放，使護士宣教更輕松，且能實現(xiàn)宣教內(nèi)容的標準化與個性化結(jié)合的方式，使床旁宣教更加人性化。 |
| 床旁線上服務(wù)：提供點餐、購物和護工聘請接口，提供支付結(jié)算入口，所有服務(wù)經(jīng)醫(yī)院權(quán)威認證，規(guī)避患者使用風險。在疫情期間，可有效減少陪護人員出入電梯、商超、餐廳、門診大廳等人員密集場所，減少院內(nèi)人員流動量，同時提升患者體驗和病區(qū)管理水平。實時展示醫(yī)院支付系統(tǒng)結(jié)算二維碼，患者床旁掃碼自助結(jié)算。 |
| 床旁多媒體娛樂：可提供電視直播和視頻點播等服務(wù)，有效安撫患者治療過程中的情緒，同房患者互不打擾，營造和諧的病房環(huán)境。 |
| 多功能模塊支持靈活配置升級：在VIP病房床旁分機集成智能病房控制模塊，可實現(xiàn)在床頭統(tǒng)一控制燈、空調(diào)和窗簾等，為患者提供高檔酒店式的入住體驗。 |
| 應(yīng)急醫(yī)療場景下的應(yīng)用：應(yīng)急情況下，醫(yī)院的普通病房可能會改造成臨時ICU重癥病房，需要增加大量的心電圖機、監(jiān)護儀、血氧儀等診療設(shè)備。在固定的病房中，這些診療設(shè)備通常都是有線方式接入網(wǎng)絡(luò)。借助自適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)診療設(shè)備的無線化、移動化應(yīng)用，實現(xiàn)診療設(shè)備即插即用、靈活機動調(diào)配，滿足應(yīng)急醫(yī)療場景的需要。另外，借助5G網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)5G配送機器人自動導航路徑規(guī)劃、安全避障、語音指令、定時提醒，進入隔離病房遞送物品藥品食品，減少交叉感染風險和降低醫(yī)護工作量。 |
通過智慧云病房的建設(shè)，逐步實現(xiàn)病房內(nèi)物與物聯(lián)、人與物聯(lián)、萬物互聯(lián)。物與物聯(lián)，物聯(lián)網(wǎng)感知房間內(nèi)的聲、電、位移、力、熱、光等信號，根據(jù)事件發(fā)生對象、空間、環(huán)境以及時間等相關(guān)信息來判斷事件，物體從感官到智能相聯(lián)，經(jīng)大數(shù)據(jù)運算并上傳到云平臺。智慧云病房系統(tǒng)通過房間智能控制器，將病房內(nèi)電器設(shè)施聯(lián)網(wǎng)集中控制，讓病人操作便捷化，后臺數(shù)據(jù)清晰化，病人體征可視化，能耗管理可控化。人與物聯(lián)，人-機智能交互，通過物聯(lián)網(wǎng)及傳感器等技術(shù)，實時采集病人的各項生命體征數(shù)據(jù)進行管理和分析，供醫(yī)護人員參考；同時，管理者或病人可通過物聯(lián)網(wǎng)控制房間內(nèi)的所有電器和設(shè)備。萬物互聯(lián)，把所有的人和物互聯(lián)起來,進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化采集、識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，實現(xiàn)真正意義的萬物互聯(lián)。智慧云病房系統(tǒng)可采用功能模塊化設(shè)計，逐步完善云平臺大數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對其它智慧系統(tǒng)或設(shè)備的兼容和擴展。首先完成智慧云病房的基本建設(shè)，再逐步增加病人生物信息數(shù)據(jù)采集功能模塊等其他系統(tǒng)功能模塊。 | 病房綜合布線：系統(tǒng)采用C-BUS總線式模式，傳感器和各種數(shù)據(jù)采用總線接入系統(tǒng)，用一根網(wǎng)線即可聯(lián)接所有的傳感器和控制面板。這樣大大的節(jié)省布線，減少安裝工時,調(diào)試和維護方便，便于擴充容量，提高系統(tǒng)的可靠性，通過軟件可任意定義輸入輸出端口。 |
| 安裝病房內(nèi)的各種控制面板和設(shè)備：安裝空調(diào)、新風、燈具、控制面板、電動窗簾、開窗器等，設(shè)備聯(lián)接并設(shè)置通訊。 |
| 安裝和設(shè)置房間的各種傳感器：包括門磁、窗磁、光照度傳感器、多普勒傳感器、熱紅外傳感器、風雨傳感器、溫度傳感器、空氣質(zhì)量傳感器等，并設(shè)置相關(guān)的參數(shù)及地址。 |
| 建立系統(tǒng)服務(wù)器和通訊網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)建系統(tǒng)服務(wù)器和通訊網(wǎng)絡(luò)，建立WIFI無線網(wǎng)，系統(tǒng)服務(wù)器通過主交換機聯(lián)接樓層交換機，樓層交換機聯(lián)接樓層所有房間的RCU，構(gòu)建局域網(wǎng)。 |
| 建立大數(shù)據(jù)云平臺：安裝系統(tǒng)軟件、病戶端軟件、調(diào)試數(shù)據(jù)庫、調(diào)試大數(shù)據(jù)云平臺系統(tǒng)。 |
| 現(xiàn)場調(diào)試人機交互控制、語音控制、遠程控制及各種模式控制，接收云平臺數(shù)據(jù)，遠程控制病房內(nèi)所有電器。 |
基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧云病房建設(shè)可系統(tǒng)復制，大面積推廣。本系統(tǒng)可推廣到各種醫(yī)院、養(yǎng)老院以及特殊家庭和機構(gòu)。系統(tǒng)大數(shù)據(jù)云平臺可逐步完善、融入更多的系統(tǒng)和設(shè)備，實現(xiàn)更大的云平臺。規(guī)范云平臺接口，可為管理部門和政府提供第一手數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新技術(shù)給醫(yī)院智慧病房建設(shè)帶來了新的發(fā)展契機，也給醫(yī)院智慧病房系統(tǒng)設(shè)計帶來了新的思路。同時，也面臨著新的挑戰(zhàn)，一是技術(shù)層面，物聯(lián)網(wǎng)是一個由多種網(wǎng)絡(luò)融合而成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)備具有數(shù)量龐大、復雜多元、缺乏有效監(jiān)控、節(jié)點資源有限、結(jié)構(gòu)動態(tài)離散等特點，使其安全問題較其他網(wǎng)絡(luò)更加復雜，這就對設(shè)備廠家、軟件開發(fā)方等提出更高要求；二是醫(yī)療體系組織能力層面，需要結(jié)合新技術(shù)應(yīng)用進行醫(yī)療場景全方位流程的優(yōu)化；三是法律層面，云存儲運營商與客戶數(shù)據(jù)安全性的法律關(guān)系仍需作為重要研究課題進一步研究。隨著云計算技術(shù)、5G（第五代移動通信技術(shù)）、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將會與之互相結(jié)合、互推助力，實現(xiàn)真正的“智慧醫(yī)療”。孫溪 （1981-），女，2008.6畢業(yè)于山東建筑大學機械電子工程專業(yè)，碩士研究生，高級工程師，研究方向建筑電氣及智能化。工作單位：山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院基建處。本文依托課題為山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳2020年科技示范工程項目《基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧云病房系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用與研究》。
