基于物聯網技術的監(jiān)護儀信息集成和統一管理系統的構建

【作　者】許　修，張紅蕾，李逸明，李　斌

1 上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院，上海市，200233

2 上海交通大學附屬新華醫(yī)院，上海市，200092

基于物聯網技術的監(jiān)護儀信息集成和統一管理系統的構建

【作者】許修1，張紅蕾1，李逸明2，李斌1

1 上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院，上海市，200233

2 上海交通大學附屬新華醫(yī)院，上海市，200092

采用無線定位和無線通信等物聯網技術，在醫(yī)院現有無線網絡的基礎上，該文構建了多品牌監(jiān)護儀的信息集成和統一管理系統。該系統可以實現監(jiān)護儀設備狀態(tài)和監(jiān)護數據的采集，以及監(jiān)護儀的定位，并通過Web服務器、視頻服務器和定位服務器將所有服務接入醫(yī)院內網，具有實時性、高效性和精細化的特征，且實施簡單、成本較低。臨床工作人員和設備管理人員可方便地在任何一臺內網計算機上獲取監(jiān)護儀的設備狀態(tài)和波形參數，系統的諸多應用為臨床診療工作提供了便利，節(jié)省了人力；為設備管理工作提高維修維護的效率、準確度和精細度。該系統的構建為呼吸機、輸液泵等其他移動式通用設備的集成管理和精細管理提供了有效的解決方案。

物聯網；監(jiān)護儀；信息集成；統一管理

0　引言

物聯網技術為醫(yī)療設備，特別是監(jiān)護儀、呼吸機和輸液泵等大批量、可移動通用設備的集成化和精細化管理提供了新的思路和解決方案[1-5]。為了給臨床診療提供方便，并實現監(jiān)護儀的集成化精細管理，應用無線通信和無線網絡定位等物聯網技術，開發(fā)了監(jiān)護儀信息集成和統一管理系統。該系統可進行監(jiān)護儀設備狀態(tài)、報警信息和波形參數的采集，以及監(jiān)護儀的實時定位和軌跡記錄。并將采集到的信息接入醫(yī)院內網，實現全院范圍的診療信息調用和設備實時管理。其諸多應用為臨床診療和設備管理提供了便利，提高了效率，節(jié)省了人力。

1　關鍵技術

該系統的技術關鍵包括多品牌監(jiān)護儀信息采集、監(jiān)護儀定位、監(jiān)護信息遠程實時訪問，以及設備狀態(tài)與生命體征集成分析。為此，針對不同品牌的監(jiān)護儀，設計監(jiān)護儀信息采集模塊，實現監(jiān)護儀輸出信息的采集；采用Wi-Fi定位[6-7]技術，實現了監(jiān)護儀的實時定位；搭建視頻服務器，實時轉播監(jiān)護儀中央站信號；將采集到的設備信息和生命體征存入數據庫，便于回顧和分析。

1.1多品牌監(jiān)護儀信息采集

監(jiān)護儀輸出的信息主要分為設備狀態(tài)、使用報警、生理報警和波形參數4類。設備狀態(tài)主要包括開關機和待機狀態(tài)，設備運行狀態(tài)，設備故障代碼。使用報警包括電極脫落、指脈氧探頭脫落等使用故障信息。報警信息主要包括心率不齊、血氧飽和度過低、心電異常等患者生理參數異常報警。波形參數包括監(jiān)護儀顯示的心電、血氧和脈搏的波形和參數。

波形參數信息通過采集中央站輸出的視頻信號，將波形和參數以視頻的形式接入視頻服務器，進行轉播和存儲。目前系統已實現波形參數在內網的實時播放，也可下載某一時段的視頻，進行分析和教學。

目前尚無標準化的監(jiān)護儀信息開放與共享的標準和協議，因此設備狀態(tài)、使用報警和生理報警三類信息的獲取是一個技術難點。只有少部分品牌和型號的監(jiān)護儀公開了通信協議，可以通過機身的RS232 或RJ45接口直接讀取設備狀態(tài)和生理報警信息。只要根據接口通信協議，設計信息讀取軟件偵聽接口的輸出信息，然后將讀取到的信息寫入數據庫。

所有品牌的監(jiān)護儀，在本機屏幕和中央站屏幕上均有一固定位置和固定大小的區(qū)域，顯示其故障和報警信息。對于未公開通信協議的品牌和型號，可采用對VGA接口輸出的視頻信息進行智能字符識別(OCR)的方式[8]來獲取故障和報警信息。對視頻信號的每一幀進行實時字符識別，需要較高的運算速度，由于報警信息在屏幕上一直顯示數秒，所以只需等間隔選擇部分幀進行識別。試驗結果表明，每秒8幀及以上的識別速率即可保證不會遺漏報警信息。

通過組合采用上述信息獲取方式，系統可采集90%以上的設備狀態(tài)，以及所有使用報警、生理報警和波形參數。

1.2監(jiān)護信息遠程實時訪問

將采集到的設備狀態(tài)、使用報警和生理報警信息存入數據庫，將波形參數以視頻的形式進行直播并存入硬盤，開發(fā)相應的客戶端，供醫(yī)生和設備管理人員實時訪問。

設備信息、使用報警和生理報警信息的訪問采用B/S架構，傳輸應用超文本傳輸協議（HTTP），在瀏覽器中訪問；波形參數視頻的訪問采用C/S架構，傳輸應用實時流協議（RTSP），在VLC、QuickTime等支持RTSP的播放器中訪問。

上述服務的數據庫服務器、網站服務器和視頻服務器均位于醫(yī)院內網，內網中的任意計算機或無線連接至內網的移動終端，只要得到授權，均可訪問上述服務。另外，考慮到后期的回顧、分析和教學等應用，視頻以H.264格式存儲到服務器以供下載使用。視頻被分割成15 min時長的小段，防止單個文件過大，下載時對網絡造成過重負擔；所有的視頻在服務器保留30 d，防止占用過多的服務器存儲空間。

1.3無線定位

常用于定位的無線技術有衛(wèi)星定位[9-11]、RFID[12-14]、藍牙[15-17]、ZigBee[1,18-19]、蜂窩移動網絡[11,20]和Wi-Fi[6-7,17]等。各種技術的優(yōu)缺點及在本系統的可用型見表1。

由表1可知，藍牙、ZigBee和Wi-Fi定位可以作為該項目無線定位的候選方案，這三種定位技術均工作在2.4 GHz頻段，均需布設基站，定位精度與基站的密度有關，均具有定位和數據傳輸功能。鑒于醫(yī)院目前已有成熟的無線網絡環(huán)境，且監(jiān)護儀的圖像信息需要很高的數據傳輸速率，同時考慮實施難度和成本控制，故選擇采用基于Wi-Fi的指紋數據庫的RSSI定位技術[21-22]。該技術可利用現有的無線網絡和監(jiān)護儀的無線功能實現，無需添置新的定位標簽和定位設備，實施容易，成本較低。

1.4系統架構

為了滿足上述技術的需求，系統架構圖如圖1所示，根據功能，整個系統可劃分為信息采集模塊、定位模塊和服務提供模塊。

圖1　系統架構圖Fig.1　System architecture

信息采集模塊負責從中央站采集監(jiān)護儀的參數、視頻等各種信息，通過交換機和AP控制器將信息傳輸到服務器。定位模塊主要由監(jiān)護儀的無線網卡、AP和AP控制器，以及位于服務器上的定位算法組成。服務提供模塊的硬件主要是服務器，功能包括信息服務、定位服務和視頻服務。服務器通過交換機和路由器接入醫(yī)院內網，在任何一臺內網計算機上，可以通過瀏覽器查看設備信息和定位信息，也可以通過VLC、QuickTime等網絡視頻播放器觀看監(jiān)護儀輸出參數和波形。

表1　各種無線定位技術的優(yōu)缺點及在本系統的可用性Tab.1　Advantages and disadvantages of wireless location technologies and the availability of the system

2　系統應用

2.1臨床應用

作為傳輸和記錄患者監(jiān)護信息的手段，臨床應用包括遠程監(jiān)護、會診、教學、自動生成生理信息記錄等應用。

遠程監(jiān)護 只要得到授權，值班醫(yī)生在任何一臺內網計算機上均可查看監(jiān)護儀的數據、波形和報警信息，能夠實時掌握患者生命體征，及時發(fā)現潛在危險，并在發(fā)生緊急狀況時迅速做出反應。

會診 在會診時，可以將患者的實時監(jiān)護信息傳輸到會診室，結合醫(yī)院信息系統（HIS）和影像存儲與傳輸系統（PACS）提供的病史和圖像，為診斷和治療提供更多的數據支持。

教學 利用系統提供的監(jiān)護儀視頻存儲和下載功能，將診療過程中典型案例的監(jiān)護信息下載下來，可以為教學提供更加直觀和豐富的素材，從而獲得更好的教學效果。

自動生成生理信息記錄 根據護理質控的要求，需要每個小時記錄一次監(jiān)護儀顯示的患者主要生命體征，之前一直由護士采用手工記錄的方式。此項工作耗費了護理人員大量的時間與精力，尤其是在搶救室、觀察室和重癥監(jiān)護室等緊急情況頻發(fā)的場所，該項工作為本就稀缺的人力資源造成更重的負擔。引入該系統后，利用OCR識別技術，將需要的生理參數自動識別并按小時打印出來，既滿足了質控的要求，又節(jié)省了人力資源，將有限的護理資源集中于護理和搶救患者工作。

2.2設備管理

系統的設備狀態(tài)采集、故障信息獲取和實時定位功能可用于監(jiān)護儀的維修維護、緊急調度、設備盤點、效益分析和可用性分析等多品牌統一管理工作。維修維護 當設備出現故障時，系統會即時提醒并給出故障代碼和故障信息，設備管理部門的工程技術人員不用親臨現場即可判斷設備品牌和故障類型，第一時間進行準確地報修。

緊急調度 定位功能可以實時確定每臺設備所處的位置以及其是否正在使用，在緊急情況下，可以實現最快速的就近借調。

設備盤點 利用定位和軌跡功能，尋找盤點不到的設備，或者對丟失的設備進行追蹤。

效益分析 利用信息系統進行詳盡和實時的信息獲取和記錄能力，以及強大的計算能力，可以有效地解決醫(yī)院內小型通用設備效益分析困難的問題。系統會詳細地記錄每臺設備的開機時間、待機時間、工作時間和關機時間，并可以按月份和年份給出統計報表，計算出每臺設備的開機率和工作量，準確地進行綜合效益分析。準確的效益分析可以為提高設備使用率提高參考，也可為后續(xù)的設備采購計劃提供依據。

可用性和維修性分析 根據設備的故障信息，可以計算出設備的故障時間造成的停機時間，以及故障時間與工作時間的比例，從而計算出設備的可用性；根據維修時間可以評估設備的維修性。對不同品牌監(jiān)護儀的可用性和維修性進行分析比較，可以從多個角度分析監(jiān)護儀的可靠性，為設備采購中的品牌和型號選擇提供更多數據參考。

3　討論

利用物聯網技術，實現醫(yī)學裝備的信息集成和統一管理，實現臨床應用和設備管理的智能化和精細化，是醫(yī)學裝備研究和探索的一個新趨勢。監(jiān)護儀、呼吸機和輸液泵等移動設備難于管理的狀況一直存在，物聯網技術的應用為解決這一難題提供了新的思路和方案[6]。經過在臨床診療和設備管理中的使用，上述監(jiān)護儀集成管理系統具有以下特色和優(yōu)點。

信息獲取實時化、遠程化和集成化 將Web服務、視頻服務和定位服務接入醫(yī)院內網，臨床工作人員可以在辦公室調取患者實時監(jiān)護數據，設備管理人員在本科室能夠實時監(jiān)測設備運行狀態(tài)，大大提高了臨床診療和設備管理的效率。同時將監(jiān)護儀數據與HIS和PACS系統進行集成，為醫(yī)生的診斷和治療提供更加詳細的信息。

設備管理精細化和集成化 實現了多品牌監(jiān)護儀的集成化統一管理，將通用小型設備的管理難題化繁為簡；同時利用計算機系統的優(yōu)勢，進行頻繁而重復的數據記錄，歸納匯總為效益分析和設備可用性與維修性的數據。在此之前，很難對監(jiān)護儀等移動設備的進行如此精細的管理和分析。

節(jié)省人力 通過計算機系統特有的連續(xù)采集、事件響應和計劃任務等特點，將重復性的工作交給信息化系統，使臨床醫(yī)生和護士以及工程人員將更多的精力集中于診斷、治療、護理和設備管理工作。

實施簡單，成本較低 無線定位功能在原有無線網絡的基礎上即可實現，只需添加少量無線控制設備和軟件。安裝有無線網卡的監(jiān)護儀即可實現無線定位功能，未安裝無線網卡的監(jiān)護儀雖然無法實現定位功能，但依然可以從中央站獲取其信息，實現其他功能，在監(jiān)護儀設備上不會增加成本。

當然，該系統也存在以下有待改善的問題：①雖然可以采集到主要的設備信息，但由于不同廠商開放的信息不統一，少數設備的部分故障代碼無法準確識別；② 監(jiān)護儀的報警信息實時推送至手機、平板電腦等移動終端，在技術上已經可行，但尚未實現，這是該項目需要進一步解決的問題。

4　展望

在成功獲取監(jiān)護儀信息的基礎上，還可以繼續(xù)開發(fā)相關的應用程序繼續(xù)推廣其使用范圍和涵蓋內容，進一步提高醫(yī)療信息系統的實時信息采集和傳送能力，以最大化實現該系統的價值。

同時，物聯網技術在監(jiān)護儀信息采集和集成管理的成功應用，也為醫(yī)院內其他可移動的小型通用設備的高效管理、精細管理和集成管理提供了新的解決方案，根據不同設備的管理需求進行合理設計，可將該系統擴展至呼吸機、麻醉機和輸液泵等設備的統一管理。

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The Development of Information Centralization and Management Integration System for Monitors Based on Wireless Sensor Network

【 Writers 】XU Xiu1, ZHANG Honglei1, LI Yiming2, LI Bin1
1 Shanghai 6th People’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University, Shanghai, 200233
2 Xinhua Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University, Shanghai, 200092

Developed the information centralization and management integration system for monitors of different brands and models with wireless sensor network technologies such as wireless location and wireless communication, based on the existing wireless network. With adaptive implementation and low cost, the system which possesses the advantages of real-time, efficiency and elaboration is able to collect status and data of the monitors, locate the monitors, and provide services with web server, video server and locating server via local network. Using an intranet computer, the clinical and device management staffs can access the status and parameters of monitors. Applications of this system provide convenience and save human resource for clinical departments, as well as promote the efficiency, accuracy and elaboration for the device management. The successful achievement of this system provides solution for integrated and elaborated management of the mobile devices including ventilator and infusion pump.

wireless sensor network, monitors, information centralization, management integration

TP391.44

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.04.006

1671-7104(2015)04-0257-04

2015-06-24

上海市科學技術委員會科技支撐項目(1244190301)

李斌，教授級高級工程師，E-mail: libin2001@hotmail.com