基于國產CPU芯片的醫院病員集成多生理參數及環境信息智能監測系統的設計與示范研究

程乃俊　周金治　周建麗　吳斌　羅盧　韓斌

摘要：目的 探討利用信息化途徑構建起患者與醫護間生理信號參數和環境信息參數監測信息初篩顯示，為醫護人員提供直觀的生理狀態預警。方法 應用大數據和人工智能，設計一套基于國產CPU芯片的醫院病員集成多生理參數及環境信息的智能監測系統，在一個集成融合的監控中心實現對醫院病員的生理信號參數和醫院環境信息參數進行實時監測分析。結果 通過該系統的建設最大限度地依托國產CPU芯片進行開發，極大的優化了安全，提高對病員的實時有效看護，醫護人員能及時根據參數的改變判斷突發狀況對病情的威脅，及時給出處置方案，在提升醫院對患者的監護效率，減少醫護人員的工作量的同時，大大降低突發狀況對患者的危害。結論 利用信息化途徑構建起患者與醫護間生理信號參數和環境信息參數監測信息初篩顯示，提升了醫院對病員的監護管理效率，確保醫療數據信息的安全可靠，并完成多參數集成的示范應用的有助于提高醫生或護士對病員生理信號參數和環境信息參數進行有效實時監管，及時發現、防護和處理意外事件發生，值得臨床應用推廣。

關鍵詞：國產CPU；芯片；多生理參數；環境信息；智能監測

中圖分類號：TP311.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1959（2017）18-0011-02

目前，醫院病員的生理信號參數監測還停留在單一的依托護理人員定時監測和重癥病員依靠心電監護儀等設備實時監測完成，針對普通病員和突發重癥患者缺少必要的生理信號參數預警，隨著醫院院內感染的重要性不斷提高，對醫院各病區環境的參數監測也依賴于院感部門的定期監測為主，沒有特別的針對性和目的性，不利于院感事件的預警和早期預防預案的執行[1]。我院通過國產CPU芯片的醫院病員集成多生理參數及環境信息智能監測系統的設計（該產品已申請國家發明專利，已進入公告期，專利申請號：CN20170155334X，專利公告號：CN106778051A），同時展開了示范研究，取得了良好的效果，現報道如下：

1 設計與示范研究理念

目前國內外關于人體生理信號參數和環境信息參數的單獨監測系統已有相關的研究，使用的技術手段各不相同[2]。國產CPU芯片應用于醫院信息化監測系統，還未見相關報道。隨著電子和信息技術的快速發展及國家對自主芯片產業的大力支持，國產CPU芯片的發展克服了國外的技術壁壘，取得了突破，已經有成熟的產品開始商用[3]。但基于國產CPU芯片的相關應用研究依然較少，通過查新并沒有查詢到基于國產CPU芯片在醫院信息化系統建設中相關應用研究文獻。醫療衛生系統的信息安全對于國家關鍵信息基礎設施安全至關重要。醫療系統是關系到國計民生的國家系統，隨著國家對信息安全的重視，“自主可控”是醫療信息基礎設施建設發展的必然趨勢[4]。缺少自主可控的“芯”，信息化設備的安全就是無本之末，使用國產CPU芯片在作為監測系統的主控制器，能從源頭上保障數據信息的安全，同時對國家的自主芯片產業的應用也是一種推動。

2 系統組成及功能設計

系統主要由監測前端、數據處理終端、數據安全傳輸三大部分組成，系統結構見圖1。監測前端由生理參數監測設備與智能網關兩部分組成。生理參數監測設備實時監測患者的生理參數和位置信息；智能網關基于國產CPU設計，既是網關也完成對環境信息的監測。生理監測設備通過短距離通信與網關進行數據傳輸，網關把數據加密打包后通過主干網絡，將數據傳輸到監控中心服務器[5]。監測終端的信息處理系統對前端的數據進行存儲、顯示并接入到專家系統進行分析決策。

2.1監測前端設計

前端由生理參數監測設備和智能網關組成，監測設備與網關之間使用短距離無線通信進行數據的傳輸。生理參數監測設備設計為便攜可穿戴設備，病員穿戴后完成對患者的身份注冊、生理參數采集、位置信息的記錄。智能網關分為兩個模塊，一部分是環境信息監測模塊，完成對當前的環境信息進行監測；另一部分是網關模塊，完成對生理采集設備數據的接收，并與環境信息數據進行組合、加密、打包，通過醫院網絡將這些數據發送到監控中心服務器。由于網絡的開放性，同時需要考慮系統的安全性設計[6]。

2.1.1生理參數與環境參數的監測 對監測的生理指標的選擇從醫療需求和技術實現兩方面考慮，既要滿足醫療上能夠明顯反應患者狀態的生理參數，同時滿足技術上可以實現的需求，生理采集所使用的傳感器擁有精度準確、低功耗、體積小、容易集成的特點。綜上所述，擬對心率、血氧飽和度、體溫、血壓的參數進行采集。

2.1.2環境信息參數的監測 主要以能直接影響生理狀態的環境指標進行采集，擬對溫度、濕度、PM2.5含量、煙霧濃度進行采集。

2.1.3短距離無線通信 無線通信用于傳輸生理數據和位置信息，數據量小，主要考慮功耗低，傳輸有效距離遠，可以定位。設計擬采用藍牙5.0技術。藍牙5.0是最新發布的藍牙標準，具有功耗極低、有效距離遠、可室內定位、針對物聯網優化等優點，廣泛應用于智能家居、智能手環等產品中，非常適合本系統的設計需要。

2.1.4智能網關設計 智能網關主要是對生理監測設備的連接、管理，同時對監測數據進行加密轉發。由于網關與公網連接，傳輸的數據是敏感的醫療信息，因此對數據安全性要求高。擬采用國產CPU芯片為主控制器，從源頭保障信息安全。

2.2監測終端設計

監測終端是整個系統的中樞，由信息處理監控系統和專家系統組成，通常設置在醫院的護士站或者監控中心。信息處理監控系統接收各個前端發出的數據，并進行解密、分析和存儲能操作，并送入專家系統，進行決策。終端系統是對在網的各個前端數據的匯集處理，其系統安全性尤其重要，必須從軟硬件兩方面都做到自主可控。擬采用國產桌面級的CPU作為終端的主控芯片；軟件系統基于國產操作系統進行終端管理系統的開發，數據庫，圖形界面的軟件設計基于開源軟件進行信息系統的開發，保證軟件的自主可控。endprint

2.3應用大數據和人工智能方法分析設計

終端信息處理系統用于分析患者的生理指標和醫院環境信息，判別患者當前的生理狀態，如果有患者生理狀態出現異常情況，及時預警和提醒，以確保及時采取措施[7]。參照相應的生理和環境的標準指標，對當前病員生理指標與醫院環境信息數據進行數學建模，經過算法進行分析決策，并做出相應的指示，應用大數據和人工智能方法對病員生理信號參數和環境信息參數，給出科學決策[8]。

3 應用效果分析

3.1醫院病員生理參數的實時采集與監測分析

采集病員的如脈率、體溫、血壓、呼吸、血氧飽和度等生理參數，與標準值進行實時或歷史比對分析，提高對病員的有效看護。當緊急情況出現時，可通過病員的一鍵呼叫功能，對特殊病員進行應急處置。

3.2醫院環境信息數據的實時采集與監測分析

采集醫院范圍內特別是重點區域的如溫度、濕度、PM2.5、空氣細菌數量等環境信息數據，與相關標準值進行比對分析，從而提高醫院對環境信息的有效掌控，為醫院其它正常活動的開展提供基礎保障。

3.3醫院環境下病員生理參數和環境信息的集成融合智能監控

在統一的監管平臺下，實現對病員生理參數和環境信息的集成采集、集成監控、集成管理，從而進一步提高監管效率。當被監測的病員生理參數或環境信息數據發生上限定或下限定超標時，可在統一的監管屏幕上動態實時顯示，并發出超標報警信號，從而提醒醫生護士或管理人員迅速采取有效應對措施。

3.4醫院數據信息的安全性保障及國產CPU芯片在醫院信息化監控系統中的應用研究

基于可信計算技術，通過采用國產CPU處理器芯片，從計算平臺的源頭對用戶認證、操作檢查、訪問控制、網絡連接等方面設置并實施可靠安全措施，從而達到對不安全因素的有效防范和控制。

參考文獻：

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[2]曾強.基于iOS平臺的醫療服務系統的設計與實現[D].浙江海洋大學，2016.

[3]趙宏偉，秦昌明.基于B/S3層體系結構的軟件設計方法研究[J].實驗室研究與探索，2011，30（7）：64-65.

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編輯/楊倩endprint