基于物聯網的放療患者安全監護系統應用研究

倪昕曄，周曉曦，季智勇

1.南京醫科大學附屬常州第二人民醫院 放射治療科，江蘇 常州 213003；2.南通大學附屬醫院 腫瘤放射治療科，江蘇 南通226001；3.上海健康醫學院附屬第六人民醫院東院 醫學裝備處，上海 201306

引言

腫瘤已經成為現今常見多發疾病，據相關資料表明，70%以上的腫瘤病人需要接受放射治療[1]，隨著多學科聯合診療模式的開展和患者對生存質量要求的不斷提高[2-3]，更加凸顯出放射治療的優越性。

本文通過應用物聯網技術，采用可穿戴式手環，對接受放射治療的患者的生命體征進行實時監測，并可以和機房內實時雙向通訊[4]。手環連接到安裝在機房迷路或者電纜溝旁的接收器，由接收器再送至操作室的監控電腦上進行患者生命體征監控。將接受放射治療的患者的風險做到充分可控，提高患者接受治療的安全感，杜絕醫療隱患的發生[5-7]。符合“十三五”規劃綱要提出的健康中國戰略，切實提高醫療安全管理水平，提高醫療服務質量，保障醫療安全。

通過擴展，本研究成果也可以適用在影像科等，甚至可應用到醫院內轉運患者或者移動中患者的生命體征監護和安全監護，從而實現移動醫療需求，實現醫療風險可控[8]。

1 材料與方法

物聯網是我國戰略性的新興產業[9]，是指通過傳感器等無處不在的終端設備全面感知信息，并通過無線或有線方式接入網絡，進行計算、處理和知識挖掘，提供安全可控和個性化的各種在線監測、實時控制、精準管理和科學決策等，具有全面感知、可靠傳送、智能處理等 3大特征[10-12]。

1.1 系統結構

系統主要由手環、接收器、服務器和監視器等構成。患者安全監護系統結構圖，見圖1。手環主要負責測量收集人體的監測數據，接收器負責接收已連接的手環的數據，服務器負責數據的分發與共享，監視器可以查看每個手環的數據情況，以便醫生能查詢指定數據并可及時處理?；颊咴谌朐航邮苤委煏r，分配給一個手環，手環的序列號是一組64位的二進制編碼，具有唯一性，避免了不同手環或患者之間的數據混淆。

圖1 系統結構示意圖

無線傳感器網絡是由部署在監測區域內大量傳感器節點相互通信形成的多跳自組網絡系統，是物聯網底層網絡的重要支撐。手環和接收器之間通過物聯網技術連接，并進行身份確認和識別[13]。

1.2 器件選擇

根據臨床需求，本研究需要能夠監測血氧飽和度和心率，一般認為血氧在95～99之間均為正常，如果低于90以下，就考慮為供氧不足，會造成機體缺氧。

根據郎伯-比爾（lamber-beer）定律，在一定波長處，物質的吸光度與濃度成正比，當恒定波長的光照射到人體組織時，經過組織吸收、反射衰減，而后測量得到的光強反映了被照射組織的結構特征。心率主要由人體心臟搏動，動脈舒張和收縮產生的，在人體指尖、組織中的動脈成分含量高，而且指尖厚度相對其他人體組織而言比較薄，透過手指后檢測到的光強相對較大，因此，傳統式光電式脈搏傳感器的測量部位通常在人體指尖。

可穿戴科技的不斷發展，已經可以采用智能手環來進行心率和血氧飽和度監測，課題組和某公司合作，選用接近醫用級某公司推出的MAX30100芯片，集成心率、血氧飽和度和G-SENSOR三合一的低功耗醫療傳感器，尺寸為5.6 mm×2.8 mm×1.2 mm，共用I2C總線，4byte FIFO，4個中斷，可以提供準確的心率、血氧濃度等參數，非常適合可穿戴設備。血液含氧量精準度能達到±1，可以準確提供本研究中所需監護的心率和血氧飽和度[14]。監測手環內部結構示意圖，見圖2?；倦娐吩韴D，見圖3。

圖2 監測手環內部結構示意圖

圖3 監測手環基本電路原理圖

1.3 系統框圖

患者安全監護系統組成框圖，見圖4。硬件部分由無線監護組件、無線接收組件、一鍵呼救組件和無線的雙向通訊系統構成。監護管理系統由患者信息管理、監護信息管理和處置信息管理構成，能形成記錄并進行比對研究，保障患者安全，同時也可以為患者的治療決策提供參考。

圖4 系統組成框圖

1.4 工作流程

患者治療時，佩戴手環進入機房，接收器監測確認患者信息，從而實現身份確認，同時在監護系統中列出（調出）患者界面。所監護的數據通過物聯網連接到裝置在機房電纜溝旁的數據接收器上，再由接收器送到操作室患者監護系統處理、記錄并顯示。醫護人員可以很直觀地觀察到該患者的血氧濃度和心率。如果該患者覺得不適時，也可通過按下一鍵呼救按鈕，呼救信息同樣由接收器接收并送到操作室進行聲光報警，也可以同時通過無線的雙向通訊系統進行交流，可以引起醫護人員的重視，提醒及時處置。

系統自動連接時，先初始化傳感器，達到定時時間后，對脈搏和血氧飽和度值進行采集，每采集滿10次后，對這些值進行濾波和均值處理，去除一些受外界干擾波動較大的數據后，以得到一個相對準確的數值，然后在智能手環上進行顯示，并自動發送給接收器。數據發送流程，見圖5。

圖5 發送流程圖

接收器接收到數據信號后，再將數據送給監護計算機進行處理。數據接收處理流程，見圖6。

圖6 數據接收處理流程圖

2 結果

患者安全監護軟件顯示界面，見圖7，左邊是患者信息部分，可以輸入或者由醫院管理系統或者放射治療系統讀出，和患者手環序列號進行匹配，從而實現患者身份確認[15]。并可以進行基礎疾病管理，提示醫護人員注意。

圖7 系統軟件界面示意圖

當患者開始治療的時候，點下開始按鍵，系統開始工作，讀取監護信息并在右邊監護信息顯示部分進行顯示。中部左邊顯示血氧飽和度，右邊顯示心率，下行顯示血氧飽和度波形。當監測到異?；蛘呋颊甙聪铝艘绘I呼救以后，右上方報警閃爍，同時發出聲光報警，提醒技術員即刻進行處理。

在實驗中，采用手環和監護儀同時對患者血氧飽和度和心率進行監測，獲得的數據進行處理，處理結果顯示，手環監測結果與監護儀監測結果差異無統計學意義，可以認為，手環監測結果符合課題要求。手環與監測儀測量值比較，見表1。

表1 手環測量值與監護儀測量值無差異

相關數據能形成記錄并進行比對研究，保障患者安全，同時也可以為患者的治療決策提供參考。在臨床實驗中，目前已經應用本系統監測患者治療，成功處理血氧和心率異常患者，如及時發現病人在治療過程中發生的休克。

3 討論

在系統實施過程中，在管理軟件中統計相關數據，并與設計系統得出的結論對比，分析系統設計的準確性，逐步建立數據流分析，比對患者自主不適后進行呼救和參數之間的對應關系，意外和處置之間的關聯關系、不良事件比例的降低以及安全因素的提升。

在確認可以認可手環監測結果后，又對手環佩戴方式進行實驗驗證，按照手環佩戴在手腕內側和外側同時進行監測，獲得的數據同樣進行處理，結果顯示，手環監測結果與佩戴方式不相關，確認手環監測結果符合課題要求，相應統計結果比較，見表2。

表2 手環測量值與佩戴方式無差異

4 結論

綜上，通過實驗，本系統可以從治療對象的唯一性（患者身份確認）、避免共用監護設備從而帶來交叉感染的安全風險隱患以及患者生命體征監護等多個方面來實現放療患者的安全監護，在放射治療患者安全監護中，具有實用價值[16]。

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