醫(yī)用引流裝置與系統(tǒng)的研究進(jìn)展

吳春濤，侯靜樸，劉志友，程遠(yuǎn)，劉鐵楠

華北理工大學(xué)附屬醫(yī)院，唐山市，063000

0 引言

在臨床醫(yī)療領(lǐng)域中，引流的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是臨床醫(yī)療中認(rèn)為最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠^測(cè)項(xiàng)目之一。引流廣泛應(yīng)用于醫(yī)院胸外科、腦外科、甲狀腺外科、呼吸科、重癥醫(yī)學(xué)科等重點(diǎn)科室。引流液動(dòng)態(tài)變化過程中流速、流量、引流液的瞬時(shí)變化與變化趨勢(shì)，可較為清晰展示患者當(dāng)前的臨床表現(xiàn)[1]。而針對(duì)當(dāng)前此類對(duì)象的監(jiān)測(cè)，主要依賴于醫(yī)護(hù)人員長時(shí)間、斷點(diǎn)式的人工監(jiān)測(cè)與估計(jì)[2]。然而，此類的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)往往需要長時(shí)間、多頻次的觀察與監(jiān)視，同時(shí)伴有高不確定性的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的引流監(jiān)測(cè)方式往往基于人工查看的方式進(jìn)行，即由固定的醫(yī)護(hù)人員定時(shí)定頻進(jìn)行查看。但是在臨床中經(jīng)常發(fā)生短時(shí)間內(nèi)的大量失血、失液或氣胸等并發(fā)癥的情況[3]，工作人員往往難以在有限時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理，存在巨大的醫(yī)療隱患，甚至發(fā)生醫(yī)療事故。

面向此類問題，醫(yī)學(xué)界致力于將先進(jìn)的人工智能技術(shù)引入引流監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化的智慧醫(yī)療。利用引流監(jiān)測(cè)預(yù)警的方法與系統(tǒng)，發(fā)展臨床規(guī)范應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)以取代、輔助長期以來的人工監(jiān)控，最大限度地降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，做到早發(fā)現(xiàn)、早報(bào)警、早記錄、早處理。同時(shí)，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)字圖像處理技術(shù)與統(tǒng)計(jì)科學(xué)，判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)短時(shí)間內(nèi)的走向，真正實(shí)現(xiàn)人工智能輔助醫(yī)療的高性能系統(tǒng)。

由此，通過分析和總結(jié)近年來醫(yī)用引流監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用相關(guān)，對(duì)目前醫(yī)用引流技術(shù)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述與討論，分析醫(yī)療引流技術(shù)存在的應(yīng)用局限。同時(shí)，分析人工智能技術(shù)與數(shù)字圖像處理技術(shù)在引流監(jiān)測(cè)方向的應(yīng)用前景，聚焦醫(yī)用引流的技術(shù)手段，降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，提高監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度，降低醫(yī)護(hù)人員工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)臨床引流監(jiān)測(cè)的數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化。

1 傳統(tǒng)醫(yī)用引流監(jiān)測(cè)

體液引流裝置是醫(yī)療領(lǐng)域最常見的醫(yī)療器械之一。此類裝置多置于病床一側(cè)底部，通過醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行定期觀察，以人工參與的方式獲得引流的具體數(shù)據(jù)，如引流液體積、顏色、異物等，并以此進(jìn)一步計(jì)算流速、流量等醫(yī)用引流參數(shù)，從而判斷患者當(dāng)前是否急需進(jìn)一步的治療。例如，在胸外科手術(shù)后，當(dāng)胸腔閉式引流液的流速超過200 mL/h時(shí)，流量超過1 000 mL/24 h，同時(shí)引流液中伴隨固體顆粒，此類情況則代表病情出現(xiàn)急劇變化，患者急需醫(yī)護(hù)人員診斷病情變化。由此說明，胸腔引流液監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性，將極大程度影響患者的生命與治療情況。

目前在臨床診療過程中，多數(shù)仍采用傳統(tǒng)式引流裝置，即采用人工監(jiān)測(cè)的方式對(duì)引流液液體體積定時(shí)讀取，同時(shí)，依據(jù)病情，分時(shí)段、分頻率進(jìn)行斷點(diǎn)式監(jiān)測(cè)。然而，基于物理負(fù)壓作用的傳統(tǒng)引流裝置與人工監(jiān)測(cè)的方式通常存在以下難點(diǎn)：首先，護(hù)理需求難以滿足，如針對(duì)病?；颊撸?級(jí)護(hù)理要求每小時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)1次。由于患者佩戴時(shí)間有時(shí)達(dá)數(shù)天甚至數(shù)周，此類情況下極有可能引起失察、漏查，從而增大醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)隱患。其次，夜間光線不足同樣為引流液監(jiān)測(cè)帶來極大難度。在臨床中患者突發(fā)血管破裂大出血、顱壓升高、腦脊液大量滲漏、氣胸等危急狀況。但是醫(yī)護(hù)人員定時(shí)觀測(cè)往往很難觀察到此類情況，從而錯(cuò)失急救時(shí)間。在臨床治療過程中該種意外情況屢有發(fā)生，經(jīng)常有患者得不到及時(shí)救治而導(dǎo)致死亡的案例出現(xiàn)，因此爭(zhēng)取搶救時(shí)間和及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，讓患者得到更好的救治。

因引流治療作為病程恢復(fù)過程中的必要操作之一，醫(yī)護(hù)人員常對(duì)引流的監(jiān)控進(jìn)行深入探討。例如，崔艷玲等[4]討論了引流裝置在術(shù)后恢復(fù)中所起到的作用以及護(hù)理對(duì)策。伏虹[5]發(fā)明了胸腔置管引流的方式，并同時(shí)考慮了腔內(nèi)用藥的方式對(duì)惡性胸腔積液的患者進(jìn)行護(hù)理；李勝利等[6]發(fā)明了導(dǎo)管型的胸腔負(fù)壓并討論了其裝置對(duì)胸腔積液的治療效果。潘前英[7]采用靜脈管與引流袋結(jié)合的方式對(duì)胸腔積液進(jìn)行引流，同時(shí)討論了該引流裝置對(duì)肺組織復(fù)張的優(yōu)勢(shì)。

由此，為提高引流護(hù)理的高效性與患者在醫(yī)治過程中的安全性，引流裝置的發(fā)展必須向數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化轉(zhuǎn)移，當(dāng)前已取得了初步的進(jìn)展。

2 醫(yī)用引流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 醫(yī)用引流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

目前，醫(yī)療界為防止引流過程中出現(xiàn)監(jiān)控缺陷，同時(shí)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，醫(yī)用引流監(jiān)控設(shè)備的相關(guān)研究向數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。醫(yī)用引流監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合引流裝置，并輔助監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)引流液的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)匯集所有監(jiān)測(cè)設(shè)備信息建立引流中央監(jiān)控系統(tǒng)，在中央監(jiān)控中心使用一臺(tái)主機(jī)對(duì)所有攜帶有引流設(shè)備的患者數(shù)據(jù)匯集讀取，可以實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的云觀測(cè)與云處理。由此實(shí)現(xiàn)人工智能輔助醫(yī)療，避免患者在高醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)時(shí)刻突發(fā)緊急事件卻未被監(jiān)測(cè)到的情況。

引流監(jiān)控系統(tǒng)主要由兩大中心部件構(gòu)成：引流裝置與實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。其中，引流裝置主要基于傳統(tǒng)醫(yī)用引流裝置，基于負(fù)壓和重力的方式收集引流液，并主要采用液位計(jì)、光電液位計(jì)、浮子液位計(jì)、光度計(jì)等手段監(jiān)測(cè)引流氣體、液體所需的氣體氣壓計(jì)和流量計(jì)[8]，從而獲取引流數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)則采用不同的方式對(duì)引流液的變化進(jìn)行觀測(cè)，如圖像識(shí)別技術(shù)一般采用高清影像采集裝置或質(zhì)量測(cè)量裝置等監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。將監(jiān)測(cè)儀器設(shè)置于引流裝置上，通過儀器讀取引流液體體積、流量、流速以及顏色等獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能[2,9]。

例如，王漢斌等[10]發(fā)明一種以光電液位計(jì)為測(cè)量方式的可調(diào)壓傷口引流裝置；李娜等[11]發(fā)明了一種磁性浮子式液位裝置及檢測(cè)方法，采用浮子液位計(jì)對(duì)引流瓶監(jiān)測(cè)。以上方法均實(shí)現(xiàn)了采用液位儀監(jiān)測(cè)對(duì)引流液的變化實(shí)時(shí)監(jiān)控，并得到引流液的變化量。然而，此類系統(tǒng)具有如下弊端：監(jiān)測(cè)裝置均置于引流瓶?jī)?nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)量測(cè)，該量測(cè)方式可有效提高測(cè)量精度，但是，該測(cè)量方式改變了引流瓶?jī)?nèi)部所具有的無菌條件，增加了逆行感染的風(fēng)險(xiǎn)。

王婷[12]發(fā)明了一種定量引流裝置采用流量計(jì)監(jiān)測(cè)液體量，其感受器置于引流管上，目前流量計(jì)監(jiān)測(cè)流量要求被測(cè)量管道直徑在10 mm左右；許世芳等[13]發(fā)明的一種新型臨床用氣胸排氣裝置使用氣壓計(jì)對(duì)氣胸患者進(jìn)行監(jiān)測(cè)；由ADAMS等[14]使用光度計(jì)監(jiān)測(cè)引流出血等。以上發(fā)明將測(cè)量裝置安置在引流瓶外，雖然避免了逆行感染的風(fēng)險(xiǎn)，但是，此類發(fā)明并未考慮引流液為血液時(shí)離體血液變化大，發(fā)生凝固、沉淀等情況，從而可能引發(fā)較大的測(cè)量誤差；同時(shí)，此類監(jiān)測(cè)條件要求嚴(yán)格，需要按照安裝方式嚴(yán)格操作，且醫(yī)務(wù)人員不易操作，現(xiàn)有技術(shù)條件下臨床應(yīng)用困難。

此外，基于重力的引流液監(jiān)測(cè)方式同樣得到進(jìn)一步發(fā)展。例如，BENAMMAR等[9]發(fā)明使用重力秤和氣壓監(jiān)測(cè)引流，并建立監(jiān)控中心。然而，因重力秤測(cè)量引流液因引流液密度不均甚至引流中夾雜固體物時(shí)換算為液體體積誤差過大，在要求精密監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的醫(yī)療診療中，往往不能精確地反應(yīng)引流液在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的變化量。

2.2 數(shù)字化引流系統(tǒng)

數(shù)字化引流系統(tǒng)往往采用引流裝置與程控系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合的方式，對(duì)引流液進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，從而記錄患者在引流過程或術(shù)中所處情況。例如，金鑫等[15]采用了數(shù)字化胸腔引流系統(tǒng)對(duì)漏氣、引流液進(jìn)行數(shù)字化連續(xù)觀測(cè)，并在肺結(jié)節(jié)切除術(shù)中得到較好的應(yīng)用。余艷等[16]對(duì)比數(shù)字化胸腔閉式引流系統(tǒng)與傳統(tǒng)的引流裝置在肺癌切除與護(hù)理中的應(yīng)用效果，認(rèn)為數(shù)字化的系統(tǒng)可有效減少引流管中的阻塞、扭曲等現(xiàn)象，從而提高了手術(shù)治療的安全程度。劉鐵楠[17]發(fā)明了用于監(jiān)控患者的引流數(shù)據(jù)系統(tǒng)，提出了以液位計(jì)為監(jiān)測(cè)手段并由此建立監(jiān)控中心系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)連續(xù)性監(jiān)測(cè)流量、流速，符合醫(yī)療引流的監(jiān)控系統(tǒng)建立需要。

數(shù)字化引流系統(tǒng)可以在高精度和連續(xù)監(jiān)測(cè)角度實(shí)現(xiàn)單一類型的引流液監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)引流液的流速和流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。但是，醫(yī)用引流監(jiān)控系統(tǒng)依舊存在實(shí)際應(yīng)用難點(diǎn)與困境。首先，在使用過程中，數(shù)字化監(jiān)控實(shí)現(xiàn)了對(duì)引流液體積的實(shí)時(shí)監(jiān)控和基本的觸發(fā)報(bào)警功能，然而，數(shù)字化監(jiān)控不能對(duì)引流液的本質(zhì)進(jìn)行判斷，進(jìn)行輔助測(cè)量。例如，一般的數(shù)字化監(jiān)控不能完全判斷所排液體是否屬于高危緊急情況，如大量排出的引流液就是血液等。此類情況依舊需要醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行人工排查，從而進(jìn)一步判斷引流液的性質(zhì)。此外，此類數(shù)字化引流系統(tǒng)帶有較強(qiáng)的閾值設(shè)定情況，即針對(duì)某一特定的數(shù)值，設(shè)立需要報(bào)警的數(shù)值。然而在實(shí)際臨床醫(yī)療過程中，存在復(fù)雜、多樣的情況，無法僅依據(jù)預(yù)先的參數(shù)設(shè)定去判斷患者病情變化。由此，設(shè)有實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)性的數(shù)字引流反而提高了醫(yī)療的風(fēng)險(xiǎn)。為改變此種情況，基于人工智能的高性能引流系統(tǒng)將會(huì)成為日后發(fā)展的重點(diǎn)。

2.3 人工智能輔助醫(yī)用引流系統(tǒng)

隨著人工智能與云處理技術(shù)的日益發(fā)展，深度學(xué)習(xí)等具有語義信息的數(shù)字圖像處理為智慧醫(yī)療提供了無限可能。作為日后醫(yī)用引流系統(tǒng)的發(fā)展方向，結(jié)合人工智能的數(shù)據(jù)處理手段，醫(yī)用引流系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)針對(duì)緊急情況、特殊情況的預(yù)警與報(bào)警。同時(shí)，實(shí)時(shí)分析引流液排出情況，做到實(shí)時(shí)、針對(duì)、高安全性的醫(yī)用監(jiān)控。

作為人工智能與醫(yī)療器械領(lǐng)域的深度結(jié)合，已有學(xué)者嘗試采用醫(yī)療數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，并結(jié)合深度學(xué)習(xí)等方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多特征維度、高實(shí)時(shí)性處理。例如，西達(dá)斯·塞提斯等[18]發(fā)明的采用圖像識(shí)別技術(shù)監(jiān)測(cè)引流液顏色變化判斷出血量，并且依據(jù)紅度值計(jì)算失血量。此類方式基于低層次圖像特征并進(jìn)行圖像內(nèi)容識(shí)別，可較為直觀地對(duì)當(dāng)前引流液狀態(tài)進(jìn)行判斷，具有較高的監(jiān)測(cè)精度。

劉鐵楠等[19]發(fā)明了一種結(jié)合人工智能與數(shù)字圖像處理的引流監(jiān)控系統(tǒng)，采用了圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)引流設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)引流監(jiān)測(cè)技術(shù)的人工智能化。其將監(jiān)控?cái)z像頭置于引流瓶外獲取引流數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)引流液的流速、流量、引流液的顏色以及異物全部實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由此真正實(shí)現(xiàn)了緊急情況下的高失效性排查，從而提高了有效監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性與可靠性。同時(shí)，利用人工智能判斷當(dāng)前引流速率，實(shí)時(shí)調(diào)整預(yù)警的閾值，做到基于臨床現(xiàn)實(shí)情況改變預(yù)警數(shù)值，從而對(duì)各突發(fā)情況提供預(yù)判，進(jìn)一步提升預(yù)警的準(zhǔn)確性。此外，所搭建的中央監(jiān)控系統(tǒng)，建立了多源數(shù)據(jù)的同時(shí)監(jiān)測(cè)，真正實(shí)現(xiàn)了人工智能輔助醫(yī)療與云處理的有效結(jié)合，為醫(yī)用引流監(jiān)控提供了新技術(shù)方法和新研究方向。極大地降低人為監(jiān)測(cè)漏洞所致的高危醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)。

3 總結(jié)和展望

醫(yī)用引流是臨床醫(yī)療中最為常用的監(jiān)測(cè)和治療手段之一，而引流監(jiān)控長期處于日益凸顯的高人工消耗、高風(fēng)險(xiǎn)、低效益矛盾狀態(tài)中，因此醫(yī)用引流裝置與系統(tǒng)的改進(jìn)與研制逐漸受到了業(yè)界與醫(yī)療界廣泛的關(guān)注，也隨著制造業(yè)的發(fā)展不斷實(shí)現(xiàn)智能化與數(shù)字化。筆者針對(duì)醫(yī)用引流裝置與近年來出現(xiàn)的醫(yī)用引流系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)整理，并對(duì)各類型裝置與系統(tǒng)的優(yōu)劣進(jìn)行了綜合性的技術(shù)評(píng)估。同時(shí)，面向智慧醫(yī)療這一先進(jìn)的理念，回顧了當(dāng)前符合智慧醫(yī)療具有人工智能輔助的引流監(jiān)控系統(tǒng)。尤其是在高傳染病傳播的醫(yī)療高壓狀態(tài)下，具有人工智能化醫(yī)療器械的引流監(jiān)控系統(tǒng)的推廣有助于提升相關(guān)醫(yī)療的質(zhì)量和水平，最大限度減少醫(yī)療漏洞，提高醫(yī)院數(shù)字化水平以及監(jiān)測(cè)管理能力，促進(jìn)智能化醫(yī)療手段的進(jìn)一步普及。