基于物联网信息平台的智慧病区应用实践

张丽萍，蔡亮

江南大学附属医院 信息处，江苏 无锡 214122

引言

近年来随着物联网、云计算和大数据技术的迅猛发展，以及人工智能等先进技术在医疗行业的逐步渗透，围绕实现智慧医疗、智慧服务、智慧管理目标的智慧医院建设正逐步展开。智慧病区作为智慧医疗、智慧服务目标实现的重要分支，目前已成为智慧医院建设的重点[1]。

以Wi-Fi、蓝牙、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）、近场通信、紫蜂协议（Zigbee）等技术为支撑的物联网技术以其低功耗、经济适用、易于实现等特性在智慧病区建设中发挥着重要的作用[2]，目前国内许多医院正通过物联网技术开展智慧病区试点。纵观智慧病区的试点建设，存在每个系统独立运行、系统之间不联动、数据资源不共享的问题[3]。在此背景下，江南大学附属医院利用4G/5G 移动通信技术与物联网技术相结合，搭建医疗信息平台，将分散的智能采集、交互与智能输液、移动查房、智能陪护等系统对接到物联网信息平台上，实现各业务系统的整合与数据交互。

1 智慧病区方案设计

1.1 设计思路

以物联网信息平台为基础的智慧病区建设，旨在利用物联网和4G/5G 移动通信技术搭建医疗信息平台，通过医疗物联网的智能采集和通信功能对病区医疗信息系统加以整合，将病区分散独立的移动护理、护理管理、医生查房、大屏显示、呼叫对讲、输液监控、体征采集、人员定位、陪护管理等系统通过智能医护通信系统集成对接到智慧病区物联网平台上，并与医院信息系统（Hospital Information System，HIS）、电子病历（Electronic Medical Record，EMR）、实验室信息管理系统及影像归档和通信系统等系统相结合，实现多系统之间的数据融合与系统联动，为临床患者和医护人员提供一体化的智慧病区整体解决方案[4]。

1.2 技术架构

智慧病区整体解决方案按照标准规范和安全体系可以分为7 层，包括智能硬件层、网络传输层、信息交换层、信息资源层、支撑应用层、应用系统层及数据分析层。智慧病区技术架构如图1 所示。

1.2.1 智能硬件层

智能硬件层指病房所使用的物联网硬件设备、器件等（如定位手环、可穿戴设备、输液监控器、体温贴、RFID 标签等），是各个物联网应用系统智能识别、自动采集的终端设备。

1.2.2 网络传输层

网络传输层是智能硬件层与信息交换层的数据链路[5]，通过蓝牙、RFID、Wi-Fi、Zigbee、4G/5G 等通信协议，将各类物联网终端设备连接到智能通信中枢网络，实现“多网合一、一网多用”的功能。

1.2.3 信息交换层

信息交换层为业务系统提供标准的信息交换服务，基于标准统一的接口实现对物联网设备的数据对接与整合[6]，提高数据采集的持续性、稳定性。

1.2.4 信息资源层

信息资源层整合各类数据的存储、处理和管理功能，主要包括信息目录库、基础信息库、业务信息库、交换信息库、对外服务信息库、智能化管理信息库等。

1.2.5 支撑应用层

为整个智慧病区提供统一的基础数据管理，如统一账户管理、统一权限管理、统一组织架构管理、统一业务流程管理、统一设备接入管理等。

1.2.6 应用系统层

应用系统层包括各个物联网应用，如输液监控、体温采集、通信交互、移动护理、婴儿防盗等。

1.2.7 数据分析层

基于信息资源库，进行数据统计分析，为管理和临床提供统一的数据分析与报表展示，为管理决策和临床决策提供支持。

1.3 主要功能应用设计

我院智慧病区建设涵盖物联网平台、智能医护交互、智慧病区大屏、智能体征采集与监测、移动护理、输液监控、移动查房、智能陪护等8 个应用子系统。

1.3.1 智慧病区物联网平台

智慧病区物联网平台是病区物联网应用的基础支撑平台，其将各种垂直的病区物联网应用系统整合成一个扁平的应用网络体系，同时将物联网数据和业务层次进行不同程度的融合，从而实现智慧病区互联互通和智能处理，形成以病区为单位的物联网数据中心[7]。

智慧病区物联网平台主要由病区一览、临床应用、消息中心、配置中心、运维中心、系统设置等组成，见图2。平台基于微服务架构设计，采用前后端分离的设计方式，通过Nginx 处理前后端的数据转发，从而平衡服务器负载[8]，在保证业务相对独立的基础上达到增强系统业务处理能力的效果，同时保证设备及系统易于维护和扩展。智慧病区物联网平台提供统一的物联网设备接入管理平台、统一的应用基础运行平台、统一的身份安全认证、统一的门户支撑，并提供多种业务基础构件。

图2 物联网平台应用框架

1.3.2 智能医护交互系统

智能医护交互系统也称智能医护通信系统，是以IP网络通信为基础、4G/5G 无线移动通信和物联网技术为扩展，将呼叫对讲、信息服务、临床提醒等服务融为一体，通过智慧病区数据清洗系统实现临床应用系统互联、信息一体化[9]。交互系统会自动同步更新患者的信息资料和医嘱信息等内容，实现护士站主机与病房分机、电子床头卡、病房门口屏以及液晶显示器走廊屏信息联动，并提供清晰可靠的可视对讲，保证患者与医护人员间的及时沟通，提升服务质量和工作效率。

1.3.3 智慧病区大屏系统

智能护理大屏系统包括护理看板、患者卡片、医护值班信息、实时任务提醒、通知管理、视频管理、医护交互、护理信息、信息监控等，支持集成输液监控信息、体征监控信息等其他系统，做到一屏多系统全面展示。智能护理大屏具备以下特点：集中显示病区关注点，全自动抓取实时信息[10]，支持多屏合一展示。

1.3.4 智能体征采集与监测系统

智能体征采集系统将各种护理设备按照协议接入智能医护交互系统，实现快速准确的体征数据采集与监测数据实时上传（图3）。智能体征采集系统包含多种标准接口对接方式，包括I/O、RJ45、USB 及蓝牙接口等，支持多种数据自动采集模式，同时支持早期风险预警提醒。智能体征采集终端设备包含电子腕带、蓝牙体温计、蓝牙血压计、血氧仪、监护仪、手持移动设备（Personal Digital Assistant，PDA）等设备。

图3 智能采集监测示意图

1.3.5 智能输液监控系统

智能输液监控系统通过自动接收、采集、分析点滴数据，实现输液的集中量化监控，是护理工作信息化、规范化、人性化的最新体现[11]。智能输液监控系统与智慧病区物联网平台结合，能够实时地将输液监测预警提醒推送至病区走廊屏、PDA 端等第三方临床应用系统，便于护士及时掌握患者的输液状态，从而实现对患者输液过程的全程实时监护与管理。

1.3.6 智能陪护系统

陪护系统和门禁智能协同管控，可有效管控患者以及陪护人员，实现高效病区管理。根据规则自动生成每天体温汇总单，护理部实时掌握全院陪护人员相关体征情况和运动轨迹，体温异常实时监控警示。

1.3.7 移动查房系统

移动查房系统以平板电脑或移动查房车为硬件平台，以4G/5G 无线局域网为网络平台[12]，充分利用HIS、EMR 的数据资源，实现床边医嘱下达、床边报告查询、床边病程记录、床边查房记录等功能，实现系统向病房的扩展和延伸。

1.3.8 移动护理系统

移动护理工作站以PDA、查房车为载体，将护士工作站延伸至患者身边，护士在床边即可完成医嘱核对及执行、药品核对、护理文书录入、标本采集和交接班记录等工作，实现医嘱闭环、护理病历整理、体征采集、计费以及宣教等功能。使护士有更多的时间专注于患者的护理工作，实现以患者为中心的护理理念[13]，提高护理质量与患者满意度。

如图4 所示为集智能医护交互、智慧病区大屏、输液监控、移动查房与移动护理为一体的智慧病区应用系统示意图。

图4 智慧病区应用系统示意图

1.4 设计特点

（1）一网多用，多网合一：通过统一部署智能通信中枢网络实现蓝牙、RFID、Wi-Fi 等各类物联网终端连接，避免各个物联网系统多次施工布线与重复对接，降低各业务系统的开发难度。支持的通信协议包括蓝牙、RFID、Wi-Fi、Zigbee、4G/5G 等常见协议。

（2）通过物联网信息平台，实现业务应用的统一：统一设备数据采集、统一基础数据管理、统一身份认证、统一门户登录以及统一数据报表，通过统一系统接口和设备数据对接接口，确定数据标准规范，确保数据交换的安全性、稳定性。同时提供统一的基础数据管理，如统一账户管理、权限管理、统一组织架构管理和业务流程管理等[14]。

2 智慧病区应用实践

2.1 一般资料

选取我院东十四病区烧伤二科2021 年1—6 月启用智慧病区前的150 例出院患者为对照组，其中男性98 例、女性52 例，＜18 岁33 例、18～60 岁81 例、＞60 岁36 例；2021 年7—12 月启用智慧病区后的142 例出院患者为研究组，其中男性91 例、女性51 例，＜18 岁25 例，18～60 岁96 例，＞60 岁21 例。

2.2 评价指标

通过比较研究组与对照组在医疗质量、服务效率、医患满意度方面的差异，探讨智慧病区的应用价值。

2.2.1 医疗质量

医疗质量包括每月不良事件发生率、医嘱执行差错发生率、术前安全核查执行率3 个指标。不良事件发生率=发生不良事件的病例数/总出院病例数×100%[15]，医嘱执行差错发生率=发生医嘱执行错误的床位数/出院患者总床位数×100%，术前安全核查执行率=执行手术前安全核查的病例数/总手术病例数×100%。

2.2.2 服务效率

服务效率包括平均住院日、平均体征采集时间、平均按铃响应时间3 个指标。平均住院日=出院患者占用总床日数/同期出院人数，平均体征采集时间=测量和记录1 轮生命体征所需的时间/该轮生命体征评估次数[16]，平均按铃响应时间=统计时间内护士累计响应按铃的总时间/按铃次数。

2.2.3 医患满意度

医患满意度包括患者满意度和医护满意度两个指标。满意度调查采用医院自制的满意度调研表，分别面向在（出）院患者和医护人员进行满意度调研。面向患者的调研表包括就诊环境、就医体验、医疗质量、服务态度、服务效率等15 项内容，满分100 分。面向医护人员满意度的调研表包括工作环境是否改善、工作效率是否提高、工作量是否减少、工作压力是否减轻等共10 项内容，满分100 分。分数越高表明满意度越高。

2.3 统计学分析

采用SPSS 19.0 软件进行统计学分析，计量资料符合正态分布，以±s表示，组间比较采用独立样本t检验，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

3 智慧病区应用成效

3.1 提供智能服务，保障医疗质量

如表1 所示，研究组的不良事件发生率较对照组降低了50.59%，医嘱执行差错发生率降低了64.33%，术前安全核查执行率上升了3.86%，且差异均有统计学意义（P＜0.001）。智慧病区启用后，病区信息水平智能化和医疗质量管理水平精细化均得到提升。

表1 东十四病区烧伤二科医疗质量比较（±s，%）

表1 东十四病区烧伤二科医疗质量比较（±s，%）

术前安全核查执行率对照组（n=150）0.85±0.054.43±0.3195.48±0.41研究组（n=142）0.42±0.061.58±0.2299.17±0.31 t值13.81418.126-17.683 P值＜0.001＜0.001＜0.001组别不良事件发生率医嘱执行差错发生率

3.2 优化资源配置，提高工作效率

如表2 所示，研究组的平均住院日、平均体征采集时间以及平均按铃响应时间均较对照组显著缩短，且差异有统计学意义（P＜0.001）。按照烧伤二科30 张床位计算，每天可节约体征采集时间约64 min、节约按铃响应时间约80 min。

表2 东十四病区烧伤二科服务效率比较（±s）

表2 东十四病区烧伤二科服务效率比较（±s）

平均按铃响应时间/min对照组（n=150）21.2±0.655.08±0.522.68±0.68研究组（n=142）16.4±0.402.95±0.420 t值15.3847.7649.632 P值＜0.001＜0.001＜0.001组别平均住院日/d平均体征采集时间/min

3.3 医患满意度提高，提升医院形象效益

如表3 所示，研究组的患者满意度和医护满意度较对照组分别提升了5.12%和5.32%，且差异有统计学意义（P＜0.001）。

表3 东十四病区烧伤二科医患满意度比较（±s，分）

表3 东十四病区烧伤二科医患满意度比较（±s，分）

组别患者满意度医护满意度对照组（n=150）89.23±0.8991.27±1.19研究组（n=142）93.80±1.3496.13±0.51 t值-6.966-9.193 P值＜0.001＜0.001

4 讨论

智慧医疗是未来医疗行业发展的趋势，以智慧病区为切入点和示范工程，智慧病区、智慧医疗还需进一步优化扩展[17-18]。早期以物联网技术为基础的智慧病区建设，由于没有信息平台作为支撑，存在各系统独立运行、数据分散不集中、系统联动性和数据完整性无法保证的情况[19]；同时工作人员大量时间被数据录入与文书处理占用，医疗服务效率和质量难以保证。以物联网信息平台为支撑的智慧病区建设，实现了业务系统与应用数据的统一，统一设备接口、统一数据标准，数据实时性、完整性得到保障。系统将医护人员还给患者，可以使其将更多的时间与精力投入患者的治疗与医疗服务中，服务效率与医疗质量得到提升。从我院东十四病区烧伤二科应用智慧病区的实践效果来看，以物联网信息平台为基础的智慧病区应用，在患者就医体验、病区工作流程优化上得到明显改善，医疗工作效率、医疗服务质量得到提升，进而提高了病房综合服务水平，提升了医院形象与区域竞争力。

目前我院智慧病区实践还处在示范病区阶段，下一步还需横向向其他病区扩展覆盖，纵向将智慧医疗进一步向门诊、医技、后勤拓展。相信随着5G 网络的逐步覆盖以及人工智能的进一步发展，将实现以患者为中心的医疗大数据的人工智能体系[20]，进行有望实现智慧医疗、智慧服务、智慧管理“三位一体”的全院级的智慧医院目标[21]。