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医疗物联网解决方案

需求与挑战

        国家政策:2016年,国家发布《“健康中国2030”规划纲要》将“为人民群众提供全生命周期健康服务”上升到国家战略高度。2021年,国家卫健委发布《公立医院高质量发展促进行动(2021-2025年)》,明确指出“十四五”时期要将信息化作为医院基本建设的优先领域,建设智慧医疗、智慧服务、智慧管理“三位一体”的智慧医院信息系统,充分发挥信息技术在智慧医院建设管理的重要作用。国家卫健委一直在积极推进医疗物联网在智慧医院中的应用,在其发布的《全国医院信息化建设标准与规范(试行)》中明确指出,为提升医院信息化建设水平,要在数据采集、患者安全、资产和物资管理等方面积极采用物联网应用架构。

        当前痛点:

        截止2018年,全国执业医师总人数为301.04万人,平均“每万人拥有执业医师数”为21.5人,我国的医疗服务供给仍然是不足的,加之未来二十年老年人口数量会持续增加,全社会对医疗服务的需求仍将持续上升,因而对医生的需求会更大,这就导致传统医院向智慧医院演进过程中长期面临如下问题:

  • 诊疗护理工作繁重

        我国的医疗服务资源供给紧张的情况短期难以缓解,医院由于智慧化医疗和监护手段不足,大多依靠医护人员人工监测及护理,导致大多数医护人员存在加班多、夜班多的情况。医护人员不堪重负。

  • 患者就医体验差

        医院患者多,医护人员一人负责多个病房,工作繁忙,经常无法及时响应患者的诉求,如及时换液、输液结束停针等,导致患者感觉不被重视,就医体验差。新生儿由于抱被穿戴等比较相似,容易引发母亲及家属对可能发生新生儿错抱等情况的焦虑。

  • 资产管理效率低

        医疗物资及资产的出入库,主要依靠护士手工记录台账,护士在护理病患的同时,每天还要花费大量的时间去记录台账以及找寻医疗设备,很容易出错,无法实现医疗物资及资产的精准管理。

        而医疗物联网可以有效提升病患就医体验、医护工作效率、医院精细化管理水平和医疗科研水平。

医疗物联网

医疗物联网总体架构

总体架构

物联终端层

        物联终端层是医疗物联网络的“末端传感”。医疗物联终端从应用场景上主要分为:智慧医疗类的Wi-Fi CPE终端,智慧管理类的后勤物联终端,如资产标签、输液检测器等,智慧服务类的穿戴式终端,如智能手环、患者腕表等。这些终端可以部署在不同的网络环境中,有室内也有室外,有固定的也有移动的,种类多样,协议各异,如Wi-Fi、RFID、ZigBee、蓝牙等,可灵活接入物联网络。

边缘网关和感知接入层

        边缘网关和感知接入层是医疗物联网络的“神经末梢”。边缘网关和感知接入层是决定整个解决方案易用性的关键一层,为海量的物联终端提供接入,或者与其他物联终端、物联网关联动,实现接收指令或发送数据等。其中Wi-Fi 6物联融合AP作为感知接入设备,提供高速率、高连接数、低延迟的Wi-Fi组网能力,同时支持IoT能力扩展,可额外提供RFID、ZigBee、蓝牙等多种无线协议融合接入的能力,实现无线接入基站All-in-One,降低部署复杂度,通过干扰避免技术实现各个射频之间干扰最小,通信质量最优,达到多种无线终端可靠共存,有效节约建设成本。智能边缘数据采集网关作为边缘网关,内置的医疗数据采集软件实现“设备指令”到“医疗信息物模型”的转换,屏蔽不同医疗设备数据采集接口协议的差异,从而让医疗设备与应用之间互通更简单高效,实现边缘智能。

网络回传层

        网络回传层是医疗物联网络的“神经网络”,主要用于保障物联数据高效、可靠、安全的传输。本着经济性原则,回传网通常是多业务融合承载的,可采用VLAN技术实现一网多业务承载,对不同的业务划分不同的虚拟子网保障业务隔离安全可靠,同时支持全量数据在网络中的加密传输,支持多种安全协议,如CAPWAP(Control And Provisioning of Wireless Access Points,无线接入点控制与供应), MACsec(MAC security,MAC安全策略)、IPsec(Internet Protocol Security,因特网协议安全)等,充分保障数据安全。网络回传层主要由交换机和WLAN AC组成,具备业务随行能力,支持接入侧终端认证接入控制,提供边界安全。同时,接入交换机具备PoE供电能力,提供光电复合线缆挂接Wi-Fi 6 AP,可对AP进行长距PoE供电。

平台层

        平台层是医疗物联网络的“神经中枢”。实现网络管理、安全管理、物联管理三大功能。平台层对整个医疗物联网进行全网管理、控制、分析,屏蔽南向物联网的接入、协议、设备的差异性并提供开放的接口和标准化数据给应用,让北向应用可方便的对接获取设备采集的医疗数据。

应用层

        应用层是整个医疗物联网络的“大脑”,主要由各类物联应用如智慧ICU、资产管理、输液监护等和医院自有的医疗业务系统组成。应用层通过联接使能平台的北向接口,无需关心物联终端的联接方式和使用的协议类型等,只需从联接使能平台获取相关设备数据或者运维所需的数据即可实现全网物联应用与医疗应用业务,提升医护工作效率和病患满意度。

 

医疗物联网典型应用场景

(1)婴儿守护

        利用RFID射频技术,在婴儿出生时佩戴对人体无害的RFID智能手环,并与母亲手环进行配对,同时通过手环发射出的射频信号,实时掌握婴儿的位置信息。当母婴手环信息不匹配、婴儿标签脱落、剪断时,系统会及时发出预警,提醒医护人员和家属及时处理。当出口监视器监控到婴儿未被允许被抱出安全区域时,会自动触发声光报警并封锁门禁,避免婴儿错抱情况发生,提升安全

婴儿防盗

(2)生命体征监测

        生命体征监测系统通过电子体温贴等硬件传感器,自动采集病患等体征数据,降低医护人员和患者直接接触频率,从而减少传染情况的发生。体温贴等体征检测系统的物联网传感器获取病患生命体征数据后,通过蓝牙、RFID等协议,将信息上传至物联网AP,再由物联网AP通过回传网络将数据传输至物联网中间件平台,物联网中间件平台通过内网将数据发送至护士台的护理看板进行数据呈现。

生命体征检测系统结构

(3)资产管理

        医院资产按照价值可以分为易耗资产(低值易耗品,如口罩、药水等)、普通资产(常用的医疗设备,如呼吸机等)和贵重资产(大型医疗设备,如核磁共振设备等)。医院可按照资产分类采用不同的办法进行管理。

        易耗资产通过粘贴无源的RFID标签,采用扫码枪做日常盘点,扫码枪通过扫描资产标签并通过医疗物联网将资产出入库等信息快速录入到资产管理系统。

        普通资产通过粘贴有源的RFID标签实时上报位置信息到资产管理系统,医护人员在寻找资产的时候,可以通过资产管理系统方便地查询到该资产的位置。同时通过电子围栏对资产进行监控,防止资产在未被允许的情况下移动到非法区域。

        贵重资产通过RFID或蓝牙电磁标签可监控设备的开关机时间、使用时长、电源、电流等信息,以便综合评估设备的使用率。

资产管理系统结构

(4)智慧ICU

        通过Wi-Fi 6 CPE将ICU病房中的常用设备,如监护仪、呼吸机、麻醉机、输注泵、血气分析仪等各类生命体征监测与支持类医疗设备进行无线化改造,每台医疗设备配置1个Wi-Fi 6 CPE。Wi-Fi 6 CPE通过认证后接入网络,将采集的患者生命体征数据等医疗数据回传到边缘医疗数采网关,边缘医疗数采网关按需部署多个款型设备的数采APP,同时对接多个医疗设备,其具体工作流程为:

        在有线接口的医疗设备上增加Wi-Fi 6 CPE,通过Wi-Fi 6 CPE实现医疗设备无线化并接入医疗物联网。

        Wi-Fi 6 CPE上电并认证通过后,开启双发选收功能,Wi-Fi 6 CPE将采集的数据发送到WLAN AC进行去重,然后将采集的数据转发到医疗数采网关。

        医疗数采网关接收到数据后,将医疗数据转化为标准的数据格式,上送到医疗数据采集平台。

        ICU体征监控、电子病历等上层智慧应用通过医疗数据采集平台获取相应的医疗数据,实现电子病历自动录入、病患体征实时监控。

智慧ICU架构

  1. 研究型病房

        在研究型病房部署医疗物联网,通过物联网融合AP,实现医疗设备和物联协议(如蓝牙、RFID、ZigBee等)各异的可穿戴设备统一无线接入;通过边缘计算技术,快速适配各种新增医疗设备的数据采集协议,为上层大数据处理平台和AI科研创新平台提供准确、详尽的医疗数据,支撑新药、新设备的科研创新。

        通过部署物联融合Wi-Fi 6网络,一个AP解决Wi-Fi、蓝牙、RFID等协议的接入,满足各种新型医疗设备、可穿戴设备的接入和数据回传诉求。

        通过Wi-Fi 6 CPE对有线医疗设备无线化改造,实现医疗设备“剪辫子”,既解决了信息点位规划部署难题,也让医疗设备移动使用无需插拔网线和参数配置,让设备移动共享使用更便捷。

        通过边缘数据采集网关容器化部署医疗数采APP。医疗数采APP通过私有协议对接新型医疗器械实现数据采集,对数据标准化处理后上传医院大数据处理平台。新增医疗设备只需在边缘数据采集网关中部署相应的数采APP,可大大简化医疗设备数据采集和标准化转换难度。

        在安全上,通过终端证书认证,保障终端接入安全。通过在Wi-Fi 6 CPE和AP无线通道之间的加密机制,确保数据传输安全。研究型病房架构

方案亮点:

        高品质体验:高品质Wi-Fi6实现连续组网,网络无处不在,无线终端随时接入;Wi-Fi与loT融合,“0”干扰;极简超宽的网络架构,满足未来30年“超宽

        松耦合部署:在顶层设计上采用分层次架构,通过感知接入层的无线物联Wi-Fi6融合AP,轻松实现Wi-Fi 网络与物联网络松合部署,以及Wi-Fi 网络到物联网骆的平滑演进。

        集约化网络:网络规划集约化,一个物理网络,基于VLAN虚拟化技术承载医院多个隔离的业务网络,满足多样化诉求,灵活部署,弹性扩缩,最终降低业务增加或调整的成本;策略控制集约化,基于用户身份进行策略控制的业务随行方案。用户不管身处何地、使用哪个P地址,都可以保证该用户在医院网络中获得一致的访问策略,做到用户即身份的体验随行。

        开放化架构:在顶层设计上采用分层次架构,天然具备良好的开放性,各个层次都可以独立进行扩展。通过在感知接入层的 WiFi6物联融合 AP,统一射频接入,屏蔽南向物联网的接入、协议、设备的差异性。通过联接使能平台层部署的物联网中间件平台,提供开放的接口和标准化数据给应用,让北向应用可方便的对接获取网络采集的医疗设备数据。