基于一网无线网络平台的医疗物联网创新应用探讨

张 稳，马锡坤，于京杰

0 引 言

临床移动应用是根据医疗环节质量管理要求，在临床信息系统的基础上发展起来的应用模式，现已逐步成为临床业务流程的重要组成部分。近年来，无线网络技术迅速发展，越来越多的医院已经建成或正在建设无线移动查房和移动护理等临床信息化应用［1－2］。随着无线网络技术和物联网技术的进一步发展，医院如何科学统一地规划建设无线网络和物联网等多种通讯网络，以及如何在无线网络平台支撑下开展医疗物联网创新应用，以提升医疗信息化水平、提高医护质量和工作效率、更好地服务患者，将变得十分重要。

1 医院无线网络需求特点分析

随着电子签名得到法律的认可和电子认证的广泛应用，纸质病历将最终被替代。而基于电子病历的移动查房、床边护理、移动输液等临床移动应用将成为临床核心业务的一部分，作为支撑临床移动应用的无线数据网络的重要性将不言而喻。无线网络的性能将直接影响到医院的日常业务水平和医疗护理质量。其稳定性、可靠性、安全性、可维护性、可扩展性必须与临床核心业务相适应。同时更重要的是，随着物联网技术的突飞猛进，医院必须考虑到医疗物联网应用对无线网络的需求［3］。

因此，医院无线网络呈现出以下特点:首先，无线网络将成为核心业务网络，对稳定性、可靠性、安全性要求高;其次，病房与手术室结构复杂，直接影响无线信号传输，且移动终端种类多，无线网络需要兼顾到各种通信能力的移动终端的使用;再者，无线应用种类众多，无线数据网、物联网、定位网、医疗遥测网等多种无线业务能否有效统一整合和避免重复建设可能造成的浪费，减少对日常业务的影响，避免各系统间的不兼容和干扰，降低整体系统的维护成本等是关键要求［4－5］。

2 多业务无线网络平台概述

在新的需求形势下，医院急需一个能够同时承载多种业务应用的无线网络平台。基于该平台可同时满足多种医疗无线应用，从WLAN 数据网络、医疗物联网、医疗遥测网络到再到医疗专用定位网络，同时支持多个无线技术标准和无线频率。因此，多业务无线网络平台应运而生。所支持的通讯协议包括WLAN(2.4 GHz、5.8 GHz)，ISO18000-6(860 ～960 MHz)，Zigbee(868 MHz、915 MHz、2400 MHz)，WMTS(1.4 GHz、600 MHz)，802.15.4c(780 MHz)等协议，见图1。医院通过铺设该平台，实现多网合一、多应用系统整合，从而避免重复投资和重复基础建设，简化无线应用系统架构，降低维护成本。

图1 多业务无线网络平台示意图Figure 1 Scheme of multi-service wireless web platform

医疗专用多业务无线网络平台同时实现医疗无线数据网、医疗物联网以及医疗遥测系统的基础建设，一网整合相关网络功能，各网的特点如下:①医疗专用数据网主要是指WLAN 数据网，提供无干扰、无切换、稳定均匀的无线信号传输，满足无线数据网对带宽的要求，一般采用支持802.11n 甚至是802.11ac的WLAN 无线网络。②医疗物联网主要指基于有源射频识别(radio frequency identification，RFID)技术的无线网络，医疗物联网多采用工作在800 ～900 MHZ 和2.4 GHz 频率下的有源RFID，包括ZigBee、ISO1800-6、802.15.4 等协议，主要包含生命体征采集、医疗冷链管理、无线输液监控等应用。③医疗专网主要是针对特殊医疗设备专门开辟的通讯频率和协议。医疗心电遥测即属于这类医疗专网应用，而在美国1.4 GHz 频率即专门为其开放。④医疗专用定位网的设定缘于医院室内定位系统对于可靠的房间级定位信息的需要。这不同于通用的定位系统强调的三维定位精度。结合房间级水平的定位信息，医院可以开展人员定位和资产定位等应用。

3 基于多业务无线平台的医疗物联网创新应用

3.1 医疗物联网无线冷链管理系统 为了对某些药品及血液制品的存储环境进行监控，传统的解决方案是人工定时采集药品、血液制品存储柜的温度、湿度，并手工做好历史数据的记录和保存。这种做法缺点在于无法连续监测存储柜的温度、湿度，且可靠性欠佳。另一种方法是在药品存储柜中放置相应的RFID 温湿度标签对环境进行监测，用手持式RFID 阅读器读取并显示标签内测量的历史温湿度数据，并通过手持式阅读器将标签内记录的数据通过有线网络上传至服务器，其缺点是需要人工使用RFID 阅读器定期读取温度数据。一旦在下一次监测周期前出现异常情况，则不能及时发现并报警，无法实现在线实时监测，存在监控盲区。

在设计中，我们将医院建设的多业务无线平台与基于物联网技术的温湿度传感器结合，构建医疗物联网无线冷链管理系统［6－7］，以解决传统冷链管理系统的弊端，见图2。通过在需要监测的药品及血液制品存储柜内安装物联网技术温湿度传感器，实时采集温湿度数据信息。这些信息与后台数据采集引擎及管理系统软件互联，在系统内定义每种标签对应存储柜的存储温湿度范围，物联网温湿度传感器周期性地采集存储柜内的温湿度数据，实时通过多业务无线平台将数据传输到后台冷链管理系统软件。管理软件一方面保存各存储柜的历史监测数据，以备查询;另一方面对数据进行实时分析，如果温湿度数据超过存储柜所允许的范围，服务器将即时触发报警信息通知相关管理人员。无线冷链管理系统能够方便、快捷、准确和连续地采集目标冷库的温度数据信息。这些信息与后台数据库及监控系统互联，使监测物品受到全程监控和跟踪，从而避免了因温湿度变化而影响药品及血液制品的品质，有效杜绝人工采集的不确定性，同时减轻了医护人员的工作强度以及工作压力，全面提高医院管理效率和药品及血液制品的安全性。

图2 医疗物联网无线冷链管理系统示意图Figure 2 Scheme of wireless cold chain system in medical internet

3.2 医疗物联网无线输液监测系统 静脉输液是护士在临床广泛应用的一项基础护理操作，输液速度是整个输液过程的重要部分。而静脉液体外渗、肿胀或针头脱出、静脉炎、静脉痉挛、末梢循环欠佳等现象的出现会影响输液速度，进而影响临床治疗效果。

为掌握确定输液速度以达到最好治疗效果，对输液速度进行因素分析，基于多业务无线网络平台系统，构建医疗物联网无线输液监控系统［8－9］，见图3。利用主动式输液状态监测模块可即时掌握输液数据，从感知层、无线传输层、应用层角度充分体现物联网的高技术水准。无线输液监控系统采用模块化设计，包括操作模块、无线发射模块及监控软件系统。操作模块具有设定滴速记忆功能，自动计量和控制输液速度，并对故障进行报警。在输液过程中可随时查看已输入总量、已耗时间与输液速度。无线输液监控系统运用红外光电传感技术及微处理器，以准确的滴速将药液输入人体，用于临床静脉输液时对低滴速的精确控制，特别适用于儿科、妇产科、心内科、神经科、泌尿科、ICU、CCU、肿瘤化疗等对滴速有严格要求的患者群体。与输液泵相比，具有体积小巧灵活、随意移动、使用方便、操作容易、控制精度高等优点，可有效减少护理差错和纠纷的发生，提高患者的满意度，提升医院的社会效益。

图3 医疗物联网无线输液监测系统示意图Figure 3 Scheme of wireless transfusion monitoring system in medical internet

4 结 语

医疗专用多业务无线网络平台支持多种频段和协议及医疗物联网扩展，在无线网络统一规划建设下一次建成、多次利用，根据信息化发展需求，逐步、灵活扩展相应协议的通讯网络和临床物联网应用。随着物联网技术更趋成熟并基于多业务无线网络平台，除医疗物联网冷链管理系统、无线输液监控等创新应用，还将有更多的无线物联网技术应用于医疗［10－11］。通过无线物联网的互联互通技术实现对象和流程的绑定，从而实现对象、行为流程的全过程标准化管理，达到提高医疗安全和医疗质量的目标［12］。

［1］ 马锡坤，干振华，吴艳君.无线查房信息系统的设计与应用［J］.中国医疗设备，2010，25(2):29-31.

［2］ 陈金雄，黄丽芬.无线网络技术在医院的全面应用［J］.医疗卫生装备，2009，30(2):52-53.

［3］ 罗 旋，卢 锦.物联网在医疗领域中的应用［J］.中国医疗设备，2012，27(5):52-54.

［4］ 马锡坤，于京杰.基于室内信号分布的医疗无线网应用［J］.中国数字医学，2011，6(7):101-102.

［5］ 汪惠霞，胡 敏，于京杰.医院无线接入的信息安全分析［J］.医学研究生学报，2011，24(8):859-861.

［6］ 马 寅，徐来荣，孙烨祥，等.运用物联网技术建设疫苗冷链监测系统探讨［J］.中国农村卫生事业管理，2014，34(1):41-43.

［7］ 李长青，王凤双，李春龙，等.物联网技术在疫苗冷链监测系统中的应用［J］.首都公共卫生，2013，7(4):189-191.

［8］ 李君霖.基于无线网络的静脉输液监控系统的设计［J］.硅谷，2013，21:26-27.

［9］ 朱晓栋，张敬军.静脉输液滴速与中心静脉压协同实时监控系统研究［J］.社区医学杂志，2014，12(10):50-51.

［10］ 马锡坤，杨国斌.无线射频识别技术在医疗垃圾管理系统中的应用［J］.中国数字医学，2010，5(4):62-63，70.

［11］ 俞 磊，陆 阳，朱晓玲，等.物联网技术在医疗领域的研究进展［J］.计算机应用研究，2012，29(1):1-7.

［12］ 戴菲菲，刘玉秀，苏 义，等.网络环境下患者健康信息获取和医疗服务利用调查研究［J］.医学研究生学报，2014，27(5):517-520.