需求與挑戰
國家政策:2016年,國家發布《“健康中國2030”規劃綱要》將“為人民群眾提供全生命周期健康服務”上升到國家戰略高度。2021年,國家衛健委發布《公立醫院高質量發展促進行動(2021-2025年)》,明確指出“十四五”時期要將信息化作為醫院基本建設的優先領域,建設智慧醫療、智慧服務、智慧管理“三位一體”的智慧醫院信息系統,充分發揮信息技術在智慧醫院建設管理的重要作用。國家衛健委一直在積極推進醫療物聯網在智慧醫院中的應用,在其發布的《全國醫院信息化建設標準與規范(試行)》中明確指出,為提升醫院信息化建設水平,要在數據采集、患者安全、資產和物資管理等方面積極采用物聯網應用架構。
當前痛點:
截止2018年,全國執業醫師總人數為301.04萬人,平均“每萬人擁有執業醫師數”為21.5人,我國的醫療服務供給仍然是不足的,加之未來二十年老年人口數量會持續增加,全社會對醫療服務的需求仍將持續上升,因而對醫生的需求會更大,這就導致傳統醫院向智慧醫院演進過程中長期面臨如下問題:
- 診療護理工作繁重
我國的醫療服務資源供給緊張的情況短期難以緩解,醫院由于智慧化醫療和監護手段不足,大多依靠醫護人員人工監測及護理,導致大多數醫護人員存在加班多、夜班多的情況。醫護人員不堪重負。
- 患者就醫體驗差
醫院患者多,醫護人員一人負責多個病房,工作繁忙,經常無法及時響應患者的訴求,如及時換液、輸液結束停針等,導致患者感覺不被重視,就醫體驗差。新生兒由于抱被穿戴等比較相似,容易引發母親及家屬對可能發生新生兒錯抱等情況的焦慮。
- 資產管理效率低
醫療物資及資產的出入庫,主要依靠護士手工記錄臺賬,護士在護理病患的同時,每天還要花費大量的時間去記錄臺賬以及找尋醫療設備,很容易出錯,無法實現醫療物資及資產的精準管理。
而醫療物聯網可以有效提升病患就醫體驗、醫護工作效率、醫院精細化管理水平和醫療科研水平。
醫療物聯網
醫療物聯網總體架構
物聯終端層
物聯終端層是醫療物聯網絡的“末端傳感”。醫療物聯終端從應用場景上主要分為:智慧醫療類的Wi-Fi CPE終端,智慧管理類的后勤物聯終端,如資產標簽、輸液檢測器等,智慧服務類的穿戴式終端,如智能手環、患者腕表等。這些終端可以部署在不同的網絡環境中,有室內也有室外,有固定的也有移動的,種類多樣,協議各異,如Wi-Fi、RFID、ZigBee、藍牙等,可靈活接入物聯網絡。
邊緣網關和感知接入層
邊緣網關和感知接入層是醫療物聯網絡的“神經末梢”。邊緣網關和感知接入層是決定整個解決方案易用性的關鍵一層,為海量的物聯終端提供接入,或者與其他物聯終端、物聯網關聯動,實現接收指令或發送數據等。其中Wi-Fi 6物聯融合AP作為感知接入設備,提供高速率、高連接數、低延遲的Wi-Fi組網能力,同時支持IoT能力擴展,可額外提供RFID、ZigBee、藍牙等多種無線協議融合接入的能力,實現無線接入基站All-in-One,降低部署復雜度,通過干擾避免技術實現各個射頻之間干擾最小,通信質量最優,達到多種無線終端可靠共存,有效節約建設成本。智能邊緣數據采集網關作為邊緣網關,內置的醫療數據采集軟件實現“設備指令”到“醫療信息物模型”的轉換,屏蔽不同醫療設備數據采集接口協議的差異,從而讓醫療設備與應用之間互通更簡單高效,實現邊緣智能。
網絡回傳層
網絡回傳層是醫療物聯網絡的“神經網絡”,主要用于保障物聯數據高效、可靠、安全的傳輸。本著經濟性原則,回傳網通常是多業務融合承載的,可采用VLAN技術實現一網多業務承載,對不同的業務劃分不同的虛擬子網保障業務隔離安全可靠,同時支持全量數據在網絡中的加密傳輸,支持多種安全協議,如CAPWAP(Control And Provisioning of Wireless Access Points,無線接入點控制與供應), MACsec(MAC security,MAC安全策略)、IPsec(Internet Protocol Security,因特網協議安全)等,充分保障數據安全。網絡回傳層主要由交換機和WLAN AC組成,具備業務隨行能力,支持接入側終端認證接入控制,提供邊界安全。同時,接入交換機具備PoE供電能力,提供光電復合線纜掛接Wi-Fi 6 AP,可對AP進行長距PoE供電。
平臺層
平臺層是醫療物聯網絡的“神經中樞”。實現網絡管理、安全管理、物聯管理三大功能。平臺層對整個醫療物聯網進行全網管理、控制、分析,屏蔽南向物聯網的接入、協議、設備的差異性并提供開放的接口和標準化數據給應用,讓北向應用可方便的對接獲取設備采集的醫療數據。
應用層
應用層是整個醫療物聯網絡的“大腦”,主要由各類物聯應用如智慧ICU、資產管理、輸液監護等和醫院自有的醫療業務系統組成。應用層通過聯接使能平臺的北向接口,無需關心物聯終端的聯接方式和使用的協議類型等,只需從聯接使能平臺獲取相關設備數據或者運維所需的數據即可實現全網物聯應用與醫療應用業務,提升醫護工作效率和病患滿意度。
醫療物聯網典型應用場景
(1)嬰兒守護
利用RFID射頻技術,在嬰兒出生時佩戴對人體無害的RFID智能手環,并與母親手環進行配對,同時通過手環發射出的射頻信號,實時掌握嬰兒的位置信息。當母嬰手環信息不匹配、嬰兒標簽脫落、剪斷時,系統會及時發出預警,提醒醫護人員和家屬及時處理。當出口監視器監控到嬰兒未被允許被抱出安全區域時,會自動觸發聲光報警并封鎖門禁,避免嬰兒錯抱情況發生,提升安全
(2)生命體征監測
生命體征監測系統通過電子體溫貼等硬件傳感器,自動采集病患等體征數據,降低醫護人員和患者直接接觸頻率,從而減少傳染情況的發生。體溫貼等體征檢測系統的物聯網傳感器獲取病患生命體征數據后,通過藍牙、RFID等協議,將信息上傳至物聯網AP,再由物聯網AP通過回傳網絡將數據傳輸至物聯網中間件平臺,物聯網中間件平臺通過內網將數據發送至護士臺的護理看板進行數據呈現。
(3)資產管理
醫院資產按照價值可以分為易耗資產(低值易耗品,如口罩、藥水等)、普通資產(常用的醫療設備,如呼吸機等)和貴重資產(大型醫療設備,如核磁共振設備等)。醫院可按照資產分類采用不同的辦法進行管理。
易耗資產通過粘貼無源的RFID標簽,采用掃碼槍做日常盤點,掃碼槍通過掃描資產標簽并通過醫療物聯網將資產出入庫等信息快速錄入到資產管理系統。
普通資產通過粘貼有源的RFID標簽實時上報位置信息到資產管理系統,醫護人員在尋找資產的時候,可以通過資產管理系統方便地查詢到該資產的位置。同時通過電子圍欄對資產進行監控,防止資產在未被允許的情況下移動到非法區域。
貴重資產通過RFID或藍牙電磁標簽可監控設備的開關機時間、使用時長、電源、電流等信息,以便綜合評估設備的使用率。
(4)智慧ICU
通過Wi-Fi 6 CPE將ICU病房中的常用設備,如監護儀、呼吸機、麻醉機、輸注泵、血氣分析儀等各類生命體征監測與支持類醫療設備進行無線化改造,每臺醫療設備配置1個Wi-Fi 6 CPE。Wi-Fi 6 CPE通過認證后接入網絡,將采集的患者生命體征數據等醫療數據回傳到邊緣醫療數采網關,邊緣醫療數采網關按需部署多個款型設備的數采APP,同時對接多個醫療設備,其具體工作流程為:
在有線接口的醫療設備上增加Wi-Fi 6 CPE,通過Wi-Fi 6 CPE實現醫療設備無線化并接入醫療物聯網。
Wi-Fi 6 CPE上電并認證通過后,開啟雙發選收功能,Wi-Fi 6 CPE將采集的數據發送到WLAN AC進行去重,然后將采集的數據轉發到醫療數采網關。
醫療數采網關接收到數據后,將醫療數據轉化為標準的數據格式,上送到醫療數據采集平臺。
ICU體征監控、電子病歷等上層智慧應用通過醫療數據采集平臺獲取相應的醫療數據,實現電子病歷自動錄入、病患體征實時監控。
- 研究型病房
在研究型病房部署醫療物聯網,通過物聯網融合AP,實現醫療設備和物聯協議(如藍牙、RFID、ZigBee等)各異的可穿戴設備統一無線接入;通過邊緣計算技術,快速適配各種新增醫療設備的數據采集協議,為上層大數據處理平臺和AI科研創新平臺提供準確、詳盡的醫療數據,支撐新藥、新設備的科研創新。
通過部署物聯融合Wi-Fi 6網絡,一個AP解決Wi-Fi、藍牙、RFID等協議的接入,滿足各種新型醫療設備、可穿戴設備的接入和數據回傳訴求。
通過Wi-Fi 6 CPE對有線醫療設備無線化改造,實現醫療設備“剪辮子”,既解決了信息點位規劃部署難題,也讓醫療設備移動使用無需插拔網線和參數配置,讓設備移動共享使用更便捷。
通過邊緣數據采集網關容器化部署醫療數采APP。醫療數采APP通過私有協議對接新型醫療器械實現數據采集,對數據標準化處理后上傳醫院大數據處理平臺。新增醫療設備只需在邊緣數據采集網關中部署相應的數采APP,可大大簡化醫療設備數據采集和標準化轉換難度。
在安全上,通過終端證書認證,保障終端接入安全。通過在Wi-Fi 6 CPE和AP無線通道之間的加密機制,確保數據傳輸安全。
方案亮點:
高品質體驗:高品質Wi-Fi6實現連續組網,網絡無處不在,無線終端隨時接入;Wi-Fi與loT融合,“0”干擾;極簡超寬的網絡架構,滿足未來30年“超寬
松耦合部署:在頂層設計上采用分層次架構,通過感知接入層的無線物聯Wi-Fi6融合AP,輕松實現Wi-Fi 網絡與物聯網絡松合部署,以及Wi-Fi 網絡到物聯網駱的平滑演進。
集約化網絡:網絡規劃集約化,一個物理網絡,基于VLAN虛擬化技術承載醫院多個隔離的業務網絡,滿足多樣化訴求,靈活部署,彈性擴縮,最終降低業務增加或調整的成本;策略控制集約化,基于用戶身份進行策略控制的業務隨行方案。用戶不管身處何地、使用哪個P地址,都可以保證該用戶在醫院網絡中獲得一致的訪問策略,做到用戶即身份的體驗隨行。
開放化架構:在頂層設計上采用分層次架構,天然具備良好的開放性,各個層次都可以獨立進行擴展。通過在感知接入層的 WiFi6物聯融合 AP,統一射頻接入,屏蔽南向物聯網的接入、協議、設備的差異性。通過聯接使能平臺層部署的物聯網中間件平臺,提供開放的接口和標準化數據給應用,讓北向應用可方便的對接獲取網絡采集的醫療設備數據。