基于床旁智能交互的未来病房医疗服务系统的设计与实现

曹霆

摘 要：为了提升医疗服务品质，树立以“患者为中心”的医疗信息服务理念，改善患者对医院环境和医护工作的满意度，构建未来智慧病房医疗服务系统逐渐成为必不可少的环节。其核心就是建立床旁智能交互信息系统并将其应用范围推广到全院病房，该系统的主要功能涵盖患者信息交互、呼叫应答、患者医疗信息床旁呈现与查询、全病程管理、健康宣教、院内导航、床旁护理、床旁支付。

关键词：床旁系统；智慧病房；全病程管理；视频交互

中图分类号：TP31 文献标志码：A

0 引言

2016年8月，由国家高技术研究发展计划（863计划）及国家卫生与计划生育委员会规划信息司专项课题《国家智慧医疗专项研究项目》支持下的研究成果《国家智慧医疗评价指标体系的构建》在《中国医院》刊登，该研究成果对智慧医疗的应用及影响因素进行分析，并构建国家智慧医疗评价指标体系。该文主要介绍了在该评价指标体系的指导下，我院病房以已经完成上线的PDA应用为主要手段的移动护理系统为基础，构建以床旁智能交互为核心的未来病房医疗服务系统。该系统加强了患者与医护人员的互动交流，增强患者对自身治疗过程的参与感，从而使患者能够更好地配合各项医疗安排，构建良好的医患关系。

1 系统设计

未来病房是以床旁智能交互系统为核心平台，依托成熟的物联网技术，研发出基于智能平板的物理呼叫系统、无线物联网扫描枪、医护识别工卡、输液报警器、婴儿识别标签、生命体征采集等各类物联网应用；同时以智能交互终端为一站式信息服务平台，通过便捷的软硬件对接，拓展床旁医护、营养点餐、电子交班、床旁智能支付等软件应用系统。系统的整体架构如图1所示。

该系统将医院各种信息管理系统通过医院网络与床旁智能终端连接，实现了医生在病床边实时查询病人的基本信息、医嘱信息、生命体征等功能，可快速检索病人的护理、检查、化验等临床检查报告信息。系统合理、充分地利用HIS的数据资源，以适当的成本实现了HIS向病房的扩展和延伸，极大地推动了医院的信息化建设，为病人和医生提供了更友好和实用的服务。

2 关键技术

2.1 总体技术架构

床旁智能交互系统以部署在院内服务器上的后台软件为核心，深度对接医院各类业务系统，借助大量模块化服务引擎，辅以严格的安全与身份验证控制，解决高并发精准推送的问题，得以实现高效的推送服务。同时，以床旁智能交互终端的应用为主要内容的输出渠道，以通过PC浏览器登录的后台管理系统为主要内容，管理渠道和设备运行维护的监控窗口，为患者、家属、医生、护士、运维人员和医院管理者提供全方位的病房信息化服务。为了实现上述服务的设计目标，构建床旁智能交互系统的技术架构如图2所示。

2.2 前后端分离设计

床旁智能交互系统服务端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来平衡服务器负载，达到在保证业务相对独立的基础上，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。

2.3 安全可靠的推送服务

MQTT协议是为保证大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络下的远程传感器和控制设备正常运作而设计的协议，即使在弱网络环境下也可以有效保证数据传输的安全、可靠。床旁智能交互系统推送服务使用的是基于MQTT协议的EMQTT消息服务器。相比于传统的消息服务器，EMQTT消息传输具有延时低、跨平台、扩展性好、部署维护容易的特点。该服务器可以稳定承载大规模客户端连接，单服务器节点支持50万～100万的连接数量。

2.4 简单高效的数据持久化框架

床旁智能交互系统采用MyBatis数据持久化框架，主要着力于 POJO 与 SQL 之间的映射关系。通过映射配置文件，将SQL所需的参数以及返回的结果字段映射到指定POJO。相较于传统的数据库持久化框架，MyBatis可以进行更为细致的SQL优化，减少查询字段，更为简单高效。

2.5 成熟的安全机制

在床旁智能交互系统的网络环境部署中，通过网闸将网络隔离为公网和内网2个部分，床旁设备均部署在医院的内网环境中。

网闸遵循单一服务原则、定向交换原则、不支持协议解析原则这3个基本安全原则，从物理上实现对内外网的隔离，即内网无法直接访问外网，外网也无法直接访问内网。内外网的信息交互必须通过网闸。同时，网闸还可以通过黑白名单对交互进行限制，从而保证了院内数据的安全性。

在内网环境中，床旁设备所有的数据交互（包括第三方数据）必须经过床旁智能交互系统的服务端。服务端使用Spring Security软件安全框架，从权限和授权2个维度保证数据获取的安全可控，同时使用HTTPS协议保证传输安全可靠。

2.6 采用MVP模式进行开发

MVP是Model（数据） View（界面）- Presenter（表现层）的缩写，它是MVC架构的变种，强调Model和View的最大化解耦合单一职责原则。区别于传统的MVC结构，MVP结构简化了View层的复杂度，提高了View层对模型数据的访问效率。简化了系统的规模和资源开销的同时，提高了系统的灵活性和扩展性，使系统易于维护。MVP模式的简单示意图如图3所示。

3 实现方案

3.1 基础硬件环境

服务端的硬件组成主要包括文件服務器、视频通信服务器、测试服务器、数据库服务器。上述服务器均可通过医院内网以WebService接口方式与HIS系统实现信息交互。客户端的硬件类型主要有患者端平板、护士端电话机、门牌平板、探视平板和医院管理用台式机。硬件设备间交互关系如图4所示。

3.2 内外网部署

服务器与医院信息系统（HIS/LIS/PACS）数据通过网闸和前置机实时交互，并通过网闸和前置机查询业务流程所需的数据，服务器也可以通过前置机将信息送到医院信息系统（HIS/LIS/PACS），由HIS系统直接完成写库操作。

当外网需要有数据转发到内网时，外网接口地址以映射的方式对应内网地址，外网接口单元与隔离接口单元建立映射关系，同时保证内网的安全（隐藏），将服务器与隔离1控制单元中的数据交换区（前置机）进行连接与数据交互。

该安全通信方案在保持内外网络物理隔离的同时，能够在这2个不同安全等级的网络之间进行实时的、适度的、可控的数据交换和应用服务。基于网闸设计的目的，在隔离内外网业务连接的前提下，实现安全的数据交换。也就是协议落地，数据交换，从而保障通信安全。前置机实现了业务数据的隔离，外界只能访问前置机，无法直接访问医院信息系统（HIS/LIS/PACS），从而保障了医院数据层面的安全。

3.3 设备管理

通过后台管理系统的管理员菜单，管理员及医护人员可以实时监控正在院内运行的所有设备的运行状态，能够控制终端系统进行批量重启和静默升级。

护士可以在后台统一为终端设备配置信息，象维护患者护理信息、管理推送接受消息、增添删除宣教资料。

3.4 系统安全设计

3.4.1 内外网隔离的安全性

在网络部署中，通过网闸将网络隔离为公网和医院内网两个部分。网闸设计的目的是在隔离内外网业务连接的前提下，实现安全的数据交换。网闸有以下3个安全设计的基本原则。

3.4.2 单一服务原则

只完成数据文件的交换（象只完成文件形式的数据交换），其他的服务一律关闭。采用文件级交换，而不是数据包级交换，是因为文件相对信息完整，避免蠕虫式的分片隐藏。

3.4.3 定向交换原则

在数据交换时指定接收人、发送人。指定了内外网的发送人与接收人，数据交换就只能提供点到点的数据交换服务，方便数据交换的审计，也方便了问题定位到源头，避免第三者冒充、截获信息重放等攻击的发生。

3.4.4 不支持协议解析原则

网闸不支持应用协议解析，不透传业务应用，只进行文件数据的摆渡，对于HTTP、SMTP、FTP等协议无法通过，数据库的访问就更加不能通过，网闸只起到数据的摆渡，不支持应用的互通。应用协议的终止，让入侵、攻击彻底失去了传播的载体。

3.5 运维模式

采取互联网迭代模式对床旁智能交互系统进行运维。该模式通过互联网互通、互联、共享的平台特点，集成多方需求，对产品的功能进行优化。与传统的项目制运维模式相比，2种模式各有其优势。互联网迭代模式的反馈时间较长，但是所提供的解决方案更加完善、全面，有效降低对原有功能的异常影响。

4 系统应用

4.1 呼叫管理模块

该模块旨在为医院提供全方位的医护呼叫解决方案，其子功能模块包括患者-护士呼叫应答、患者-医生呼叫应答、患者-家属呼叫应答（探视）、护士-医生呼叫应答、信息呈现及查询。此模块的架构如图5所示。

4.2 健康宣教模块

健康宣教是确保患者顺利康复的重要环节，也是护士日常工作的一项重点，是维系医护患三方良好关系的关键因素之一。针对国内医院宣教信息传达效率不高的现状，床旁智能交互系统通过信息化技术，将健康宣教资源汇集到病床旁，为健康宣教内容的传达提供新的渠道，提升健康宣教的效率。

4.3 全病程管理

床旁智能交互系统深度直连医院内部系统，确保呈现给患者的信息及时且准确。通过医嘱智能提取技术，系统可以将各类新开医嘱及医嘱变更内容进行有效提取并分类。结合智能消息提醒功能，系统会自动推送相关消息到床旁智能交互终端上，方便患者读取。当日推送的待办事项将以待办事项清单的形式呈现给患者，患者可以通过点击平板上的相关图标反复调取查看。且智能消息提醒支持语音朗读功能，方便患者知悉消息。全病程管理模块的界面设计如图6所示。

通过床旁智能交互系统的全病程管理功能，能够帮助患者在住院过程中，对于自身的治疗、康复病程安排充分知悉，减少焦虑，从而使患者能更好地配合医护人员展开工作，更好地参与到医疗过程和治疗决策当中。

4.4 视频探视

通过床旁智能交互系统，在无须额外布线及部署监控摄像头的情况下，患者通过床旁智能交互终端，能够与探视间内探视终端旁的家人朋友进行视频交流。探视人员可以通过探视终端进行探视预约、视频探视相关操作。床旁智能交互终端和探视终端双向直连，提供高清画面与实时语音。考虑到实际情况，即使探视申请已通过，患者端也可以通过点击平板上的按钮来拒绝接受视频探视。且护士可以监控探视状况，如果患者情绪与身体状况不适合继续进行视频探视，护士可以通过后台强制终止视频探视。院内视频探视功能辅助病区合理安排探视流程，节省人力成本开销，削减烦琐探视流程，避免过多家属涌入病房而给医院的正常的监护工作带来影响。院内视频探视流程如下：1）来访人员通过探视终端输入来访人员、被访患者、探视时间等信息，进行视频探视申请。2）护士通过PC后台对探视申请进行审批。3）审批通过后，来访人员在约定的时间内与患者进行探视视频。4）探视结束。

4.5 院内导航

床旁智能交互系统支持院内导航功能，该系统通过集成医院现有楼层科室布局信息，可定制化开发医院室内地图，在后台系统部署智能运算模块，患者及其家属只需输入起始地点和到达地点，系统即可为患者及其家属规划出最短及最少耗时路线，通过手机扫描屏幕上的二维码，即可将地图路径同步至手机端，从而减少护士站的问询工作并提升就医体验。该模块的整体设计架构如图7所示。

4.6 生活服务扩展

床旁智能交互系统作为医护患三方的信息交互平台，还是提供便利的生活服务获取窗口，将院内小卖部所提供的生活用品购买、医用耗材购买、轮椅租赁、辅助器材购买等各類服务延伸至床旁，让患者伸手便能一键获取。

通过前置接口机实现医院院内信息的统一、内外网数据的交互，网闸用来有效控制和保障医院内网的数据安全。同时，医院可选择开放一个公网IP并开放网络及相应数据查询写入接口，若不愿意开放外网，也可以做院内的一些生活服务扩展，象院内的小卖部购物、院内点餐等。通过与床旁智能交互系统开放的软件平台做深度互联，即可接入丰富的第三方生活应用。以护工聘请为例，患者通过床旁智能交互终端即可获取护工信息、查询护工评价。患者可以凭借床旁智能交互终端呈现的客观、透明的信息来选取合适的护工人员。

5 结论

近半年的系统建设实施和试点科室实践表明：构建基于床旁智能交互的未来病房医疗服务系统，让病房医护人员的系统操作更加方便快捷，大大提高了工作效率。此外，彻底颠覆了传统病房的概念，丰富了病房内患者的视听感受，住院就诊患者的满意度有了极大的提高，一定程度上改善了医患关系。

参考文献

[1]钱海，费科峰，沈剑峰.国家智慧医疗评价指标体系的构建[J].中国医院，2016，20（8）：18-21.

[2]徐艳，奚益群，王淑，等.基于患者需求的医院智能床旁互动系统建设及思考[J].医学信息学杂志，2016，37（2）：32-35.

[3]王念桥.应用MVP模式改进软件架构[J].计算机时代，2012（4）：37-38，40.

[4]郑西川，孙宇，于广军，等.基于物联网的智慧医疗信息化10大关键技术研究[J].医学信息学杂志，2013，34（1）：10-14.

[5]李想，苏玉成，汪爱勤，等.平板电脑作为患者床旁智能终端的作用[J].医疗装备，2017，30（14）：44-45.

[6]杜加懂.智能医疗应用场景及需求分析[J].电信网技术，2013（8）：27-31.

[7]郑西川，孙宇，于广军.基于医疗物联网的移动健康信息系统研究[C]//.中华医院信息网络大会论文集，2013.