基于物联网的新生儿救治平台的系统设计

吴旭生 盖彦蓉 张冬云 谭政

新生儿是人一生中发病率和死亡率最高的阶段，新生儿期的疾病常常会导致各种较严重的神经系统后遗症的发生，为进一步加强新生儿的转诊与急救工作，不断降低新生儿死亡率，保护新生儿生命安全，提出基于物联网技术的新生儿救治平台的建设方案。基于一定的设计原则和标准，从设施层、开发层、表现层和应用层四个方面设计救治平台的技术架构，利用先进的物联网技术，通过互联网平台实现危急重症新生儿跨院、跨区、跨市转运救治申请和接收，实现远程治疗方案指导和专家会诊，确保危急重症新生儿及时会诊、转诊和救治。

新生儿死亡率与经济状况、卫生条件和区域差异有很大关系，各级医疗机构的设备资源不均衡，医疗资源存在较大差异，不同医院在新生儿病死率、死因方面存在一定差异。为了救治新生儿，减少新生儿死亡率，学者们提出的措施主要有两条，一是针对不同性质医疗机构加强相应的软硬件设施，增大新生儿的救治率；二是通过转运到更高级别的医疗机构进行救治。措施一需要投入更多的经济资源和人力资源，需要考虑医疗机构的差异，因地制宜，短时间内无法实现，对新生儿的转运由转运团队负责，可提高转运的安全性，降低对新生儿的危害程度。国家目前正在大力推动分级诊疗和智慧医疗，通过区域级别的转运方式降低新生儿的死亡率不仅能提高基层医院初步救治能力，还可以加强医院之间的合作，有利于长远发展。

新生儿转运过程中可能存在新生儿病情变化和死亡的风险，为了保证能在转运过程中实时监控并反映新生儿的生理特征，并且快速到达救治中心，将先进的物联网技术引入到救治平台中。物联网（Internet of Things，IoT）技术是一种通过收集传感器数据经由互联网自动上传的技术，通过IoT医疗设备，医生可以实时监控患者的身体指标数据。目前物联网技术已经在多个医疗领域开展，心电设备、护理设备、智能救护车等，集成物联网功能的医疗系统可以支持医疗活动，如对患者的远程监控、医疗问题的实时诊断等。

针对新生儿救治问题，以新生儿病房和新生儿重症监护病房为依托实体，具有危急重症新生儿监护诊疗能力，承担区域内危急重症新生儿救治、转运、会诊和新生儿专科技术培训、指导任务的临床单位，利用先进的物联网技术，通过使用危急重症新生儿救治平台，作为全省危急重症新生儿救治管理的信息化支撑，对通过平台建档的危急重症新生儿进行免费信息化管理及指导，借用急救车智能设备、北斗GPS实时定位技术追踪和监控转运全过程，做到实时应对突发情况，实现远程治疗方案指导和专家会诊，确保危急重症新生儿及时会诊、转诊和救治。

（一）设计原则

新生儿救治平台的设计以需求为导向，尽量收集基层救治中心的要求，采用构件的设计思想，便于系统功能的重组和扩充。该系统设计和实施过程中应遵循如下原则：

1.先进性原则

采用先进、成熟的信息技术，采用行业领先的技术框架，既要保证系统在满足当前的功能需求，也为将来的功能需求提供条件，保证在5-10年内不落后。

2.实用性原则

系统软件的开发应立足于整合资源、畅通渠道、科学管理；以“实用、管用、有用”为原则，以“高效、规范、科学”为目的，实现管理运作规范化、自动化、程序化、简单化，充分考虑到大数据和流程控制的实际需要，设计方案留有一定的余地，即在设计中构造明晰的体系结构，便于更改。

3.数据共享原则

传统的医院信息系统（Hospital Information System，HIS）的医疗数据共享困难，为了解决这个问题，新生儿救治平台系统依托救治数据库进行数据统一、数据共享、数据传输，打造一条无障碍的信息传输高速通道。实现跨部门、跨系统的信息交换和共享，通过不同质控中心、不同基层医院之间的业务协同和数据交换，满足内外部信息系统之间的数据交换需求，为政府、各质控中心和基层医院提供实时更新的基础信息服务。

4.标准化原则

符合系统业务流程顶层设计有关规定，各项技术遵循国际标准、国家标准、和行业规范，所有软、硬件产品的选择必须选择符合开放性和国际标准化的产品和技术；在应用软件开发中，必须遵循总体制定的各项规范和要求。

5.安全与保密

新生儿救治平台涉及远程智能医疗，系统设计时应充分考虑系统的安全性，同时提供备份的功能，保证当系统出现硬件或软件的故障时，能进行恢复；另外，应对用户进行权限管理，保证信息的安全。

（二）设计标准

平台建设过程需要信息化安全规范、信息描述标准、信息技术标准、信息交换标准、接口服务规范等来规范其建设和运营全过程，保障各中心间的信息系统进行无缝对接。

1.数据标准

数据标准是在充分的业务分析、业务与应用需求调研的基础上，运用信息分类方法、信息编码方法以及数据标准化方法进行制定的。数据标准规范还应制定标准更新维护机制，以适应业务与系统发展的需要。为了便于质控中心和各级医院的数据共享，数据标准的制定应该对现有的医疗体系影响最小，便于实施和部署。

2.业务标准

业务标准主要指各业务单元常用的业务流程规范。独立业务标准一般由业务部门制定，关联业务标准一般由相关部门统筹。业务标准通常由业务部门提供，或采用采标的方法制定。

3.技术标准

技术标准规范主要从技术的视角，来对业务系统的开发加以约束，主要包括数据交换技术标准与接口规范、数据定义规范、应用接口规范等。

在前期调研、评估深圳市6个省级质控中心的基础上，设计出新生儿救治平台技术架构，如图1所示。

设施层负责各类型数据采集，开发层的服务接收并储存设施层采集传输的数据，分发给表现层实时呈现，转发给应用层分析，应用层将分析结果实时的传送到表现层，4个模块相互协作，构成新生儿救治平台，安全模块和运维管理模块保证系统的正常运行，能够保证中心的信息安全，提升运行效率。

（一）设施层

基于物联网的新生儿救治平台的设计需要综合考虑新生儿的生理特征数据的采集、传输、储存、分析及呈现等过程，可以有效地实时感知、控制、监测和显示新生儿身体的生命体征（会诊、转诊、和救治时），并通过互联网将数据传输到救治中心。因此，该平台必须包含传感器等人体生理特征采集设备、数据传输的网络通信设备、具有大数据技术的海量数据处理和通用数据建模的服务器设备，同时也需要能够交互的、呈现数据分析结果的可视化设备。其中，生理特征采集设备需具备蓝牙通信功能，通过移动终端联网，将数据传输给服务器数据库，实现物联网功能。转运的救护车配备GPS功能和5G网络，可以快速实时获取位置和路况，规划最佳路线。设备物联网架构图，如图2所示。

（二）开发层

开发层的数据库提供数据储存服务，提供服务器后台，提供各种服务的接口，实现数据库和远程终端数据分析模块的交互功能。该系统设计浏览器Browser/WEB服务器Server/数据库服务器Database三层体系结构， WEB服务器是任何基于HTML的服务器，例如Netscape Enterprise Server或者Sybase Application Server等。应用服务器是对WEB服务器功能的一种扩展，负责权限，组件，事务，数据库连接等管理。最终用户可以通过 WEB浏览器发出请求，通过HTTP协议与WEB服务器进行通信。如果是数据请求，WEB服务器（应用服务器）与数据库服务器通信，将返回数据构造成浏览器页面返回给用户。服务器体系架构，如图3所示。

（三）应用层

应用层是中心系统提供给医护人员的主要服务功能模块，建设4个中心，数据仓信息中心、新生儿质控中心、新生儿救治中心和大数据分析中心。具体功能模块介绍在章节3展开。

（四）表现层

表现层实现交互的、呈现数据分析结果的可视化，包括管理系统、可视化大屏、信息发布屏、移动终端等，表现层可以实时展示新生儿的生理特征信息，在会诊、转诊、救治过程中，为医生提供准确的统计信息。

（五）安全和运维

实施信息安全等级保护制度，各信息系统运营使用单位和主管部门是信息安全等级保护的责任主体，根据所属信息系统的重要程度和遭到破坏后的危害程度，自主确定信息系统的安全保护等级，并按照所定等级，自主对信息系统进行保护。

在系统运行的过程中，要保证物联网设备传输信息的快速与安全，使用身份认证、授权、加密和数字签名等服务以及网络环境的安全管理，选择具有二层交换功能的交换机作为网络核心，配置路由器和防火墙，保障信息传输的安全。同时，平台需具备数据备份功能，根据不同的数据类型，使用不同的數据备份方式，保障数据的储存。

建设新生儿救治平台主要包括以下几个业务子系统：数据仓信息中心、新生儿质控中心、新生儿救治中心、大数据分析中心，四个模块相辅相成，覆盖新生儿救治过程中的转运前、中、后的整个过程，实现高危新生儿救治转运质控的闭环管理。

（一）数据仓信息中心

数据仓信息中心主要承载新生儿救治平台基础数据，涵盖新生儿母婴档案，针对母婴数据和新生儿救治数据进行统计分析，针对质控流程和各项指标参数进行统一的规范与参数配置。

档案数据模块主要包含母亲档案和新生儿档案，其中母亲档案包含健康信息、产检记录等；新生儿档案包含健康信息、体检报告、检验报告、历史记录。

统计数据模块主要包含母婴数据统计和救治数据统计，统计全市范围内的产妇和新生儿数量，可按不同区域、不同的质控中心进行统计，其中救治数据主要统计不同质控中心、救治中心的救治率和成功率。

质控数据模块主要包含质控标准和质控流程，其中质控标准包含质控指标、质控参数配置；质控流程主要体现质控标准和执行规范。

（二）新生儿质控中心

新生儿质控中心主要针对质控单位、质控记录、数据分析三个层面对质控现状、数据、风险等方面进行全面的监控和分析，以质控单位为主体，分析统计各质控中心和基层医院的质控数据。

单位管理模块主要包含质控单位和质控状态两个部分，综合管理全市范围内的质控中心和基层医院，针对质控单位，统计各单位的新生儿质控比例。

记录管理模块主要包含新生儿出生数据记录和新生儿救治记录，统计记录全市范围内的新生儿出生数量，统计对应的病危和救治率。

数据分析模块主要包含新生儿出生、新生儿救治、新生儿病危等方面，按新生儿出生数量生成数量热力图，统计新生儿出生和病危数量变化趋势，统计各类新生儿高危病占比。

（三）新生儿救治中心

新生儿救治中心主要针对新生儿的救治过程中的急救车管理、转运过程、新生儿状态等方面进行实时监控，借助物联网设备实现网络平台的在线转运申请接收，转运过程中的实时监控、实时指导和远程会诊。

1.急救设备管理

急救设备管理模块主要包含急救车设备管理、使用状态、实时追踪，实时统计全市范围内的转运急救车资源，借助北斗GPS实时追踪急救车的当前位置以及使用状态。

使用智能急救车设备，急救车内不仅仅需要配备转运呼吸机、输液器、听诊器等必备急救设备，还需要一些可以实时监控的物联网设备，可以在行使过程中对患者进行监控，自动收集和上传新生儿的血糖、心电图、体温等信息，当出现异常情况时，发出提醒，在到达救治地前将所有的重要指标发送到救治中心。每辆智能救护车的实时位置数据还被发送到救治平台，平台实时追踪救护车位置发送给救治中心，协调智慧救护车和救治医院，以便救治中心做好准备。

在转运过程中，25%的不良事件主要与心血管和呼吸系统不稳定、躁动和温度控制有关，因此需要给新生儿提供一个恒温、恒湿的环境，可以使用一种新生儿培养箱外环境检测报警转置，依托救治平台，通过控制芯片上传光照强度、温度和湿度数据，根据阈值提供现场报警和远程报警功能。

2.新生儿转运管理

新生儿转运管理模块主要包含新生儿转运的全部过程，包含转运申请、接收、监控等，该部分模块作为新生儿救治平台的核心功能模块，關联整个项目的业务模块。

救治中心根据各个医院的收录、治愈情况，以及新生儿的生理状况、转运距离等情况，通过各个医院的物联网设备，获取各个医院的设备使用情况，根据新生儿的实时病情合理安排救治医院、设备和医护人员。

当设定好接收新生儿的救治医院时，通过该救治平台，向救治医院的物联网屏幕实时共享新生儿转运前、中、后的生理信息，通过移动终端和5G网络，保障转运前医院、转运中救护车和就收新生儿救治医院的实时联系。

（四）大数据分析中心

大数据分析中心主要面向政府管理单位以及其他质控中心和基层医院，按不同对象的展示不同的统计数据，展示数据主要包含救治率和救治成功率。

汇报展示对象主要包含政府部门和质控中心。

展示数据主要包含救治率和成功率，根据不同的汇报对象展示不同权限数据。

针对新生儿救治问题，本文研究并设计了基于物联网的新生儿救治平台。基于先进性、实用性、数据共享、标准化和安全和保密原则，设计了新生儿救治平台的技术架构，在此基础上，进一步设计了系统的四大功能模块。基于该设计组建新生儿救治信息化中心，可以实现高危新生儿救治转运质控的闭环管理，可以提高各质控中心和基层医院危急重症新生儿救治管理工作的效率。

作者单位： 深圳市卫生健康发展研究和数据管理中心