基于新一代信息技术的智慧方舱医院建设研究

汤 杰，马龙鑫，曹 青，林靖生，陈尔真，何 萍

（1.上海交通大学医学院附属瑞金医院a.信息中心；b.学科规划与大设施管理处；c.医务一处；d.院长办公室，上海 200025；2.上海申康医院发展中心 医联工程与信息化部，上海 200041）

新型冠状病毒(新冠)肺炎疫情是全世界在近百年中面临的最严重的传染病疫情事件[1]。2022 年，新冠奥密克戎变异株感染波及了我国29 个省份，导致全国出现百余个中高风险地区。当前，我国正面临严峻复杂的防控挑战，随着新冠肺炎确诊病例数量不断攀升，导致医疗资源紧缺，特别是收治确诊患者的病床数量出现严重不足，导致相当部分的确诊患者无法及时被收入医院进行隔离治疗。这极易导致新冠感染传播，出现进一步的疫情扩散和蔓延。

为应对疫情，方舱医院成为了各地应对重大疫情的主要手段，也是寄托无数人希望的生命方舟。为此，国家卫生健康委员会(卫健委)于2022 年3 月份要求每个省都要建设2～3 家方舱医院，而如何更好地为方舱医院医护、病患、服务保障人员提供安全保障；如何实现方舱医院内分区管控更加科学有效；如何对方舱医院内不同区域进行快速清洁、消杀；如何提高方舱医院医护和管理人员工作效率；如何最大程度降低方舱医院病毒传播风险等是摆在方舱医院建设者面前的难题。而新型智慧方舱医院充分利用先进技术，在方舱医院建设、运营、管理等各个方面都有很大的提升。因此，建设新型智慧方舱医院就变得刻不容缓。

2022 年3 月起，以奥密克戎变异株为主要流行株的新冠肺炎疫情在上海市蔓延，虽然导致的新冠肺炎症状较前轻微，但该变异株具有极强传染性和免疫逃逸机制，极大加快了该病毒在人群中的传播力，导致感染患者人数急剧升高，给公共卫生和社会生活、经济等多方面带来了前所未有的挑战。截至2022 年4 月30 日，新增确诊病例及无症状感染者人数已超50 万。本市自3 月中旬开始进行方舱医院建设，目前已建成市区两级方舱医院119 家，总开放床位数达到27 万张，以满足感染者隔离医学观察需求。本团队牵头参与了多个市级方舱医院信息化建设[2]，如上海世博展览馆方舱医院、上海新国际博览中心方舱医院和国家会展中心(上海)方舱医院等。我院通过各类智能设备的集成，建立了一个智慧方舱医院综合管理平台，实现对患者的全方位智能管理，对医护人员便捷高效的医务活动开展提供便捷支撑，对医务系统提供更精细的数据、流程、模式的提升，对智慧方舱医院的精细化运营和管理提供了强大有力的技术保障。本文将具体介绍我院探索和建设智慧放舱医院的过程及其实施细节。

智慧方舱医院建设的宗旨和理念

智慧方舱医院的建设，以智慧、互联、共享为宗旨，通过科学防疫防控提升效率，在全流程防疫防控过程中不断创新，采用线上多码合一的智能程序(移动APP)，自动关联患者的信息，包括核酸检测、疫苗接种等信息，智能分析综合研判，同时生成一码通，快速核验高效通行。智慧方舱医院以“实时监测，大数据监控”为理念，结合物联网、人工智能算法，对诊断、症状、检查、检验结果的全病历内容实时综合分析研判，以便医护人员快速响应。方舱医院中采用机器人技术，替代医护人员执行查房，消毒，运送工作，提升医护工作效率，减轻感染风险；通过小程序技术，建设面向患者自服务的入舱前、在舱中、离舱后全程服务，全方位涵盖从办理入院、就诊服务、每日信息推送、舱内导航、物资配送、消杀消毒、报告查询等。同时，通过可穿戴设备，自动化搜集患者的体温，心率，呼吸次数，血氧饱和度，心音，呼吸音等生命体征，大大节省了医护人员诊疗耗时，并做到了更加精准的患者监控和管理(见图1)。

图1 智慧方舱医院规划图

智慧方舱医院建设内容

一、信息化集成平台支撑智慧化管理

本次智慧方舱医院在信息系统架构设计上，创新性的以公有云平台和5G 作为技术支撑。公有云平台将信息资源都池化以后，提供方舱医院建设过程中按需提供的服务，如操作系统、存储、数据库及上层一些服务，可以根据系统的峰值作线性扩展，并且不需要前期投入就可以迅速开启服务，极大地提升了开舱的效率，并且在稳定性、安全性、可扩展性上提供了基础保障。5G 技术具有大带宽和低延时的特点，打破了互联网应用数据传输瓶颈[3]，在为互联患者服务、临床智能服务、医院精细管理、不同方舱一体化等方面，提供了高效的网络保障，快速搭建物联化、互联化和智能化的系统平台。由于统一部署在云平台上，医院内网各业务系统既是当前业务的执行系统，也是云平台业务系统的支持系统。云平台业务系统与内网信息系统进行实时数据交互，共同实现数据的智能采集、传输、处理和应用。信息系统的具体架构见图2。

图2 智慧方舱医院在信息系统架构图

智慧方舱医院依托集成平台、临床决策支持系统、大数据、移动互联的技术手段，从而达到以医疗质量安全为核心、智能提醒为特色、数据多维度集成共享为标志的医疗服务。智慧平台整体架构主要包括基础应用、集成平台服务、平台基础服务、平台应用服务等，基于集成平台的互联互通共享整体架构服务、主数据管理、统一服务管理和监管等核心服务，从集成服务总线层、数据中心层、统一服务层和应用服务层等4 个方面开展互联互通信息服务，以上架构有效为智慧方舱医院建设提供强有力的支撑。

二、智能设备辅助智慧化护理

1.查房机器人：查房机器人具有自动导航和避障功能，能实时高清多点视频连接，并可搭配各种功能性设备及配件以集成各种现有医护系统。据此，医师能在查房机器人的辅助支持下，远程调阅患者病历和各项检查数据及图像，从而实现远程查房、远程多学科会诊及远程病情告知等。

查房机器人一次充电可持续工作8～12 h，其搭载携带10 m 激光雷达、红外、超声、语音模块和Kinect、RealSense、800 万像素摄像头和13.3 英寸显示屏、5G 网络等多种传感器和其他附件，可以快速精准地实现SLAM 算法[4]、自动导航、规避障碍、路线智能规划、人机交互和无线视频图像传输等多个功能。在隔离病区外的当班医师，通过手机APP轻松访问部署在隔离病区的医护机器人，机器人瞬间成为医师的替身，替代医师进入方舱完成查房、指导、与患者沟通等工作。医护人员不需要穿脱防护服，就可以对舱内的患者开展医疗活动，极大提升医疗服务响应效率。查房机器人也是病区智能手持医疗设备的汇聚中心，通过无线连接病区智能手持医疗设备，可以集成听诊、心电图、血压测量、温度计等，舱外专家可以实时查看远端患者的心率，听到远端患者心脏的声音，如同身临其境地做诊断，从而使得远程床边查房和远程床边会诊的医疗依据更加真实有效，使得舱外的专家能够真正对患者的诊疗过程进行辅助诊断。

2.消毒机器人：在奥密克戎变异株引发的疫情下，随着需要隔离人员数量的快速增加，国家会展中心(上海)、世博展览馆等大型展览场馆被选址为方舱医院。这类型方舱医院的消毒杀菌工作比想象中复杂，因为场馆不仅面积大，且层高达到十余米，仅通过人工消毒杀菌，很难达到良好的效果。

与人工消杀相比，消毒机器人在部署完成后能24 h 全自动化作业。根据空间计算消毒时间，围绕消毒目标进行360°无死角消毒，可最大承载40 kg消毒液，充电1 h，根据不同消毒模式，可运行4～12 h。可以实现紫外线[5]、超干雾和空气过滤3 种不同的消毒模式。超干雾喷洒能够弥散形成气溶胶，是人工喷洒难以达到的颗粒细度[6]。消毒机器人的另一项优势，是能实时监测空气中的消毒液浓度，在保证消毒效果的同时，不会对室内的医患造成伤害。消毒机器人可实现消毒路线、时间的定制化方案预约，搭载全自动室内自主导航，具备自主返回充电、智能避障的功能，能自主乘梯、自主过闸。机器人应用了多重安全防护技术，可实现远场缓速、近场急停、人行先走、机械防撞等安全防护体系，运行稳定，畅通无阻，时刻保障机器与人员的安全。

消毒机器人集自主定位导航、多模式消毒、友好人机交互、智能调度管理等多功能于一身的智能型消毒设备；配备纳米级的雾化消毒配合多角度紫外灯消毒功能，为病区内空气环境提供了全方位高效率的消毒和灭菌保障，可为现代化方舱内院感防治与控制提供有力保障(见图3)。

图3 消毒机器人

3.院内物流机器人：针对新冠肺炎疫情突发、激增等问题，方舱内的物资、餐食、耗材的配送、医疗废物运送工作量大，费时费力成为一大问题[7]。因此，舱内利用多种智能物流机器人，可大大减少医务人员的工作压力，有效降低交叉感染的隐患。

智能配送机器人可用于医院药品、餐食、手术被服、高值耗材等物资配送，可选分离式或一体式箱体，最高载重量达500 kg，支持箱体模块化定制，满足医院科室具体需求。实现医疗物资的自助取用和无人配送，一个机器人相当于4 个专职配送员，可24 h 不停歇，大大减少医护人员简单重复劳动时间，让医护人员把时间用在更高价值的工作中。智能物流机器人安全可靠，专人专取，存储发放全程记录可追溯，权限管控严格，可精准感知药品取用类型和取用量，实现药品全流程监控，将耗材和药品被盗风险降低，同时搭载多项特殊功能药柜，实现耗材和药品的严格管控，并为其提供适宜存储条件(见图4)。

图4 院内物流机器人

4.院外物流车：方舱外部面积大，日常物资运输耗时耗力，为解决物资配送问题，在舱外部署智能化物流无人车，可有效解决了人手不足问题[8]。5G物流无人车车身装载激光雷达、毫米波雷达、摄像头等，承载着多感知传感器定位等核心技术，依托现场5G 网络，能实现高精度定位，适应各种非平坦、上下坡、减速带、人行道等道路环境。该系列无人车最高时速达25 km/h，最大载重400 kg，续航里程100 km，单车一次支持配送几十到上百件物品，可不间断出车运行，根据路途远近不同，日均出车趟次数在50～100 次之间，不仅大大提升了方舱医院的配送效率，还能降低因人工配送产生交叉感染的风险，极大减轻了一线工作人员的压力。

5.智能可穿戴设备：医护人员要每天手动测量、记录患者的体温、心电等生命体征数据，耗费大量时间精力，尤其是舱内医患比非常低的情况下，常规测量生命体征操作几乎不可能完成；而且每日给患者测量体温、心率、呼吸次数、血氧饱和度等数据时，不可避免会接触患者，导致职业暴露，增加医护人员的感染风险，同时手动测量、记录患者的体温、心率、呼吸次数、血氧饱和度等数据，存在较大的延迟性，患者体温异常无法及时发现，无法及时处理。

智慧方舱医院内，利用可穿戴设备(见图5)可实时监控患者的生命体征，减少护士来回走动和手工测量的频率，且自动录入各项生命体征数据，可以减少手工录入的出错率，实时检测舱内患者的生命体征变化，高效辅助医师诊断，可快速识别和找到体征异常患者，为生命体征异常的患者提供及时治疗。此外，数据传输至云端，提供智能分析，助力提升防控效率[9]。采用的可穿戴设备具有以下特性：①支持自定义高低温报警值、高温或低温自动提醒；②一次充电连续使用7 d，7×24 h 持续监测；③测量精度在±0.1℃；④净重仅7 g，全柔性仿生曲线设计，佩戴摘取轻松。

图5 智能可穿戴设备

三、患者自服务小程序

疫情暴发期间，对感染者的收治工作时间紧、任务重[10]。接收隔离人员的第一步就需要核对患者身份。由于患者众多，医护人手有限，仅信息采集这一步的工作量就非常大。为了能让患者尽早入住，同时缓解医护压力，智慧方舱医院采用了方舱医院患者自服务小程序这一高效的信息化手段，提升了患者入舱速度和舱内体验，提高了患者的满意度。

方舱医院患者自服务小程序利用“数字化”的力量，用手机扫一扫就能入住，耗时1 min 就能确认患者的身份，让未入院的患者实现自动化入院登记；在院患者则可通过手机查看“电子腕带”[11]，上面除了患者的基础信息外，还有一个独一无二的二维码，当医务人员扫描后，便可登录患者在云服务信息系统工作平台的个人页面，实时查询健康信息。另外，在院患者还可通过患者自助小程序(见图6)，完成每日流调，填写出院去向，并且小程序可在舱内提供地图引导、志愿者申请、互助信息发布等舱内社交；对于离院患者，小程序可提供出院小结、核酸监测证明、解除医学隔离报告。通过自动化信息技术实现了患者自服务，降低了医护人员的工作量，极大地提高了舱内医护的工作效率和患者的舱内生活质量，助力医院更好地实施新冠感染者的防护救治工作。

图6 患者自服务小程序

四、数据分析和管理大屏

在方舱医院运行过程中，为了全面掌握方舱运行情况，及时准确地辅助方舱医院指挥部作出方舱运行管理决策，为下一步疫情防控做出准确合理的安排，需要对方舱医院的运行数据进行分析和展示(见图7、8)。数据分析及管理大屏主要通过患者收治人数、轻重症患者数量、不同年龄段患者数量、第2 天预计出院人数、总床数、空床数、平均住院时间等，反映方舱医院的整体运行情况。通过对舱内患者出院去向的统计分析，可以迅速分拣出出院后需要转回的社区，提交给地方民政管理部门，合理安排车辆接送患者出院。通过数据分析可以快速完成患者转运填报，尽早调度车辆完成患者的转运工作。在患者入院治疗过程中，系统记录了患者入院治疗过程的临床数据，包括核酸检测结果、在院体温、疫苗接种等情况，便于今后开展流行病学研究。

图7 方舱医院管理大屏

图8 方舱医院数据分析

智慧方舱医院的新技术解析

一、5G 网络

5G 医疗网络系统实现用户终端通过5G 网络对公网以及医疗业务专用网进行数据查询，操作等基本业务。采用5G 高质量高安全的无线网络实现数据接入，在5G 数据稳定传输，抗干扰性强的基础上突破了传统的WiFi 网络对数据传输瓶颈的限制，并实现与固有移动网络的融合。本次方舱医院的智能化建设，5G 网络支撑了上万例患者的网络使用需求，保障了物联网设备、机器人调度、视频通讯等数据的高速，稳定和安全的传输。

二、大数据

作为一种技术性解决方案,大数据安全治理的对象是面向微观主体及其之间的高频互动,在算法逻辑上重在发掘相关性、寻找相似性[12]。在当前新冠肺炎疫情防控中,大数据因其处理数据体量大、抽取信息速度快和预测结果稳定性强等特性而得到广泛使用。根据方舱内患者的收治情况，大数据通过数据集和算法模型的构建,可以前瞻性地预测疫情走势，进而可以为政府决策提供数据支撑,以帮助政府确定需要医疗资源的地区和人群、优化防疫流程和资源配置。

三、人工智能

人工智能技术已经广泛应用在医疗诊断领域，智慧方舱医院建设，通过可穿戴设备积累了患者大量的实时体温、心率、心电图、血氧饱和度数据，通过人工智能深度学习技术，可以在单病种判断领域做一些探索，比如对室性期前收缩(单发、成对、二联律、三联律、室性心动过速)、房早(单发、成对、二联律、三联律、房性心动过速)、心动过缓/过速、长RR 间期、心房颤动/心房扑动、房室传导阻滞等疾病通过人工智能算法进行自动化发现。大量的人工智能技术被运用到病情监测和诊断的过程，可辅助判断病情、缩短确诊时间。大量的互联网应用都是以大数据和人工智能算法和技术作为支撑，是智慧化建设不可或缺的部分[13]。

四、物联网

由于方舱医院是快速构建的医疗机构，院内设备和流程管理都无法像普通的医院一样完善和规范。因此在方舱医院的智慧化建设中，可以利用物联网设备，快速将医务人员的工作特性规范于流程之中，大大提升工作效率，增强医疗技术能力，降低医疗风险。本次方舱医院智慧化建设中，医疗健康物联网的应用数不胜数，包括利用可穿戴的物联网设备进行患者体征数据的远程采集及传输、移动查房和护理、医疗用品识别示踪、医疗物资管理、医疗垃圾处理、大型医用设备监管和医疗机器人等[14]。从设备人员定位到运营管理都发挥了极大的作用。这些智能化应用不仅极大降低了医护人员的负担，有效缓解了疫情期间医疗系统过载的问题，更减少了医护人员与患者的直接接触，从而对疫情防控起到了积极作用，为方舱医院的精细化管理提供了重要的手段。

五、机器人技术

机器人是利用计算机控制的机电一体化产品，在工作中进行重复模仿，完成复杂和重复性工作[15]。智能机器人所具备传感系统，可用于监测、智能模式的识别、深度学习的能力，以及自主决策功能，其即使在各种复杂环境中也可以通过智能行为完成各种任务[16]。利用计算机技术，模拟人类智能，其中将数学模型、应用统计学、计算机科学、运筹学等多个学科综合利用。在本次方舱医院智慧化的建设中，机器人作为一类不会被感染、不会传染、又可具备相当高智能水平的“人”，起到基础保障和协助作用。基于多传感器融合的建图、导航、避障技术，可以满足方舱医院工作使用的要求。从自助查房到云端智能清洁、消毒、巡逻，甚至给患者送饭、送药，智能机器人无处不在地发挥着自己的作用。大大减轻了医护的工作量，将有限的医护资源效率发挥到最大。

讨 论

一、智慧方舱的应用成效

在本次智慧方舱建设中，可穿戴智能医疗设备实现了无感监测体温、心率、血压、血氧等数据采集，在远程无线监测技术下，医师可快速、直观地了解到感染患者的生命体征，快速高效地进行医疗工作的开展，极大程度地减少了由于医患人员近距离接触导致的感染。

患者自助小程序的出现，实现了相关区域人员统计，人员轨迹，出入管控等功能，极大地简化了统计工作，减轻了医护人员的工作负担。

各种类机器人的投入使用极大节省了人力物力，如查房机器人极大程度上可以减少医患间的接触，避免减少医师的感染；消毒机器人可以及时对环境进行消杀，极大地降低病毒传播的风险，减少消毒给医护人员带来的工作量；机器人也会帮忙递送食物、饮品和药物。机器人无需防护设备，可以极大节约十分紧缺的防护服、口罩等物资。机器人虽然不能取代医护人员，但会帮助医护人员，让其工作更加高效、更加安全等。

5G 技术支持下的心电监测、无人配送应用，为智慧方舱的建设提供了宝贵的支持[17]。在5G 网络的支持下，患者的就医体验满意度会更高，减少由于自身的疾病所带来的焦虑。临床路径的有效实施，能够在传染病疫情防控中，规范医疗行为、减少人为交互感染的可能性、降低成本，提高治疗效果[18]。

二、存在的问题

然而，智慧方舱目前也存在以下问题有待解决。一项新技术从开发到投入使用，不仅面临着技术上需要不断创新以满足医疗实践的挑战，也有医务工作者在认知层面对于新技术接受程度的疑惑，究竟哪些是新技术具体的应用场景。此外，从目前为方舱医院患者提供的治疗实践来看，不同的穿戴设备所获取的数据格式尚未完全统一，从各数据口径(比如5G 及查房机器人)处所采用的数据统计维度有仍有差别，同时跨机构、跨院区的数据流通不足，数据亟需高效整合。

三、改进和发展方向

1.推进新技术宣传及沟通，不断创造新技术应用场景：疫情防控为各种数字技术的应用提供了更多的场景。今后，智慧方舱将进一步利用万物互联、5G、人工智能、机器人、Web 小程序等技术和产品，打造一个集成化及智能化平台，同时加大对于新技术的宣传，鼓励医务工作者更多地利用信息通信技术及创新应用，支撑疫情联防联控，宣传及鼓励积极利用5G、云计算、大数据等技术，进一步完善疫情防控防治工作。

2.提升数据质量，相关机构及院区应共同携手加强数据治理能力：智慧方舱还需要统一数据标准和口径、明确定义数据来源、数据格式、数据管理要求和数据处理的过程，在保证数据真实性前提下，充分利用现有大数据平台、大数据建设成果，及时有效地实现数据的汇聚融合。同时，还需积极推动跨院区合作及交流，拓展新技术的标准化和应用边界。

结 语

方舱医院的创设，是此次抗击新冠肺炎疫情中很关键的一环，在防与治两方面发挥了不可替代的重要作用。在这场“战疫”中，方舱医院对于智能化的要求比普通医院更高，各种信息系统需要全部一次性规划并建设到位，包括万物互联、5G、人工智能、机器人、Web 小程序等智能技术及各类可穿戴医疗设备的集成。智慧方舱医院的建成既可以减轻医疗人员负担、降低传染概率，更可以为患者带来及时的服务和贴心的关怀，为解决当前方舱在防控疫情、救治病患、调配资源、追溯病毒根源、监测并分析疫情上起到了良好的作用，大大解决了方舱在运营过程中难题。