基于HL7协议结合物联网技术构建的改良早期预警评分实时监测管理系统

谢小为，陶君

江南大学附属医院医学工程处 (江苏无锡 214000)

急危重症患者的病情迅速恶化前及疾病进展时，其脉搏、血压、体温、呼吸频率等主要生命体征参数出现由渐变到显著变化，早期预警并迅速采取干预措施对于改善患者预后具有重要意义[1-3]。目前，临床上虽有一些判断患者病情变化的评价、评分机制，但均由于操作性及使用性不佳导致应用受限，很多医疗机构主要依靠医师的临床经验与知识储备判断急危重症患者的病情变化；另外，医院信息系统与监护设备的监测数据交互滞后不畅，导致患者的生命体征参数记录时效滞后，不能及时被分析和处理。因此，如何实现医院信息系统与监护设备间的数据交互，使临床医务人员精准、科学地对患者的病情进行早期预警及评估，是重症医学亟待解决的问题。

本研究利用HL7协议实现了医院信息系统与监护设备间的数据采集、传输，设计出包括监护设备、智能护理系统、PDA移动处理终端在内的数据传导及分析框架，并以改良早期预警评分(modified early warning score，MEWS)为基准[4-6]，准确有效地将监护设备的监测数据及时与MEWS进行有效结合和拓展应用，最终建立了MEWS实时监测管理系统，并取得了良好的应用效果，现报道如下。

1 MEWS实时监测管理系统的设计

1.1 总体设计框架

利用HL7协议将医院信息系统TCP传输层协议与第三方监护设备进行打通和连接，改变由于数据接口模式不一致导致的医院信息系统和监护设备监测数据不能实时读取，只能通过人工输入方式进行记录的现状；根据护理方案需要，MEWS实时监测管理系统可以任何频率的模式实时自动从监护设备获取监测数据，并将输入系统内的量化表进行自动评估和危险等级划分，再通过院内信息平台于智能护理系统的护理界面进行提示预警，最后由智能护理系统自动匹配程序化监护方案进行评估方案的修正，提示护理人员及时进行干预并通知医师下达医嘱。

1.2 实现路径及原理

由于卫生产业涉及的医用设备和信息系统较为繁多，牵涉的数据和信息格式也较为繁杂，如果信息交互时没有固定的约束标准，就会由于格式表述不一致产生无谓的消耗。HL7作为计算机行业的一种协议，主要用于医疗设备与外界的数据交互，它能保证在不同的设备间交换医院的数据信息，同时也能较好地兼容使用者自定义的数据格式。我们通过编写基于HL7协议的解释器，实现了定时从院内主要品牌监护设备中读取患者生命体征参数的目的，可以大大简化不同厂家同类应用程序接口的复杂度并降低工作量。

传统的预警模式主要采用人工录入，依靠护理人员的“三查七对”进行审核和输入。该模式虽然具有较高的准确度，但效率十分低下。为了实现实时预警的目的，即实时、准确地抓取并分析监护设备提供的生命体征数据，我们在物联网技术支持下，利用射频识别(radio frequency identification，RFID)技术与二维码识别技术对传统模式进行了优化改进。RFID的通信原理类似雷达：发射出去的电磁波碰到标签进行反射，同时可携带回目标信息。目前，患者入院时均需进行腕带绑定，腕带内含RFID芯片，能有效读取和关联患者信息；同时，每台监护设备均标识有唯一的二维码，并将二维码录入系统内。患者腕带内的RFID芯片与监护设备的二维码通过PDA移动处理终端及数据网关在集成相关系统内进行读取和关联，并最终将数据上传至智能护理系统中，利用系统中预先设定的MEWS规则进行评估，并生成处理应对措施。

2 评估及处理流程

2.1 MEWS评估规则及处理措施模块

为了实现对患者病情的合理、标准、规范评估，需要选择一种对患者的预后、病情转归预测准确度高、操作便捷、获取信息迅速的评估工具。目前，临床上用于患者病情评估的工具主要包括MEWS、急性生理与慢性健康状况评分(acute physiology and chronic health evaluation,APACHEⅡ)等[7-10]。MEWS中默认的指标包括心率、血压、呼吸频率、体温、意识，根据以上指标变化可评估患者病情可能产生的危险性。MEWS标准[11-13]见表1，据MEWS评分采取的相应处理措施[14-16]见表2。

表1 MEWS标准

表2 MEWS评分对应的处理措施

2.2 HL7协议系统框架模块

将eGateway数据网关软件部接入医院网络。数据网关接口使用标准HL7协议Ver2.6的数据格式通过医院信息平台与智能护理系统进行数据交互。数据网关将床旁监护数据(包括集成的外接设备数据)发送给智能护理系统；智能护理系统对数据进行接收、解析、储存，数据分辨率可以根据临床需要进行设定，同时支持智能护理系统以Web Service查询的方式向数据网关请求历史数据，为实现病历中生命体征数据的自动录入功能提供了有力支撑。eGateway数据网关与住院系统对接后，可从中央监护系统获取患者的基本信息(姓名、性别、病历号等)，将带有患者信息和时间标签的测量结果通过HL7协议推送至智能护理系统，于智能护理系统中开发评估系统及查询提示功能。

2.3 PDA管理及评分处理模块

将各重症监护室等医疗单元中的监护设备通过中央监护仪网络整合在同一网络中，并接入医院信息平台，实现监护网络并入医院网络，划分 1 个独立的VLAN。医院分配eGateway和中央监护仪服务器固定IP地址，两者的IP地址可以不在同一网段，但是要能实现相互通信。通过PDA扫描患者腕带内RFID芯片和监护设备的二维码，将患者基本信息(姓名、性别、病历号等)和对应的监护信息存储至智能护理系统，由eGateway与智能护理系统进行数据抓取。eGateway 再将患者信息在中央监护仪系统内部同步，医护人员在监护设备上可看见同步过来的患者信息。监护设备测得患者的生命体征后，将监测结果标注患者信息标签，通过eGateway以30 s的间隔发送至智能护理系统并根据MEWS评估规则在PDA或办公终端自动生成相关评分数据，如相关的评分数据已达到报警值，PDA可通过振动、铃声等消息提醒方式通知相关护理人员，护理人员根据MEWS评分对应的处理措施采取相对应的治疗方式跟进处理，工作流程见图1。此外，eGateway 与时钟服务器对接，对系统中所有的监护数据进行时钟同步，从而保证数据时间的准确度。

3 讨论

3.1 HL7协议解决原有数据交互问题

生命体征监护设备品牌多样，数据格式较多，如要实现准确且自动、实时地采集数据，必须要将平台与设备之间的数据格式进行统一。利用HL7协议可实现医院信息系统与不同监护设备之间的数据交互，同时可较好地兼容用户自定义的数据格式[17]。基于HL7协议编写的解释器，实现了定时和实时地从监护设备中读取数据信息的目的，从硬件环境下极大地简化了不同设备同类程序接口的繁琐程度并降低了数据采集工作量。

3.2 方便快捷地读取、分析、查询数据

MEWS实时监测管理系统能准确、科学地评估患者的病情并进行及时提示预警及查询所需信息。我们采用RFID 和二维码技术进行通信，利用射频信号自动分辨目标进而读取数据，可实现设备、患者的数据关联；利用PDA操作简化了工作流程，减少了重复记录、人工记录容易发生的错记、漏记情况；医护人员可在PDA端随时查看患者的MEWS评分，并根据系统的提示预警进行对应处理，达到动态监测患者病情的目的。

图1 工作流程图

3.3 提高工作效率和满意度

纸质评分、手动计算存在很多缺陷，如记录错误、人工赋值统计错误、书写字迹不清等。其他基于医院电子病历系统或PDA手动输入评分进行改造的方案，仍然需要护理人员定时前往患者床侧进行观测和记录，人工输入各类参数的方式影响了护理人员使用评分系统的依从性和积极性，也势必影响数据分析的及时性。本研究构建的MEWS实时监测管理系统的平均评估时间为(2.0±0.1)s，优于人工方法的评估时间(54±5)s，评估满意度为96%，高于人工评估的68%，表明该系统能基于现有的监护设备、智能护理系统、PDA移动处理终端，利用HL7协议结合物联网技术，实现采集数据实时化、评分量化标准化、预警提示自动化、数据查询便捷化的目的。

4 小结

本研究以MEWS为基准模板，利用HL7协议结合物联网技术，借助医院信息系统，构建了MEWS实时监测管理系统[17]。该系统可通过PDA扫描读取患者的RFID身份信息并执行记录，并通过绑定监护设备二维码，将评估结果通过医院信息平台于PDA端进行查询和提示；同时，该系统有效提高了急危重症患者病情评估的准确度，大幅缩短了评估时间，避免了医护人员依靠主观经验判断患者病情的弊端，杜绝了由于缺少经验导致的病情判断失误[18-20]；此外，该系统有效提升了数据分析的及时性，降低了护理人员的工作量，提高了工作效率，并极大地提升了患者急救救治的安全和质量。