呼吸机远程控制系统在隔离病房中的应用

张巍 王伟 马小建 胡知诿

1 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 （广东 深圳 518057）

2 上海市医疗器械检验研究院 （上海 201318）

内容提要： 在高传染性疾病疫情下，应用于隔离病房的呼吸机通过有线或无线网络连接远程控制系统软件进行操控。远程控制软件界面显示并控制呼吸机功能和参数，从而有效减少医护人员进出隔离病房的次数，降低交叉感染风险和减少有限的个人防护用品的消耗，最大程度地保障患者的安全及治疗效果，也保护了医护人员。此外，对于需要资深医生处理的复杂或突发危机病情，资深医生能通过远程控制系统给予及时的决策处理或技术指导。

隔离病房是采取物理措施将特定患者与其他患者相隔离的病房，一方面可以防止病原微生物借空气扩散，另一方面可以保护患者免受来自污染空气的威胁。目前，我国的隔离病房需求大，发展速度较快。根据《WS-T 592-2018医院感染预防与控制评价规范》[1]，重症医学科应设有单独的隔离病房。在新时代背景下，国家卫健委要求每省保证至少2～3家方舱医院。截至2022年3月22日已经建成或正在建的有33家。

医护人员进出隔离病房时需按照《WS-T 311-2009医院隔离技术规范》[2]做好防护措施，包括穿戴防护用品、及时更换、每日测温等。在隔离病房中，即使只是对设备进行简单的操作，医护人员也需要穿上防护服进入隔离病房。如隔离病房突发紧急情况，医护人员可能无法做出快速处理。穿脱防护服会加重医护人员的工作负担，影响工作效率。频繁地进出病房，也会增加交叉感染的风险。

对于临床使用机械通气的患者，在常规要求下，护士需要在床旁监护患者生理参数状态和通气状态，医生或呼吸治疗师会定期或必要时到患者床旁查看患者通气状况。随着患者病情的变化，医生/呼吸治疗师需要根据患者的病情，及时调整机械通气治疗策略，比如调整通气模式、通气设置参数、报警限等。总而言之，患者在整个机械通气过程中，医护人员需要频繁地监测和/或调整呼吸机设置。在隔离病房的临床场景中，患者一般具有传染性疾病，而且传染性比较强。在国内高等级隔离病房主要收治传染疾病如严重急性呼吸道综合征、中东呼吸综合征、高致病性禽流感（H7N9亚型）等呼吸类传染疾病等。

在这种场景下医护人员对机械通气患者的护理就存在比较大的挑战。每一次调整呼吸机，医护人员都需要穿着厚重的防护服进入隔离病房。这样既加重了医护人员的工作负担，又增高了医护人员被传染的风险。因此，需加大力度提升医护人员的防护措施，尤其是在隔离病房场景中的防护，应尽可能减少医护人员与患者的接触。

1.远程控制系统的发展

成人重症监护床旁要求配置呼吸机和输注泵，重症监护室也需要使用呼吸机、生命体征监护仪、输注泵等设备。常规情况下医护人员经常需要对各种设备的不同参数做调整。以呼吸机为例，大多数重症监护室中，每台用于患者的呼吸机每12h（1个班次）需要被操作3～12次。由于气溶胶带有病毒、呼吸机操作接口受到污染，即使穿戴防护设备，医护人员仍面临交叉感染的风险[3]。

针对这种临床情况，Francesco等[3]提出了一种在病房外远程控制隔离病房内设备的解决方案，如图1所示。远程控制面板位于独立的控制室，与被控设备通过网络连接。医护人员可以在病房外调节呼吸机、输注泵等设备。

图1.重症监护室环境中远程控制和监测的实现示例

Balaz等[4]设计了一款机器人，通过控制它医护人员可以在隔离病房外操作呼吸机，如图2所示。实现方式是：①通过安装在呼吸机上的摄像头将视频流传到主触摸屏上。②然后病房外的医护人员在主触摸屏上操作。③主触摸屏向安装在呼吸机上的机器人发送命令。④机器人按接受的命令后执行，移动到实际的呼吸机触摸屏上进行相应操作。这种方案显著地减少了医护人员对呼吸机进行典型设置调整（包括穿脱防护服）所需的总时间（从271s降到109s）。

图2.使用机器人系统远程操作和监测病房内的设备

我国上海健康医学院附属第六人民医院东院在建新应急留观病房时已经配置了中央监护系统、呼吸机等具有远程医疗功能的设备[5]。在每个病房内设有高清视频监控摄像头，通过信息接入系统和中央监控系统一起引至护士站和医生办公室。医生和护士可以方便地远程监护患者的生命体征和身体状态，并对设备参数进行调控。

在近几年，美国美敦力公司设计了远程访问综合性软件（Omnitool Software），这是一种新的远程呼吸机管理（控制）技术，允许医护人员远程查看和调节病房外的呼吸机设置。随后这个技术在美国的医院使用了起来。

由此可见远程呼吸机管理技术是可行的，这个方法最大限度地减少了工作人员与患者的接触，并且减少了有限的个人防护装备的供应。

2.相关产品介绍

为了适应隔离病房的临床应用场景，在远程控制应用于呼吸机设备上，各厂家分别提出了解决方案。

如前文所述，美国美敦力公司的PB980呼吸机设计了远程访问综合性软件（Omnitool Software）。Omnitool软件允许临床医生远程查看和调整病房外的呼吸机设置。启用Omnitool软件的小型PC和视频采集卡安装在呼吸机的侧面，并通过呼吸机的通信端口（见图3左侧面板）连接。该小型PC连接到医院的网络，以便通过重症监护室（见图3右侧面板）外的专用护理PC远程访问Omnitool和采集呼吸机显示器的视频。医护人员访问护理PC（见图3右侧面板）执行一系列远程Omnitool应用独有的四个步骤：①呼吸治疗师登录“ICU Remote Desktop”应用程序，该应用程序与呼吸机（见图3左侧面板）上的微型PC建立远程连接。②一旦建立远程连接，两个窗口（Omnitool应用程序和视频采集卡）将在PC显示器（见图3右侧面板）上自动并排打开。③医护人员验证Omnitool应用窗口中的呼吸机序列号，确认与正确设备的连接。④医护人员在Omnitool应用窗口内进行电机控制呼吸机。视频采集卡窗口显示呼吸机监视器界面，以便呼吸治疗师可视化呼吸机设置、测量和波形[6]。

图3.美敦力PB980 呼吸机远程控制技术示意图

在2020年以前，日本光电推出了远程呼吸机管理技术-Protective Control®。该功能允许临床医生将第2个图形用户界面（第2个GUI）通过专用线缆连接到呼吸机的主单元，如图4所示。这使得医护人员可以从观察窗口监测患者，观察呼吸机的监测和报警，并且调整通气和报警设置，及时进行关键干预[6]。

图4.光电NKV-550 呼吸机远程控制技术示意图

3.应用于呼吸机的远程控制系统的设计

3.1 工作流

根据国内隔离病房典型管理途径，对使用呼吸机的重症患者，保持有护士24h值守，医生则维持流动，必要时床旁值守。

隔离病房一般配备监护仪、呼吸机、视频监控、中央监护系统等设备。当配置远程控制系统时，从患者进行病房到撤机全过程，整个医护和设备交互的工作流如图5所示。

图5.呼吸机远程控制功能临床使用工作流

在隔离病房中，重症患者使用的呼吸机和监护仪等医疗设备发生报警时，如果是简单情况，即护士可直接判断，就直接处理解除报警；如管路泄漏报警、气道或管路阻塞造成的高压报警；又如血氧指夹脱落造成的血氧低报警，护士也可以直接处理。如果是复杂情况，即护士不能独立判断，或者需要医生下医嘱处理，比如患者肺顺应性下降造成的高压报警，则需医生判断分析是否患者发生了肺水肿，抑或是否原发病情有变化等。这类情况则需要医生经全面诊断，可通过下药物医嘱通知护士执行，或者通过远程控制系统在隔离病房外调节呼吸机参数。还有更为复杂的情况，比如患者血氧下降而设备无异常，医生诊断为急性肺损伤，这时需要立即执行肺保护策略，医生通过远程控制系统调节呼吸机降低潮气量、采用呼末正压滴定等一系列操作。

3.2 技术实现

根据前文的概述，应用于呼吸机的远程控制功能是通过有线或无线网络，用户将呼吸机与远程控制软件连接配对后，在远程控制软件上显示和控制呼吸机通气模式、通气参数等信息，以保证患者时时在医护人员有效的监测，和与病情匹配的通气治疗策略状态下。

远程控制系统软件由公共通讯和安全通讯模块、呼吸显示和控制模块组成。其中公共通讯和安全模块负责整个网络连接，包括和呼吸机连接，以及设备制造商的接口软件连接。公共通讯和安全通讯模块还负责协议加密传输、用户认证等安全相关的工作。

呼吸显示和控制模块，主要负责在屏幕上显示呼吸机的界面，并提供控制菜单，支持认证用户更改这些控制项，并通过公共通讯和安全通讯模块将命令加密后发给呼吸机。图6为远程控制系统与被控呼吸机的互联示意图，呼吸机通过床旁设备网络接入到远程控制系统。

图6.呼吸机与远程控制系统连接示意图

远程控制系统连接到被控呼吸机，获取被控呼吸机的实时数据，在远程控制系统上呈现和被控呼吸机基本一致的人机交互界面。当没有发生控制时，数据流是单向的，即总是从被控呼吸机发往远程控制系统。

远程控制系统和被控呼吸机在握手时，远程控制系统需要和被控呼吸机设备交换各自的证书文件，基于证书文件中的公钥和私钥来交换加密用的密钥，然后使用这个密钥来加密数据，由于密钥是一对一的，确保被控设备的数据在网络传输过程中不会被窃取。

被控制呼吸机通过网络连接发送实时数据给远程控制系统，远程控制系统通过相应设备的界面显示这些数据。当用户需要进行远程控制操作时，需要先验证用户的身份，然后再验证该远程控制系统有对应被控制设备的授权码，如图7流程所示。

图7.远程控制流程

远程控制功能的入口在相应的显示界面上提供，和被控呼吸机端入口一致。和被控呼吸机端不同的是，远程控制系统软件在远程控制时需要验证用户名，密码和授权码后才能启动控制，否则用户无法打开控制界面，也无法发送控制命令。

远程控制系统只是负责发送一个控制命令，具体控制动作的执行是在被控呼吸机端执行的。因此在被控呼吸机端激活的一些安全控制措施，在远程控制系统中同样生效。

被控制呼吸机会记录所有的控制内容，以及这些控制来源于哪个用户。被控呼吸机上也会显示当前正在被远程控制的提示消息，确保设备旁的用户很容易识别到当前呼吸机正在被远程控制。

远程控制的所有指令都需要签名后才能发送，同时使用时间戳和授权码签名，确保命令不能被录制回放危害患者安全，也确保命令不会被发送给其他呼吸机。

4.小结

随着呼吸机和计算机技术的不断发展，医疗设备的智能化水平越来越高，呼吸机远程控制系统通过有线/无线网络连接至呼吸机，根据监测的患者信息反映的病情变化，实现在隔离病房外远程调整呼吸机，可使医疗资源实现快速整合与共享。本文主要介绍了当前在隔离病房中呼吸机通气护理的挑战，远程控制系统的发展，以及在隔离病房中呼吸机远程控制系统的应用流程与技术实现。指出呼吸机远程控制系统在高传染性疾病防治中的应用，可以减少医生与传染病患者的直接接触，较大地提高医护人员的工作效率，为患者提供更好的医疗保障。