基于物联网技术的监护仪信息集成和统一管理系统的构建

【作　者】许　修，张红蕾，李逸明，李　斌

1 上海交通大学附属第六人民医院，上海市，200233

2 上海交通大学附属新华医院，上海市，200092

基于物联网技术的监护仪信息集成和统一管理系统的构建

【作者】许修1，张红蕾1，李逸明2，李斌1

1 上海交通大学附属第六人民医院，上海市，200233

2 上海交通大学附属新华医院，上海市，200092

采用无线定位和无线通信等物联网技术，在医院现有无线网络的基础上，该文构建了多品牌监护仪的信息集成和统一管理系统。该系统可以实现监护仪设备状态和监护数据的采集，以及监护仪的定位，并通过Web服务器、视频服务器和定位服务器将所有服务接入医院内网，具有实时性、高效性和精细化的特征，且实施简单、成本较低。临床工作人员和设备管理人员可方便地在任何一台内网计算机上获取监护仪的设备状态和波形参数，系统的诸多应用为临床诊疗工作提供了便利，节省了人力；为设备管理工作提高维修维护的效率、准确度和精细度。该系统的构建为呼吸机、输液泵等其他移动式通用设备的集成管理和精细管理提供了有效的解决方案。

物联网；监护仪；信息集成；统一管理

0　引言

物联网技术为医疗设备，特别是监护仪、呼吸机和输液泵等大批量、可移动通用设备的集成化和精细化管理提供了新的思路和解决方案[1-5]。为了给临床诊疗提供方便，并实现监护仪的集成化精细管理，应用无线通信和无线网络定位等物联网技术，开发了监护仪信息集成和统一管理系统。该系统可进行监护仪设备状态、报警信息和波形参数的采集，以及监护仪的实时定位和轨迹记录。并将采集到的信息接入医院内网，实现全院范围的诊疗信息调用和设备实时管理。其诸多应用为临床诊疗和设备管理提供了便利，提高了效率，节省了人力。

1　关键技术

该系统的技术关键包括多品牌监护仪信息采集、监护仪定位、监护信息远程实时访问，以及设备状态与生命体征集成分析。为此，针对不同品牌的监护仪，设计监护仪信息采集模块，实现监护仪输出信息的采集；采用Wi-Fi定位[6-7]技术，实现了监护仪的实时定位；搭建视频服务器，实时转播监护仪中央站信号；将采集到的设备信息和生命体征存入数据库，便于回顾和分析。

1.1多品牌监护仪信息采集

监护仪输出的信息主要分为设备状态、使用报警、生理报警和波形参数4类。设备状态主要包括开关机和待机状态，设备运行状态，设备故障代码。使用报警包括电极脱落、指脉氧探头脱落等使用故障信息。报警信息主要包括心率不齐、血氧饱和度过低、心电异常等患者生理参数异常报警。波形参数包括监护仪显示的心电、血氧和脉搏的波形和参数。

波形参数信息通过采集中央站输出的视频信号，将波形和参数以视频的形式接入视频服务器，进行转播和存储。目前系统已实现波形参数在内网的实时播放，也可下载某一时段的视频，进行分析和教学。

目前尚无标准化的监护仪信息开放与共享的标准和协议，因此设备状态、使用报警和生理报警三类信息的获取是一个技术难点。只有少部分品牌和型号的监护仪公开了通信协议，可以通过机身的RS232 或RJ45接口直接读取设备状态和生理报警信息。只要根据接口通信协议，设计信息读取软件侦听接口的输出信息，然后将读取到的信息写入数据库。

所有品牌的监护仪，在本机屏幕和中央站屏幕上均有一固定位置和固定大小的区域，显示其故障和报警信息。对于未公开通信协议的品牌和型号，可采用对VGA接口输出的视频信息进行智能字符识别(OCR)的方式[8]来获取故障和报警信息。对视频信号的每一帧进行实时字符识别，需要较高的运算速度，由于报警信息在屏幕上一直显示数秒，所以只需等间隔选择部分帧进行识别。试验结果表明，每秒8帧及以上的识别速率即可保证不会遗漏报警信息。

通过组合采用上述信息获取方式，系统可采集90%以上的设备状态，以及所有使用报警、生理报警和波形参数。

1.2监护信息远程实时访问

将采集到的设备状态、使用报警和生理报警信息存入数据库，将波形参数以视频的形式进行直播并存入硬盘，开发相应的客户端，供医生和设备管理人员实时访问。

设备信息、使用报警和生理报警信息的访问采用B/S架构，传输应用超文本传输协议（HTTP），在浏览器中访问；波形参数视频的访问采用C/S架构，传输应用实时流协议（RTSP），在VLC、QuickTime等支持RTSP的播放器中访问。

上述服务的数据库服务器、网站服务器和视频服务器均位于医院内网，内网中的任意计算机或无线连接至内网的移动终端，只要得到授权，均可访问上述服务。另外，考虑到后期的回顾、分析和教学等应用，视频以H.264格式存储到服务器以供下载使用。视频被分割成15 min时长的小段，防止单个文件过大，下载时对网络造成过重负担；所有的视频在服务器保留30 d，防止占用过多的服务器存储空间。

1.3无线定位

常用于定位的无线技术有卫星定位[9-11]、RFID[12-14]、蓝牙[15-17]、ZigBee[1,18-19]、蜂窝移动网络[11,20]和Wi-Fi[6-7,17]等。各种技术的优缺点及在本系统的可用型见表1。

由表1可知，蓝牙、ZigBee和Wi-Fi定位可以作为该项目无线定位的候选方案，这三种定位技术均工作在2.4 GHz频段，均需布设基站，定位精度与基站的密度有关，均具有定位和数据传输功能。鉴于医院目前已有成熟的无线网络环境，且监护仪的图像信息需要很高的数据传输速率，同时考虑实施难度和成本控制，故选择采用基于Wi-Fi的指纹数据库的RSSI定位技术[21-22]。该技术可利用现有的无线网络和监护仪的无线功能实现，无需添置新的定位标签和定位设备，实施容易，成本较低。

1.4系统架构

为了满足上述技术的需求，系统架构图如图1所示，根据功能，整个系统可划分为信息采集模块、定位模块和服务提供模块。

图1　系统架构图Fig.1　System architecture

信息采集模块负责从中央站采集监护仪的参数、视频等各种信息，通过交换机和AP控制器将信息传输到服务器。定位模块主要由监护仪的无线网卡、AP和AP控制器，以及位于服务器上的定位算法组成。服务提供模块的硬件主要是服务器，功能包括信息服务、定位服务和视频服务。服务器通过交换机和路由器接入医院内网，在任何一台内网计算机上，可以通过浏览器查看设备信息和定位信息，也可以通过VLC、QuickTime等网络视频播放器观看监护仪输出参数和波形。

表1　各种无线定位技术的优缺点及在本系统的可用性Tab.1　Advantages and disadvantages of wireless location technologies and the availability of the system

2　系统应用

2.1临床应用

作为传输和记录患者监护信息的手段，临床应用包括远程监护、会诊、教学、自动生成生理信息记录等应用。

远程监护 只要得到授权，值班医生在任何一台内网计算机上均可查看监护仪的数据、波形和报警信息，能够实时掌握患者生命体征，及时发现潜在危险，并在发生紧急状况时迅速做出反应。

会诊 在会诊时，可以将患者的实时监护信息传输到会诊室，结合医院信息系统（HIS）和影像存储与传输系统（PACS）提供的病史和图像，为诊断和治疗提供更多的数据支持。

教学 利用系统提供的监护仪视频存储和下载功能，将诊疗过程中典型案例的监护信息下载下来，可以为教学提供更加直观和丰富的素材，从而获得更好的教学效果。

自动生成生理信息记录 根据护理质控的要求，需要每个小时记录一次监护仪显示的患者主要生命体征，之前一直由护士采用手工记录的方式。此项工作耗费了护理人员大量的时间与精力，尤其是在抢救室、观察室和重症监护室等紧急情况频发的场所，该项工作为本就稀缺的人力资源造成更重的负担。引入该系统后，利用OCR识别技术，将需要的生理参数自动识别并按小时打印出来，既满足了质控的要求，又节省了人力资源，将有限的护理资源集中于护理和抢救患者工作。

2.2设备管理

系统的设备状态采集、故障信息获取和实时定位功能可用于监护仪的维修维护、紧急调度、设备盘点、效益分析和可用性分析等多品牌统一管理工作。维修维护 当设备出现故障时，系统会即时提醒并给出故障代码和故障信息，设备管理部门的工程技术人员不用亲临现场即可判断设备品牌和故障类型，第一时间进行准确地报修。

紧急调度 定位功能可以实时确定每台设备所处的位置以及其是否正在使用，在紧急情况下，可以实现最快速的就近借调。

设备盘点 利用定位和轨迹功能，寻找盘点不到的设备，或者对丢失的设备进行追踪。

效益分析 利用信息系统进行详尽和实时的信息获取和记录能力，以及强大的计算能力，可以有效地解决医院内小型通用设备效益分析困难的问题。系统会详细地记录每台设备的开机时间、待机时间、工作时间和关机时间，并可以按月份和年份给出统计报表，计算出每台设备的开机率和工作量，准确地进行综合效益分析。准确的效益分析可以为提高设备使用率提高参考，也可为后续的设备采购计划提供依据。

可用性和维修性分析 根据设备的故障信息，可以计算出设备的故障时间造成的停机时间，以及故障时间与工作时间的比例，从而计算出设备的可用性；根据维修时间可以评估设备的维修性。对不同品牌监护仪的可用性和维修性进行分析比较，可以从多个角度分析监护仪的可靠性，为设备采购中的品牌和型号选择提供更多数据参考。

3　讨论

利用物联网技术，实现医学装备的信息集成和统一管理，实现临床应用和设备管理的智能化和精细化，是医学装备研究和探索的一个新趋势。监护仪、呼吸机和输液泵等移动设备难于管理的状况一直存在，物联网技术的应用为解决这一难题提供了新的思路和方案[6]。经过在临床诊疗和设备管理中的使用，上述监护仪集成管理系统具有以下特色和优点。

信息获取实时化、远程化和集成化 将Web服务、视频服务和定位服务接入医院内网，临床工作人员可以在办公室调取患者实时监护数据，设备管理人员在本科室能够实时监测设备运行状态，大大提高了临床诊疗和设备管理的效率。同时将监护仪数据与HIS和PACS系统进行集成，为医生的诊断和治疗提供更加详细的信息。

设备管理精细化和集成化 实现了多品牌监护仪的集成化统一管理，将通用小型设备的管理难题化繁为简；同时利用计算机系统的优势，进行频繁而重复的数据记录，归纳汇总为效益分析和设备可用性与维修性的数据。在此之前，很难对监护仪等移动设备的进行如此精细的管理和分析。

节省人力 通过计算机系统特有的连续采集、事件响应和计划任务等特点，将重复性的工作交给信息化系统，使临床医生和护士以及工程人员将更多的精力集中于诊断、治疗、护理和设备管理工作。

实施简单，成本较低 无线定位功能在原有无线网络的基础上即可实现，只需添加少量无线控制设备和软件。安装有无线网卡的监护仪即可实现无线定位功能，未安装无线网卡的监护仪虽然无法实现定位功能，但依然可以从中央站获取其信息，实现其他功能，在监护仪设备上不会增加成本。

当然，该系统也存在以下有待改善的问题：①虽然可以采集到主要的设备信息，但由于不同厂商开放的信息不统一，少数设备的部分故障代码无法准确识别；② 监护仪的报警信息实时推送至手机、平板电脑等移动终端，在技术上已经可行，但尚未实现，这是该项目需要进一步解决的问题。

4　展望

在成功获取监护仪信息的基础上，还可以继续开发相关的应用程序继续推广其使用范围和涵盖内容，进一步提高医疗信息系统的实时信息采集和传送能力，以最大化实现该系统的价值。

同时，物联网技术在监护仪信息采集和集成管理的成功应用，也为医院内其他可移动的小型通用设备的高效管理、精细管理和集成管理提供了新的解决方案，根据不同设备的管理需求进行合理设计，可将该系统扩展至呼吸机、麻醉机和输液泵等设备的统一管理。

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The Development of Information Centralization and Management Integration System for Monitors Based on Wireless Sensor Network

【 Writers 】XU Xiu1, ZHANG Honglei1, LI Yiming2, LI Bin1
1 Shanghai 6th People’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University, Shanghai, 200233
2 Xinhua Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University, Shanghai, 200092

Developed the information centralization and management integration system for monitors of different brands and models with wireless sensor network technologies such as wireless location and wireless communication, based on the existing wireless network. With adaptive implementation and low cost, the system which possesses the advantages of real-time, efficiency and elaboration is able to collect status and data of the monitors, locate the monitors, and provide services with web server, video server and locating server via local network. Using an intranet computer, the clinical and device management staffs can access the status and parameters of monitors. Applications of this system provide convenience and save human resource for clinical departments, as well as promote the efficiency, accuracy and elaboration for the device management. The successful achievement of this system provides solution for integrated and elaborated management of the mobile devices including ventilator and infusion pump.

wireless sensor network, monitors, information centralization, management integration

TP391.44

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.04.006

1671-7104(2015)04-0257-04

2015-06-24

上海市科学技术委员会科技支撑项目(1244190301)

李斌，教授级高级工程师，E-mail: libin2001@hotmail.com