物联网在智慧医院中的应用与规划

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2024/05/DTPT —————————— 收稿日期：2024-03-21 0 引言 随着医疗信息化的推进，医院物联网作为解决医 疗领域问题的有效手段，受到了广泛的关注。医院物 联网通过将传感器、设备和信息系统连接起来，实现 对医疗建筑环境、医疗设备和医疗服务过程的实时监 测和管理，提高医疗管理和医疗服务的质量和效率。 1 医院物联网应用需求 医院物联网在医疗设备管理、患者监测和医疗服 务等方面有广泛的应用前景。 1.1 医疗设备管理 医院物联网可以实现对医疗设备的实时监测和 管理，提高设备的使用效率和维护质量。通过对设备 状态、使用情况和维护记录等数据的分析，可以预测 设备故障和维护需求，提前进行维修和更换，减少设 备故障对医疗服务的影响。 1.2 患者监测 医院物联网可以通过传感器对患者的生命体征、 活动状态和用药情况等进行实时监测，提供个性化的 护理和治疗。通过对患者数据的分析和挖掘，可以发 现患者的健康风险和疾病趋势并提供早期干预和预 防措施，提高患者的治疗效果和生活质量。 1.3 医疗服务 关键词： 智慧医院；物联网；网络规划 doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2024.05.015 文章编号：1007-3043（2024）05-0088-05 中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 开放科学（资源服务）标识码（OSID）： 摘 要： 随着信息技术的快速发展，物联网技术在医院中的应用已经成为医疗领域的重 要研究方向。基于医院物联网应用要求，提出一个符合智慧医院建设要求的物 联网规划方法和技术架构，并提出了未来医院物联网的规划建议。 Abstract： With the rapid development of information technology，the application of IoT technology in hospitals has become an important research direction in the medical field. Based on the requirements of IoT applications in hospital，it proposes an IoT planning method and technical architecture that adapts to the requirements of smart hospital construction，and proposes the sugges- tions for the IoT system planning of the future hospital. Keywords： Smart hospital；IoT；Network planning 物联网在智慧医院中的 应用与规划 Application and Planning of IoT in Smart Hospital 孙一卓 1，李 烨 2（1. 中国电信股份有限公司深圳分公司，广东 深圳 518017；2. 广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东 深 圳 518048） Sun Yizhuo1，Li Ye2（1. China Telecom Shenzhen Branch，Shenzhen 518017，China；2. Guangdong Southern Telecom Planning and Con⁃ sulting Design Institute Co., Ltd.，Shenzhen 518048，China） 孙一卓，李 烨 物联网在智慧医院中的应用与规划 综 合 General 引用格式：孙一卓，李烨. 物联网在智慧医院中的应用与规划［J］. 邮电设计技术，2024（5）：88-92. 88 邮电设计技术/2024/05 医院物联网可以通过信息系统实现对医疗服务 的优化和管理。通过对医疗服务流程、资源分配和患 者满意度等数据的分析，可以优化医疗服务的流程和 资源配置，提高医疗服务的效率和质量。同时，医院 物联网还可以与医疗信息系统联动，提供在线预约、 远程诊疗和健康管理等服务，方便患者就医和获取医 疗信息。 2 医院物联网功能要求 根据《全国医院信息化建设标准与规范（试行）》 的要求，医疗物联网的重点功能要求涵盖了数据采 集、患者安全、资产和物资管理等方面。 2.1 数据采集 医疗物联网应能支持基于传感网络的物联网应 用架构，以支撑医疗环境下的各类设备的数据采集与 使用。三级以上的医院主要需求如下。 a）数据信息的加密传输。 b）通过红外线、射频等介质进行数据传输。 c）医疗设备的生命体征采集，大型医疗检查设备 的能耗数据采集，医疗环境下的温湿度、污染颗粒数 据的采集等。 d）数据采集设备的安全接入和审计。 2.2 患者安全 通过物联网终端设备，基于 RFID 电子标签的物 联网应用架构能够在医院就诊环境下支持患者业务 服务应用。 a）物联网终端的无障碍感应扫描，在不同业务场 景下感应功率可自动调节。 b）患者定位、身份识别、用药识别、业务监控等功 能。 2.3 资产和物资管理 通过 RFID 电子标签，基于传感网络的物联网应 用架构可实现医院资产或药品的管理。 a）RFID标签和医院资产的匹配绑定。 b）区域内资产自动识别和盘点管理。 c）医院固定资产管理、特殊药品的综合管理，包 括医疗设备、高值耗材、毒麻药品等物品的全生命周 期管理等。 3 医院物联网规划实践 本文在医院物联网建设实践中采用了基于场景 的规划方法，主要包括场景规划、网络技术选择、系统 平台搭建这几个重要的环节。其中，应用场景规划决 定了医院智能化水平，基于场景选择适用的网络技术 则是数据采集的基础，而物联网平台整体规划和设计 能够满足数据共享和异构网络互操作的需求。 3.1 医院物联网的建设场景 物联网的建设必须基于应用场景，场景一般包括 物理场景和逻辑场景。从物理角度上，医院分为不同 的物理空间，如门诊区、住院区、医技区等，门诊区域 又可以细分为导诊区、候诊区、就诊区等。不同的物 理空间有相应的物联应用场景，如门诊候诊区域有信 息发布设施、排队叫号设施、自助终端设施、门牌设 施、护士站服务设施等，住院病房内有输液设施、监护 设施、呼叫设施、探视设施等，这些设备设施都有向智 能化、网络化发展的趋势，是潜在的物联网应用需求。 逻辑场景指医院的各个流程，如就诊流程、输液流程、 手术流程、住院流程、急救流程等等，这些流程中的部 分环节，需要医护人员或者患者进行一些操作或核对 信息。随着医院管理水平的提高以及国家对医院数 据管理的要求越来越严格，传统手工录入的方式难以 满足医疗数据及时性、准确性的要求，因此这些流程 也需要采用物联网手段，提供自动化管理的能力。 除了国家智慧医院建设标准里列举的几个应用 场景外，随着医院信息化的深入发展，发现当医院管 理水平或管理要求越来越高时，医院对诊疗过程数据 的需求就愈发迫切。只有物联网这种自动化的采集 手段，才能够真正地让医院数字化成为现实。 3.1.1 院前急救 在院前急救中，物联网技术的应用可以提高救治 效率，降低患者死亡率，同时也为医护人员提供了更 加便捷、高效的工作方式。 a）实时监测和数据传输。 b）自动化记录和报告。 c）智能导航和调度。 d）远程会诊和指导。 3.1.2 数字化手术室 在数字化手术室场景中，物联网技术的应用不仅 提高了手术室的工作效率和管理水平，还为医生和护 士提供了强大的数据支持和技术辅助，从而提高了手 术的安全性和成功率，主要功能如下。 a）数据质控与成本核算。 b）实时监测与临床决策。 c）围术期管理优化。 孙一卓，李 烨 物联网在智慧医院中的应用与规划 综 合 General 89 2024/05/DTPT d）手术示教与行为管理。 e）手术器械自动化管理。 3.1.3 智慧病房 在智慧病房场景中，物联网技术的应用不仅提高 了住院病房护理服务的效率和质量，还改善了患者的 就医体验，主要功能如下。 a）体征数据连续采集。 b）无线智慧输液监护。 c）人员和资产定位。 d）医疗废弃物管理。 3.2 医院物联网网络规划 3.2.1 医院物联网的主要网络技术 物联网技术在医院中的应用涉及多种协议，网络 主流协议的选择包括传输层协议、网络层协议和应用 层协议等，需要根据具体的应用场景选择合适的网络 协议，以实现设备之间的互操作性和数据共享。当前 主要的技术选择包括5G、NB-IoT、蓝牙等，每种协议都 有其特定的技术参数和优缺点，具体如下。 a）Wi-Fi。Wi-Fi 支持高速数据传输，使用 2.4 GHz或 5 GHz频段。在智慧医院场景下，Wi-Fi适用于 网络覆盖范围广、数据传输速度快、需要传输大量数 据的应用场景，其缺点是功耗相对较高，且在高密度 设备部署的环境中可能会遇到信道干扰问题。 b）蓝牙。蓝牙是一种短距离通信技术，通常使用 2.4 GHz 频段，传输距离较短，设备体积小，功耗低，适 用终端类型广泛，可用于智慧医院的各种可穿戴设备 和医疗设备的近距离通信。 c）RFID。RFID 标签成本低，尤其是 UHF 无源标 签，成本较低，可以在非视距的情况下读取数据，非常 适合资产管理和追踪，在医院内被广泛应用于医疗器 械管理和智慧医疗等领域。但其数据传输速率较低， 通常只用于简单的数据收集。 d）ZigBee。ZigBee 是一种基于 IEEE 802.15.4 标 准的低功耗局域网协议，支持低速率的数据传输。 ZigBee 设备功耗低，成本相对较低，网络部署简单，适 合自动化控制和传感器网络。ZigBee的传输距离和速 率都不如Wi-Fi，不适合传输大量数据。 e）LoRa。LoRa 技术是一种低功耗、长距离覆盖 的园区网络覆盖技术，这对于大型医院园区或者需要 远程监控的患者来说非常有价值。LoRa 技术可以用 于患者监护、资产追踪、药品管理等多个场景。 f）5G。5G 的理论下载速率峰值高达 20 Gbit/s，网 络延时不超过 4 ms，传输速率比 4G 快 10~20 倍。例 如，基于5G网络，可以将急救车内的音视频数据、电子 病历、生命体征数据实时发送到远程医疗服务平台， 后台医生能够实时对急救现场进行远程救治指导，实 现院前与院内信息系统的无缝对接。 g）NB-IoT。NB-IoT 又称为 LTE-Cat.NB-1，是由 3GPP标准化组织定义的一种技术标准，是专为物联网 设计的、可在全球范围内广泛使用的窄带射频技术。 NB-IoT 具有低功耗、低成本、广覆盖、大连接等优势， 可采取带内、保护带或独立载波 3种部署方式，并与现 有网络共存，在医疗行业中可被广泛应用于居家监护 等领域。 3.2.2 智慧医疗物联网技术的选择策略 医院在选择物联网协议时，需要根据具体的技术 参数要求、覆盖要求、安全性要求、成本预算以及现有 设施的兼容性等因素综合考虑。 技术参数的选择包括传感器类型、通信方式、数 据传输速率和电源等方面。 大流量、高并发的应用或者低带宽、低功耗的应 用，可以选择采用广域网的协议，5G 技术是一个很好 的选择，但是因为医院数据安全和管理的要求，即使 采用网络切片，也必须考虑满足安全监管和三级安全 等要求。通常的广域网技术在智慧医院中，还无法完 全替代局域网。 网络覆盖的规划要点包括设备布局、信号强度和 网络拓扑等，需要根据医院的具体情况，合理布局设 备，以确保网络信号的覆盖范围和强度，同时还需考 虑网络拓扑的设计，以提高网络的稳定性和可靠性。 对于新建医院，在医院的建筑设计中，一般会建 设全院区覆盖的 Wi-Fi无线数据网络。那么在物联网 的部署中，可通过在现有的无线 AP 中叠加物联网模 块，实现相应制式的物联网覆盖，节约了有线传输、供 电等设施。 在覆盖距离上，蓝牙技术传输距离短，想要实现 全院覆盖，蓝牙基站的部署数量会比 Wi-Fi 多一个数 量级。但是，在院内导航和定位上，采用短距离覆盖 的蓝牙信标可提供更加高精度的位置信息服务，能够 提高院内患者的体验。 因而，智慧医院的物联网规划需要将广域网和局 域网结合起来。在建设院内网络时，将长距离大范围 整体覆盖和短距离精准覆盖结合起来，在一定时间内 都将是医院的主流选择，但多种网络制式的共存也会 孙一卓，李 烨 物联网在智慧医院中的应用与规划 综 合 General 90 邮电设计技术/2024/05 带来重复投资、多种制式终端的兼容性和互通性问 题，这就有必要在医院信息化架构设计中引入物联网 数据平台。 3.2.3 多源异构物联网技术的互操作性问题 物联网技术在医院场景中的多源异构问题可以 通过采用统一的物联网平台和标准协议来解决，从而 实现不同设备和系统之间的互联互通。 a）建立一个统一的医疗物联网平台，整合来自不 同厂商和不同类型的医疗设备和系统。 b）在数据层面，可制定或采用通用的数据互操作 协议，确保不同的医疗设备和传感器能够相互识别和 交换数据。 c）在数据应用过程中，需要确保数据传输和存储 的安全性，防止患者信息泄露或被未授权访问。 d）利用人工智能、大数据分析等技术，对收集到 的数据进行深入分析，以提供更加精准的物联网接入 服务和决策支持。 上述措施可有效解决医院场景中多源异构物联 网设备的互联互通问题，推动智慧医院的建设。 3.3 物联网平台架构设计 智慧医院是建筑与医疗功能的有机结合体。在 系统建设、网络规划过程中，本文采用了场景化的规 划方法。建筑是一个物理空间，同时建筑也是就医流 程的一个物理载体，无论患者还是医护人员，在空间 中的主要需求包括舒适（体现在温度、湿度等环境参 数）、便捷（所有与空间的相关服务都能够方便地获 取）、融洽（人本身及其意图在空间中可被感知，并能 被引导到需要去的地方，从而高效地完成他在这个建 筑物中需要完成的任务，如就医、探视等）。因此，本 文把物联网嵌入到建筑体中，作为一个重要的基础设 施，在每个空间内将各种流程线与人的动线结合起 来，使建筑更加鲜活。智慧医院总体架构如图1所示。 物联网的核心需求是物联感知与设备管理，将物 联平台抽象出来，构建医院的统一物联网的中台，主 要分为 4层：感知层、网络层、平台层（包括物联设备管 理平台和大数据平台）和应用层（见图2）。 感知层是物联网的最底层，主要负责收集信息。 在医院环境中，感知层设备包括各种传感器、监测设 备和智能终端，如患者监护设备、环境监测传感器等， 该层的作用是监测和收集数据，如患者的生理参数、 医疗设备的使用状态、药品库存等信息。在系统规划 过程中，感知层需要确保传感器设置场景的准确性和 终端运行的可靠性；选择适合医疗环境的传感器材料 和设计；考虑设备的能耗和寿命；保证设备的兼容性 和扩展性。 网络层负责将感知层收集的数据传送到平台层 图1 智慧医院总体架构 设备管理 舒适的就医环境 专业设备 智慧 医疗 应用 智慧 医院 技术 智慧 建筑 室内定位 信息基础设施（网络、机房、光网络、物联网、5G、Wi-Fi6……） 功能空间（门诊、病房、检验、手术、科教、实验、后勤等） 无边界服务 极致的就医体验 智能学习 持续改进 高效的医院管理 精准的医疗服务 刷脸通行 无感停车 智能引导 信息互动 极速上网 无感支付 在线问诊 自助服务 智能导诊 智能辅诊 智慧审方 远程影像 双向转诊 临床路径 能耗管理 资产管控 绩效管理 费用管理 D R G S 照明 空调 给排水 …… 智慧停车 配电 电梯 …… …… 入侵报警 巡更 门禁 视频监控 安全管理 洁净空间 医废处理 医用物流 医用净水 医用气体 临床信息化 电子病历 医疗智能化 护理呼叫 候诊呼叫 视频示教 ICU探视 病房娱乐 HR 科研管理 OA 财务管理 资源管理 医疗管理 手术麻醉 LIS PACS 合理用药 智能化集成平台 …… …… …… 大数据 室内定位 室内定位 信息化集成平台HIS/EMR 室内定位 A I 孙一卓，李 烨 物联网在智慧医院中的应用与规划 综 合 General 91 2024/05/DTPT 进行处理和分析，实现数据的传输和通信，确保数据 的完整性和实时性。该层包括本地局域网（LAN）、广 域网（WAN）、无线网络和可能的网关设备。在规划过 程中，该层需要建立稳定高效的数据传输机制；确保 网络数据安全；规划网络的覆盖范围和带宽需求。 平台层是物联网的核心，包括物联设备管理平 台、大数据平台和应用使能平台。这一层负责设备的 管理，数据的存储、处理、整合和分析，提供决策支持， 为上层应用提供支撑。在该层级的规划中，需要确保 平台的可扩展性和灵活性；构建高效的数据处理和分 析能力；实施严格的数据安全和隐私保护措施；提供 友好的用户界面和操作体验。 基于以上功能，将平台层的数据分析结果转化为 实际的医疗服务和管理功能，服务于医护人员和患 者。无论选择什么样的物联网架构，都要综合考虑技 术、安全性、合规性、用户需求和成本效益等多方面因 素，以实现高效可靠和可持续发展的智慧医疗服务。 4 结论 医院物联网作为医疗领域的重要发展方向，具有 广阔的应用前景。但是医院物联网应用不是结果，而 是提高医疗服务质量和效率的手段，因而尤其要注重 用户体验，为用户提供便捷、安全和个性化的医疗服 务，提高不同用户对医院物联网应用的接受度和使用 率。 通过加强技术研发、推动政策支持和提高用户体 验等方面的工作，可进一步推动医院物联网应用的发 展，为医疗服务的优化和提升提供有力支持。 参考文献： ［1］ 李艳芝，赵丽娟，黄乐 . 物联网在智慧医院中的应用［J］. 智能建筑 电气技术，2022，16（2）：102-104，162. ［2］ 宋海军，李厚哲 . 物联网技术在某智慧医院的设计与应用［J］. 建 筑电气，2021，15（2）：16-18. ［3］ 马立富 . 物联网技术在智慧医院建设中的应用［J］. 数字技术与应 用，2023，41（9）：69-71. ［4］ 杨春艳 . 探讨物联网在智慧医院建设中的应用［J］. 信息系统工 程，2018（9）：130. 丆丆丆丆 丆丆丆丆 丆丆丆丆 丆丆丆 丆丆丆 丆丆丆 作者简介： 孙一卓，毕业于澳洲昆士兰大学，硕 士，主要从事网络架构规划和网络配 置维护等工作；李烨，毕业于中国科 学技术大学，硕士，主要从事信息化 咨询和建筑机电规划设计工作。 图2 智慧医院物联网架构 UWB/蓝牙/RFID/Zigbee/Lora/NB-IoT/MQTT …… 急诊绿色 通道 无线输液 冷链管理 资产管理 废弃物 管理 患者/ 婴儿定位 应用 使能 标识服务 报警管理 安全服务 位置服务 可视化