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移动医疗拥抱物联网—— 华为医疗物联网解决方案

2019-03-18 1054
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“十三五”期间,“健康中国”上升至国家战略,基于“云大物移”等新兴信息技术的应用作为健康中国的驱动力而备受关注。医疗物联网以其在人员定位、资产管理、输液健康、病人监护、行为合规等业务的应用,极大提升了医疗效率,减少医疗差错。华为敏捷分布式无线网络方案,以医疗物联网的业务应用实现的技术需求出发,分析目前物联网与Wi-Fi网络建设结合的建设思路,总结出一套开放的、可持续发展的医疗物联网建设模式,让医疗机构可以轻松应对物联网需求。

1.医疗物联网概述

医疗物联网即通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备,按约定的协议,把医疗业务相关的人员、资产、物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现医疗机构智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之,医疗物联网就是以服务医疗业务为目标“物物相连的互联网”。


1.1医疗物联网架构



图1 医疗物联网架构图


大脑中枢 — 面向大数据的云化开放平台

• 基于大数据的物联网海量数据处理、决策

• 基于生态建设的物联网中间件云管理平台

• 云化的基础架构,敏捷部署运营


神经网络 — 全联接敏捷网络

• 物联网 AP:内置蓝牙,平滑升级 RFID、ZigBee

• 有线网络:通过有线网络将物联网网关接入平台

• 3/4G:基于运营商网络的物联网卡接入平台

• LAWAN:利用 NB-IoT、LoRa、LTE-e 等低功耗广域网技术接入平台


末梢神经 — 物联网传感器

• RFID、蓝牙、WIFI 等多种频段回传数据

• 涵盖智能化、信息化两套系统


1.2医疗物联网实现的技术手段

业界常见的物联网实现技术有Wi-Fi、蓝牙、RFID、ZigBee以及LoRa等,各种技术的对比见下表。


表射频技术对比表

通信技术 Wi-Fi 蓝牙 RFID ZigBee LoRa
工作范围(米) 100 30 1-100 100 1k-10k
速率 1G+ 22M 250k 250k 5k
电池寿命 1天 数天 数月-年 数月-年 3-5年
模块成本(元) 20 10 40 40 45
定位精度 3-5m 1m 1m n/a n/a
工作频段 2.4G/5G 2.4G 125k/433M 2.4G 433/868/915 MHz
特点 带宽大,穿透性差,功耗高,技术标准 带宽中,穿透性差,功耗高,技术标准 带宽低,穿透性中,功耗中,需定制 带宽低,穿透性中,功耗中,需定制 带宽低,穿透性优,功耗中,需定制

2.医疗物联网应用

医疗物联网应用从数据类型可以分为两大类,一类是跟位置信息相关的,如婴儿防盗、资产管理、行为分析等;另一类是纯数据类型的,如生命体征监护、温湿度管理等。按照场景分为院前急救、院内人员资产管理、医疗安全管理以及院外恢复监控。


2.1院前急救

病人在院前急救的过程中,救治时间对挽救患者生命十分珍贵。借助物联网传感器,可以将患者实时的心电图、脉搏、体温等生命体征信息,以及其他检查结果实时通过4G网络传回医院。在来医院的路上,医生可以提前完成会诊,等病人来到医院直接安排治疗工作,争取更多救治时间。


2.2院内人员资产管理

医院内部的医疗设备,如PACS推车、呼吸机等设备会在不同科室间移动,在使用设备的时候经常出现设备找不到,甚至丢失的问题。借助于物联网标签以及物联网定位技术,可以实时确定设备位置、状态等信息,快速找到设备。同时,结合报表系统,能够统计汇总出设备的使用情况以及盈利情况等信息。医院输液一旦漏针,会造成严重医疗事故,通过输液泵的红外传感器和重力传感器系统,能够监测输液速度,并在漏针或者液体输完的时候,自动关闭输液,防止医疗事故的发生。通过心率、体温等传感器,可以在不打扰病人休息的情况下,完成生命体征测量,并自动记录到医疗系统中,既提高服务效率,又改善就医体验。


2.3医疗安全管理

在妇产科,婴儿被盗、抱错等事故常有报道。借助医疗物联网技术,可以实现母婴配对,当母亲标签和婴儿标签靠近时,如果匹配则通过认证,否则告警;利用电子围栏技术,在病区门口,通过近距离定位器结合门禁系统,能够在未授权婴儿靠近出口的时候报警,并完成门禁自动落锁功能,防止婴儿被盗。在感染科,SARS等严重感染病患者是禁止私自外出的,一旦发生病人出逃的情况,会造成社会安全问题。通过电子围栏技术,同样可以防止重感染病人出逃问题。


2.4院外恢复监控

糖尿病、心脏病等慢性病管理,需要在院外长时间的监控病人相关指标。一方面,可以长期跟踪病人生命体征情况,在必要的时候可以通知病人复查或者住院治疗;另一方面,在突发情况下,如心脏病突发,医疗物联网系统会及时通知患者家属或者医院,采取急救措施,防止意外的发生。

3.医疗物联网建设模式

从上文的医疗物联网业务可以看出,医疗机构对物联网的需求是有很强的科室属性,也就是说应用范围和应用方式是根据业务定制化建设的。物联网射频信号,作为连接传感器和有线的载体,在信号覆盖方式上与Wi-Fi网络类似,越来越多的医疗机构在建设Wi-Fi网络的时候,考虑在Wi-Fi网络的基础上扩展物联网射频信号,避免在后期重复施工布线造成的浪费。


3.1医疗物联网建设模式

常见的Wi-Fi信号的物联网射频统一建设的模式有两种,一种是紧耦合模式,一种是松耦合模式。但是无论采取哪种模式建设,基于RFID、ZigBee等技术的物联网应用并不通用,医疗物联网硬件和软件是强绑定关系,不同厂商之间的硬件和软件系统是不能天然融合的。

紧耦合方式则是通过定制化的产品,将无线接入点设备内部集成了Wi-Fi射频的同时,支持PCIE插槽,通过定制化开发将RFID、ZigBee、蓝牙等射频插卡通过内置的方式集成在产品中,可以作为一款定制化的产品支持医疗物联网应用,如图2所示华为AP4050DN-E架构。这种方案的优点是能够一套网络满足多套信号的覆盖,节省重复投资建设造成的资源浪费。但是,紧耦合模式的缺点也很明显,大量的定制化开发工作造成了上线周期长的问题。同时内置插卡需要和无线接入点制定厂商深度对接,这样也造成了严重的技术壁垒,没有对接的厂商无法基于这一方案实现物联网射频基于AP设备平滑升级。


图2 华为AP4050DN-E紧耦合模式

松耦合方式则是目前业界能看到最主流的方案,该方案在普通AP设备上,通过支持PoE OUT功能,用AP对物联网网关进行供电,完成基于Wi-Fi网络的物联网射频升级。该方案不仅在扩展方式上是开放的,没有厂商壁垒;同时,升级成本低,不需要任何定制化开发。


3.2华为开放的医疗物联网架构

在医疗物联网的建设中,基于Wi-Fi的移动医疗是医疗物联网最基本的要求,同时也是方案的核心。在Wi-Fi信号的覆盖中,需要先建设完成无盲点的Wi-Fi网络,如图3所示。在Wi-Fi网络的设备选型中,考虑在每个房间、过道,以及门诊和会议室等开阔区域保留开放的物联网升级接口,满足在各种场景下的医疗物联网平滑升级。


图3 医疗物联网建设方案

华为针对医疗场景给出定制化的解决方案。在病房和手术室采用敏分架构,敏分架构由中央AP9430与远端模块R250D-E组成,中央AP放置于弱电间,一个中央AP可以下挂24个,最多48个远端模块,中央AP和远端模块之间通过网线互联,中央AP负责管理,远端模块负责信号覆盖,具备以下优点:

1)更高带宽:每个房间802.11ac Wave2, 最高1.2G带宽,入室双条流(业界最高性能);

2)避免施工:通过网线连接,施工更加方便;

3)方便管理运维:管理通过中央AP完成,管理节点减少95%,故障点可以定位(传统馈线方式无法定位天线故障和馈线故障);

4)更方便的扩展性:病房、过道的远端模块,全部支持PoE OUT功能,给物联网模块供电。架构更加开放,升级物联网应用无需定制化开发,也不存在业务厂商强制绑定;

5)内置蓝牙;

6)支持房间级定位:能够判断终端从哪个远端模块接入,达到房间级的定位。


结束语

医疗物联网技术的应用,可以帮助实现医院治疗、管理、服务过程的智能化、信息化,通过建立一体化的管理系统、护理体系、服务体制,可以帮助医院提高服务水平,优化了各项资源配置,从而提高了医院的工作效率,为病人提供更加人性化的服务。医疗物联网应用目前还处于探索和起步阶段,建设标准和建设模式也不尽相同。医疗机构需要结合自身业务需求,做整体和统一的规划,为医疗物联网建设预留开放的接口。同时,医疗物联网的不成熟造成了硬件和软件架构昂贵,在建设过程中可先采取试点的方式摸索出一套适合自身需求的建设模式,循序渐进地推广,最终实现医院拥抱医疗物联网。

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