医院智慧云病房系统架构

随着国家“健康中国”发展战略的实施和对现代智慧科技赋能的大健康生态体系的不断探索，医疗行业的格局正在不断革新，力求实现以“精准医疗、精诚服务、精益管理”为核心理念的价值医疗，涵盖诊前、诊中、诊后的全流程健康医疗服务体系正在形成。其中，智慧病房的建设与患者的就医体验、医护的诊疗服务水平以及医院能源、设备等的管控关系十分密切，且需要在设计及基建阶段就进行整体规划与实施。

病房是整个医院中的耗能主体，也是各种医疗设备的载体，更是患者生活和治疗的主要场所。智慧云病房以辅助医疗为目标，是智慧医疗中的主要应用场景，同时也是医院智能化、信息化程度提升的一个重要标志，更是医院核心竞争力的具体体现。综合医院需充分运用信息化、智慧化手段，提升智慧化运行管理能力。医院借助5G、物联网、云计算等新技术，搭建基于物联网架构的智慧云病房系统，就是为了适应这些医疗服务需求的变化。

智慧云病房旨在提升病患的照护体验、减轻医护人员的工作量、用大数据提高医院的管控水平和有效降低医院能耗，具有高效、便捷、安全、人性化等优点。智慧云病房中作为医疗辅助数据采集终端的各类医用传感器也更加丰富了各类医学数据的采集来源，为未来医疗大数据的分析和利用奠定了坚实的基础。

目前，医院的病房普遍存在一些问题：

01

患者的收治信息与诊断体征，仍主要依靠医护人员人工抄写录入和核对，工作量大、效率较低。

02

患者的住院生活便捷性显著较低，且患者与陪护家属需要获取的各类信息，大部分需要经过奔波才能获取，无形中增加了医院人员密集区域的人员流动量，不利于感控。

03

患者的精神需求得不到充分满足，情绪低落会影响康养进程。

04

医院与患者的交互性差，缺少有效互动。

05

病房的灯光、门窗、空调、新风、电器等设备控制极不方便，无菌科室容易感染。

06

病房内智能化系统数量庞杂，未能进行有效整合，新系统、新技术难以接入。

二

智慧云病房系统建设规划

针对目前医院病房普遍存在的痛点，建设基于物联网架构的智慧云病房系统，以期较好解决上述问题。智慧云病房指的是通过云计算、物联网、RFID技术和传感器等新技术，以智能终端设备为载体，通过管理和服务的数字化、智能化与网络化，实现病房人性化服务、便捷高效管理、智慧诊疗和节能降耗。智慧云病房在建设和发展中往往呈现出四个鲜明特征：

01

提供更多人性化服务。智慧云病房在定位、建筑环境设计、系统架构、服务流程等方面紧紧围绕这一目标展开。

02

便捷高效管理。智慧云病房的发展过程就是不断优化、创新管理和服务的过程，通过后台、手机可视化技术以更少的人力便捷高效的管理更多的病房。

03

辅助诊疗，实现床旁智慧查房和病患相关疾病诊疗大数据的建立。

04

注重节能降耗。依托房间的集中控制、统一控制来实现整体的节能降耗、能源管理。

具体建设思路如下：

①

统一部署、高速轻量运营。 在病房内部署一套对接性、扩展性很强的硬件系统，具备显示功能、通讯功能、交互功能、输液报警功能、接口扩展功能等，使智慧病房各类软硬件应用能以此为整合平台。日常运维管理主要对接一个主要厂家即可。智慧云病房的建设采用智慧病房控制器RCU（Room Control Unit），RCU能够把诸如WIFI、ZIGBEE、蓝牙、z-wave等多种通讯方式的网络连接起来，上传数据到云端，后期可再植入其他功能模块或智能系统。

②

全方位监护病患体征。 以床旁分机为中心，可延伸扩展各种物联网终端。借助先进的智能体征监测床垫与各种小巧的物联网体征检测系统，实时记录病人在住院、睡眠等状态下的体征。与智慧云病房系统服务交互平台联动后，一旦监测到异常情况，可立即通知相关医护人员，确保患者的健康状况得到24小时全方位监护。

③

减轻医护人员工作压力。 借助信息化手段与对应场景的硬件终端，彻底使病区信息的汇集、生成、流转摆脱人工依赖，使病房管理中的数据同步、发布、读取、查对与归档，借助电子系统自行完成。

④

做好信息互联互通工作。 彻底打通病房与诊疗、医技科室的信息流壁垒，使医护患人员借助智能终端可以轻松查阅、调取各类临床报告诊疗信息。

⑤

提升病患入住体验。 借助床旁终端，使病人和陪护人员能够轻松自助完成诸多住院生活中原本需要专程奔波的工作，如商超、点餐等，让住院更便捷，让护理和陪护更轻松；借助HPTV服务器，通过床旁分机等终端，为病人带来独立性更强、隐私性更好的床旁娱乐体验，让住院生活变得丰富多彩，不再无聊无助；借助床旁设备，针对性、个性化地实现多元化的宣教广播、医护患沟通互动、病情随访、医嘱执行等，同时优化医护人员工作流程。

⑥

建设大数据云平台，提高病区精细化管理水平。 可为医护人员提供房间环境、电器状态、病人信息等各种大数据，并可远程管理和控制。能够按多种预设模式、时间模式或远程模式云端管控无菌科室（如手术室、烧伤病房、皮肤病房、ICU、CCU等）的灯光、门窗、空调、新风、智慧病床、电器等设备，极为方便且不容易感染。

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三

智慧云病房系统架构设计

各种网络的体系结构都是按照分层的思想建立的。分层就是按照数据流动的关系对整个物联网进行分割。基于物联网架构的智慧云病房系统主要由四大部分组成：智慧云病房的综合应用（即应用层）、大数据及云平台系统（即处理层）、通讯系统（即网络层）、物联网现场数据采集及控制部分（即感知层）。系统架构图如图1所示。

01 感知层

感知层就像人体的眼、耳、鼻、喉和皮肤等部位的神经末梢，可通过识读器、传感器网络、RFID标签和读/写器、摄像头、GPS等识别物体和采集数据，按约定的协议，把在医疗场景下的器械、设备、试剂等与互联网连接起来，实现智能化识别、定位跟踪、监控和管理。感知层的设备通常会组成自己的局部网络如无线传感器网络（WSN），这些局部网络通过各自的网关设备接入互联网。

02 传输层

传输层则是“神经中枢”，负责传递感知层获取的信息。感知层的信息传输可分为两个阶段：第一阶段，通过短距离通信介质传输到互联网上，涉及的技术主要有蓝牙（Bluetooth）、超带宽、ZigBee、智能网关和无线传感器网络（WSN）等，可根据感知层设备的种类及所处环境选择合适的方式接入互联网；第二阶段，通过互联网传输到终端用户，涉及的技术主要有远距离有线、无线通信技术和网络技术，比如、4G/5G移动通信技术、微波通信、卫星通信等无线通信技术以及光纤通信等有线通信技术。

03 处理层

处理层相当于人的“大脑”，对传输层的数据进行分析处理及智能决策。涉及的技术主要有云计算、数据挖掘、搜索引擎等。在传统的物联网三层体系架构中，处理层与传输层合为一层，而把它独立划为一层，旨在突出云计算等新技术的应用。把云计算和物联网放在一起，是因为他们关系非常密切。物联网的体系架构中有着对数据的海量存储和计算的要求，而使用云计算是最省钱的方式。用户可以利用各种终端设备通过网络接入云平台，随时获取与使用、按需扩展计算和存储资源，并按实际使用的资源付费。

04 应用层

应用层的主要功能是对感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，最终实现智能化的管理、应用和服务，是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口。在应用层可以进行与业务相关的处理，完成跨行业、跨应用、跨系统之间的信息共享、互通、协同；也可以为终端用户提供所需要的服务程序。

05 网络架构和基础设备拓扑

通过利用房间内的物联网系统、传感器系统、嵌入式（ARM系统）等技术手段，对病房内的各种环境物理量、电气设备的状态和患者生理信息等数据进行实时在线采集和管理；通过通讯系统上传到智慧云病房大数据云平台；系统云平台根据一定的算法、大数据、系统模式和深度学习等智慧运算，自动下传数据；再通过相应的硬件系统和执行机构，实现对所有子系统的设备、电器的数据管理和远程智能化控制，最终满足医院对病房舒适、节能、方便和高效管理的需求。智慧云病房网络架构拓扑图、基础设备拓扑图如图2、3所示。

图1 基于物联网架构的智慧云病房系统架构图

图2 智慧云病房网络架构拓扑图

图3 智慧云病房基础设备拓扑图

四

智慧云病房的主要功能

智慧云病房的建设是以体验为导向，即病患、医护、医院管理者的感觉，比如简单、便捷、高效、愉悦的感觉；以平台为基础，利用平台化思维整合病房里的各类应用，借助物联网、云计算、5G、人工智能等新技术建设统一平台进行管控；以场景为核心，探索病房区域内各种场景的应用，优化流程和交互体验。基于物联网架构的智慧云病房典型应用场景如下：

01

物联网数据采集： 医院院内布设5G网络，依赖于5G的大连接特性，院内监护设备、个人可穿戴设备都可以实时独立联网，真正做到可持续监控，为医生的诊疗起到辅助作用，为患者提供不间断的医疗监护。设备测量完成，结果自动录入，自动同步护士站数据看板。

02

床旁智慧查房： 同医院HIS系统“空中”联通，医护人员在查房模块身份验证后，系统自动记录查房人员、床号、查房时间等相关信息，生成表格供相关人员查阅。提高医护人员工作效率。疫情期间可降低移动推车等设备出入多个病房造成的交叉感染风险。

03

床旁探视： 实现高带宽清晰远程视频诊疗/探视，传递多个专家诊疗意见和家人的鼓励，增强康复信心，配合医护管理工作。在疫情或突发公共卫生安全事件时，可第一时间采取隔离措施。

04

床旁智慧宣教： 借助5G的高带宽性能，提供专业的宣教内容，不占用院内的带宽资源。实现多点同步流畅反复播放，使护士宣教更轻松，且能实现宣教内容的标准化与个性化结合的方式，使床旁宣教更加人性化。

05

床旁线上服务： 提供点餐、购物和护工聘请接口，提供支付结算入口，所有服务经医院权威认证，规避患者使用风险。在疫情期间，可有效减少陪护人员出入电梯、商超、餐厅、门诊大厅等人员密集场所，减少院内人员流动量，同时提升患者体验和病区管理水平。实时展示医院支付系统结算二维码，患者床旁扫码自助结算。

06

床旁多媒体娱乐： 可提供电视直播和视频点播等服务，有效安抚患者治疗过程中的情绪，同房患者互不打扰，营造和谐的病房环境。

07

多功能模块支持灵活配置升级： 在VIP病房床旁分机集成智能病房控制模块，可实现在床头统一控制灯、空调和窗帘等，为患者提供高档酒店式的入住体验。

08

应急医疗场景下的应用： 应急情况下，医院的普通病房可能会改造成临时ICU重症病房，需要增加大量的心电图机、监护仪、血氧仪等诊疗设备。在固定的病房中，这些诊疗设备通常都是有线方式接入网络。借助自适应物联网网关产品，能够实现诊疗设备的无线化、移动化应用，实现诊疗设备即插即用、灵活机动调配，满足应急医疗场景的需要。另外，借助5G网络，可实现5G配送机器人自动导航路径规划、安全避障、语音指令、定时提醒，进入隔离病房递送物品药品食品，减少交叉感染风险和降低医护工作量。

通过智慧云病房的建设，逐步实现病房内物与物联、人与物联、万物互联。物与物联，物联网感知房间内的声、电、位移、力、热、光等信号，根据事件发生对象、空间、环境以及时间等相关信息来判断事件，物体从感官到智能相联，经大数据运算并上传到云平台。智慧云病房系统通过房间智能控制器，将病房内电器设施联网集中控制，让病人操作便捷化，后台数据清晰化，病人体征可视化，能耗管理可控化。人与物联，人-机智能交互，通过物联网及传感器等技术，实时采集病人的各项生命体征数据进行管理和分析，供医护人员参考；同时，管理者或病人可通过物联网控制房间内的所有电器和设备。万物互联，把所有的人和物互联起来,进行信息交换和通讯，以实现智能化采集、识别、定位、跟踪、监控和管理，实现真正意义的万物互联。

五

主要实施内容

智慧云病房系统可采用功能模块化设计，逐步完善云平台大数据，可实现对其它智慧系统或设备的兼容和扩展。首先完成智慧云病房的基本建设，再逐步增加病人生物信息数据采集功能模块等其他系统功能模块。

01

病房综合布线： 系统采用C-BUS总线式模式，传感器和各种数据采用总线接入系统，用一根网线即可联接所有的传感器和控制面板。这样大大的节省布线，减少安装工时,调试和维护方便，便于扩充容量，提高系统的可靠性，通过软件可任意定义输入输出端口。

02

安装病房内的各种控制面板和设备： 安装空调、新风、灯具、控制面板、电动窗帘、开窗器等，设备联接并设置通讯。

03

安装和设置房间的各种传感器：包括门磁、窗磁、光照度传感器、多普勒传感器、热红外传感器、风雨传感器、温度传感器、空气质量传感器等，并设置相关的参数及地址。

04

建立系统服务器和通讯网络：构建系统服务器和通讯网络，建立WIFI无线网，系统服务器通过主交换机联接楼层交换机，楼层交换机联接楼层所有房间的RCU，构建局域网。

05

建立大数据云平台：安装系统软件、病户端软件、调试数据库、调试大数据云平台系统。

06

现场调试人机交互控制、语音控制、远程控制及各种模式控制，接收云平台数据，远程控制病房内所有电器。

六

结语

基于物联网架构的智慧云病房建设可系统复制，大面积推广。本系统可推广到各种医院、养老院以及特殊家庭和机构。系统大数据云平台可逐步完善、融入更多的系统和设备，实现更大的云平台。规范云平台接口，可为管理部门和政府提供第一手数据。物联网、云计算等新技术给医院智慧病房建设带来了新的发展契机，也给医院智慧病房系统设计带来了新的思路。同时，也面临着新的挑战，一是技术层面，物联网是一个由多种网络融合而成的异构网络，其设备具有数量庞大、复杂多元、缺乏有效监控、节点资源有限、结构动态离散等特点，使其安全问题较其他网络更加复杂，这就对设备厂家、软件开发方等提出更高要求；二是医疗体系组织能力层面，需要结合新技术应用进行医疗场景全方位流程的优化；三是法律层面，云存储运营商与客户数据安全性的法律关系仍需作为重要研究课题进一步研究。

随着云计算技术、5G（第五代移动通信技术）、大数据、人工智能等技术的发展，未来物联网技术必将会与之互相结合、互推助力，实现真正的“智慧医疗”。

桂花网蓝牙网关：一体化监测管理，带火医院两大新业务

作为血糖监测领域的“行车记录仪”，动态血糖监测(CGM)自身具有连续、微创、实时动态的优势，目前正在各大医院流行开来。据医疗系统资深人士介绍，动态血糖监测(CGM)的持续火爆已经带火了医院的两块业务，一块是“全院血糖管理”，另一块是“生命体征监测”。

01为什么是这两块业务被带火呢?

首先来看全院血糖管理。顾名思义，全院血糖管理就是对整个医院进行集中式血糖管理。过去，大部分医院默认血糖监测只能在内分泌科，但事实上，一个医院内并非所有需要监测血糖的病患都在内分泌科，很可能零散分布在肿瘤科、普外科、眼科、产科等，甚至是急诊室。受限于科室之间信息和沟通的互联共通程度，往往容易出现会诊不及时，跨科室沟通不畅，对于病人情况和后续恢复无法及时跟进等情况。因此，打通住院、门诊、会诊科室的全院血糖管理需求一直存在，但是在动态血糖监测系统出现之前，这个需求很难被满足。

动态血糖监测的出现，大大提高了血糖监测的效率，使得内分泌科有余力主动支持其他科室的血糖监测需求，无论是产检、术前还是其他血糖监测需求，都可以将患者拉入“虚拟科室”，实时监测患者血糖曲线，患者血糖水平及达标情况一目了然，甚至可以在“虚拟科室”调整胰岛素泵治疗医嘱，做到了真正意义上的“无科界”管理，确保每一位患者得到及时、快速、准确、规范的管理与治疗。

再来看生命体征监测，受动态血糖监测(CGM)的成功应用鼓舞，其他生命体征的监测也纷纷开始 “抄作业”，朝着便携式、智能化、物联网的方向发展。生命体征是反映人体生理活动状态的最基本参数和指征，包括的内容很广泛。但是最基本的几大特征为：体温、脉搏、呼吸频率、血糖、血压及血氧饱和度。既然血糖可以动态监测，其他类似于血氧、脉搏、呼吸频率等等也都可以借鉴，通过采用便携式/非接触式/可穿戴设备等，组建物联网，进行大规模的连续、无创、实时动态的监测，并直接将数据上传到患者病历。

无论是全院血糖管理，还是生命体征监测，都可以大大提升医院的管理效率和患者的满意度。比如说，在以前的工作中，护士每日至少两次为患者测量生命体征，整个病区全部测量完成需要往返多次，测量完成之后，还须在登记本中录入测量的结果，然后再把结果转录到电子病历。整个工作流程完成每个病人需要10分钟左右，占据了护士工作的很大一部分时间。但是应用生命体征监测仪以后，为一个病人测量生命体征仅需50秒，不但简化了护士测量所需的工具，而且优化了整个工作流程，护士不再需要手动录入测量结果，而是只需将检测仪中的数据完成上传即可。这不但节省了护士测量的时间，而且还简化了护士的工作内容。同时，还减轻了护士的工作负担，让护士有更多的时间去照顾患者，观察患者的病情，保证护理质量和服务品质。

02蓝牙物联网是看不见的功臣

从信息技术的角度看，全院血糖管理和生命体征监测的特点就是走向集中，走向统一管理，物联网系统是幕后看不见的功臣，由它来实现多种监测设备的统一管理。

我们来看实际应用案例。早在2021年，美敦力使用桂花网产业级蓝牙网关S2000和物联网控制器连接管理医院内病人随身佩戴的美敦力血糖监测仪，在国内也是在全球首次实现了医院内的大规模实时动态血糖监测，患者在医院蓝牙覆盖范围内移动的时候可以畅通无阻的采集血糖数据，这也使它成为全球首个在医疗领域实现无缝蓝牙漫游的商业应用案例，现在这套大规模实时动态血糖监测系统已经在国内几百家医院获得了应用推广，各方反馈都不错。

随后，桂花网和国际国内医疗厂商一起，为医院统一配置蓝牙物联网，发展为“全院血糖网络”这样的高阶模式，能集中满足住院患者、内分泌科、门诊患者、会诊科室(如围术期)等科室的动态血糖的数据采集上传与分析，通过规模化作业提高诊疗效率，减轻医护人员的负担，并将内分泌科室的糖尿病常规诊疗升级为提供糖尿病防治结合、药膳饮食、运动导引、监测管理、综合调护等多方面的诊疗服务。

同样是凭借蓝牙物联网优势，在生命体征监测市场，桂花网最近为西安某知名医院实现了“无线多参数中心监测系统”的物联网建设，该系统以“自动化采集、智能化录入、高质量传输”的特性获得了医护人员的认可。系统使用了无线穿戴式动态心电记录仪等多体征监测设备，在E1000蓝牙网关的帮助下，可以实现设备数据的无线自动上传。E1000蓝牙网关的漫游功能还可以让患者脱离病床束缚，自由地在病房、走廊、护士站、医生办公室等场所移动，很好地保证了数据的完整性，做到了不遗漏、不丢失。

03统一配置蓝牙物联网需要注意些什么呢?

首先是全程全域高质量连接，保证数据通信的高可靠性和安全性。医疗行业是特殊行业，不允许出错，对网络技术提供商而言，就要求数据传输不能掉链子。数据能否可靠而安全地“秒级分享”，关系到临床的决策、上下转诊的速度、病人获取信息的速度等。

因此，“医疗级”蓝牙网关成为高质量连接的关键。患者所佩戴的蓝牙体温贴、心电贴、血氧仪等多体征监测设备所属不同的生产厂商，技术接口各异，功能参数也不尽相同，这些都需要蓝牙网关具备“全程全域高质量连接”的能力。

桂花网M1000蓝牙网关，小巧、便携的同时还能对接多个监测设备，实现高性能无线传输和多生理参数同步、稳定的数据通讯。

同时，全院级蓝牙物联网的集中管理的特性也必须发挥出来。桂花网物联网控制器(Cassia IoT AC)，可以使得蓝牙设备的接入变得更简单，AC控制的所有桂花网蓝牙网关都被视为一个网关，在桂花网物联网控制器的协调下，所有做蓝牙覆盖的桂花网蓝牙网关都会互相配合，对进来的医用蓝牙终端来说，它好像一直在跟同一个蓝牙网关打交道。最后，蓝牙网关将收集到的数据以Wi-Fi、以太网、4G或5G的形式回传到用户服务器，实现数据的实时同步，医护在电脑或手持设备上便可对体征数据进行查阅。

中国CGM虽然在血糖监测中的占比整体低于美国和欧洲，但拥有绝对的市场增速与空间。而在智慧医疗的指挥棒驱动下，生命体征监测市场也会迅速崛起。在满足这两大块需求的背后，是医院的一体化监测管理带来的运营效率革命，和患者的综合满意度大幅提升。使用同一套蓝牙物联网，不需要重复部署，只需要叠加新的监测需求，这就是未来智慧医疗在患者、院方和医疗服务方多方共赢的要义所在。

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