CN114430535A - 一种基于5g移动通信的picu数字化病房系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医学信息化技术领域，更具体地，涉及一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，包括：医疗设备，用于获取患儿的病情信息；融合网关，用于通过其融合的多种网络通信接口中的至少一种，从所述医疗设备获取所述病情信息，所述多种网络通信接口包括不同传输距离的通信网络接口；边缘网关，用于通过医院专网从所述融合网关获取所述病情信息；信息交互平台，用于从所述边缘网关获取所述病情信息，并将所述病情信息提供至多个数字化病房应用。本发明提供一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，用于实现PICU病房各数字化场景一体化服务。

Description

一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统

技术领域

本发明涉及医学信息化技术领域，更具体地，涉及一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统。

背景技术

随着智慧医院的建设进程不断推进，病房服务作为体现医院医疗服务水平和质量的核心环节，是智慧医院建设的重中之重。但PICU(pediatric intensive care unit，儿科重症监护病房)数字化真正延伸到病人病房和床旁的医疗服务较少，各个信息子系统之间的数据没有很好的整合利用，存在以下问题：

1.医嘱从开立到执行、分析的过程无法全程跟踪，未实现闭环管理。

2.一些重要的医疗信息在实际执行中无法及时采集并电子化，因而在医疗质量监控和病人费用跟踪等方面会产生问题。

3.医生无法随时随地获取病人的临床检查、检验、医嘱、病历等信息，会诊或医嘱调整后，需回办公室后再录入系统，环节繁琐且难以避免差错。

4.患者医疗数据分散、不集中，PICU存在较多医疗设备，患者数据分散在多个系统、不方便统一查看。

5.PICU患儿远程探视，由于PICU的管理特殊性，家属无法时刻的陪伴在患儿身旁，缺乏对于患儿的情感安抚、治疗。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，用于实现PICU病房各数字化场景一体化服务。

本发明采取的技术方案是，一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，包括：

医疗设备，用于获取患儿的病情信息；

融合网关，用于通过其融合的多种网络通信接口中的至少一种，从所述医疗设备获取所述病情信息，所述多种网络通信接口包括不同传输距离的通信网络接口；

边缘网关，用于通过医院专网从所述融合网关获取所述病情信息；

信息交互平台，用于从所述边缘网关获取所述病情信息，并将所述病情信息提供至多个数字化病房应用。

进一步地，所述边缘网关，还用于将所述病情信息提供至边缘端和/或医院业务系统，所述边缘端服务于云端。

进一步地，所述信息交互平台包括：

设备接入服务模块，用于利用MQTT消息服务器，从所述边缘网关获取所述病情信息，并将所述病情信息提供至多个数据化病房应用；

数据中台服务模块，用于对多个所述数字化病房应用相同的业务进行集成处理。

进一步地，所述数据中台服务模块采用lambda架构，所述数据中台服务模块包括：

离线采集开发单元，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行离线处理，所述离线处理采用SparkSQL；

实时采集开发单元，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行实时计算，所述实时计算采用FlinkSQL。

进一步地，所述离线采集开发单元用于进行离线处理和/或所述实时采集开发单元用于实时计算时，采用Doris进行多维分析和点查询。

进一步地，所述数据中台服务模块还包括：

数据质控单元，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行质量监控。

进一步地，所述信息交互平台，还包括：

应用集成服务模块，用于基于云原生实现所述云端与所述边缘端的协同。

所述应用集成服务模块的前端采用html5/css3+vue框架，所述应用集成服务模块的后端采用Spring Boot框架。

进一步地，所述信息交互平台，还包括：

数据集成服务模块，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行访问鉴权、服务限流、服务缓存、访问监控。

进一步地，所述数据集成服务模块采用Camel+SpringCloud+SpringBoot框架。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，面向PICU病房，通过5G移动通信技术、边缘计算技术、网络切片等技术，为病区智能医疗设备提供相互隔离和端到端的服务，打通PICU信息流，搭建5G数字化PICU一体化场景应用体系，本发明具有安全、可靠、高质量的5G医疗专网，运用网络切片技术可实现医疗数据的本地卸载、数据不出院，同时以信息交互平台为核心，打通PICU病区信息流，面向医护人员、医院管理者、患者等不同角色，提供软硬一体化的智慧化服务的优点。

附图说明

图1为本发明一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统的结构图。

图2为本发明基于设备层、网络层、平台层和应用层的整体架构图。

图3为本发明医疗专网组网拓扑图。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

5G(5th Generation Mobile Communication Technology，第五代移动电话行动通信标准)，是具有高速率、低时延和大连接等特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。5G网络不仅带来用户体验速率的提升、时延的减少、移动性的增强等，同时还满足医疗等各类垂直行业多样化的业务需求。5G具有云化、切片化、边缘计算、云边协同等特点，给运营商面向不同行业的业务，提供了更多的可能性与行业问题的解决思路。

PICU是指儿科重症监护室，可救治各类休克，心、肺、肝、肾等各器官功能不全或衰竭，多器官功能障碍综合征，各类外科重大手术围术期等危重患儿。PICU现代化的硬件仪器、设备、设施以及多种先进的技术优势成为小儿危重病救治的有力保障，PICU涉及多个儿科内、外、药学、营养、康复、心理等专科，需要多专科共同诊治、支持，为危重症患儿提供综合性治疗。

在现有PICU医疗行业应用场景与5G移动通信技术、云边协同技术结合的实际案例中，大部分都是采用5G技术、云边协同技术对病房业务系统进行单一数字化改造，各业务系统数据互通程度低，难以有效整合，管理难度也大；或采用物联网技术对病房业务系统进行整体改造，未接入5G网络，信息传递稳定性差。

为解决现有技术问题，本发明以5G+AIoT信息交互平台为核心，打通病区信息流，针对医院临床业务中的核心痛点，面向医护人员、医院管理者、患者、家属等不同角色，提供软硬一体化的智慧化服务。通过部署独享5G MEC并运用网络切片技术，为医院构建一张安全、可靠、高质量保障的5G医疗专网，使医疗终端5G数据流在医院本地流通，满足医疗数据安全性需求；引入5G边缘云，充分发挥云与边的不同优势，5G边缘云发挥快速响应和就近响应机制，中心云端则发挥云端算力、开发工具等平台优势，两者相互协同实现重症监护系统架构的优化。

本发明基于5G大带宽、低时延、海连接、高可靠特性，融合物联网、大数据技术，通过5G网络实时不间断的传输患儿病历信息、生命体征、呼吸机波形等床旁设备数据等病人全方位病情信息，建设5G+移动护理、5G+远程会诊、5G+床旁照护、5G+远程探视、5G+重症实时监护、5G+耗材管理，构建“以患儿为中心”的PICU全场景一体化服务体系。

实施例

如图1所示为本实施例一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统的结构图，如图2所示为基于设备层、网络层、平台层和应用层的整体架构图，结合图1和图2对本发明实施例一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统的结构和原理进行阐述，其系统包括：

医疗设备，用于获取患儿的病情信息；

具体地，医疗设备实现持续、全面、快速的信息获取，医疗设备主要是信息发出端和接收端，它们既是信息采集的工具，也是信息应用所依附的载体。医疗设备可以包括移动终端(5G PDA、5G查房平板、护士站呼叫主机)、体征采集设备(体征采集一体机、输液监测器、智能床垫)、可视化交互设备(床旁照护终端、触控大屏、门口屏)等等。在本实施例中，医疗设备主要用于获取患儿的病情信息，具体可通过一种或多种医疗设备获取患儿的一种或多种病情信息，并转换为数据上传到融合网关。

融合网关，用于通过其融合的多种网络通信接口中的至少一种，从所述医疗设备获取所述病情信息，所述多种网络通信接口包括不同传输距离的通信网络接口；

具体地，融合网关实现实时、可靠、安全的信息传输，通过分配于不同应用场景的独立网络或共享网络，实现高速、高可靠超低时延地实现通信主体间的信息传输，融合网关支持5G NSA/SA双模，具备医疗设备多接口同步接入、多协议转换、多模网络传输、信息安全加密等功能，满足医院在院前急救、重症监护、远程会诊等场景下，保障不同网络通信接口的医疗设备实现通信协议解析，实现端到端的医疗数据实时传输的需求。

本实施例的融合网关支持多种有线和/或无线接入方式，可以集成多种型号的医疗设备，包括除颤监护仪、呼吸机、心电图机、便携超声等，通过动态配置形成适应于特定医疗设备的消息处理机制，自动获取医疗设备采集到的患儿病情信息的数据，实现数据的自动传输与协议转换，从而满足对于医疗设备数据的信息处理需求。

医疗设备获取患儿病情信息的数据后，可以通过RFID、GPRS、Bluetooth、Wi-Fi、IrDA、UWB、Zig-Bee和NFC等多种通信技术将数据上传至融合网关，在经由边缘网关将采集到的数据上传至信息交互平台进行统一的分析处理。

边缘网关，用于通过医疗专网从所述融合网关获取所述病情信息；还用于将所述病情信息提供至边缘端和/或医院业务系统，所述边缘端服务于云端。

可以理解的是，边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供计算服务，以产生更快的网络服务响应，可满足医疗等行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。云边协同是指通过云计算与边缘计算的紧密协同，结合边缘计算和云计算的特点，将计算时延敏感、数据安全性要求的应用场景，以及对算力和存储要求高的场景进行区分，实现分级部署协同，从而最大化体现云计算与边缘计算的应用价值。

在基于5G移动通信的PICU数字化病房系统中部署医疗专网，围绕PICU场景需求进行组网建设和网络切片，为医院构建一张安全、可靠、高质量保障的医疗专网，使医疗设备终端的5G数据流在医院本地流通，实现5G医疗数据的本地卸载，数据不出院区，满足医疗数据安全性需求；边缘云同时提供计算服务能力，充分发挥5G+MEC的价值，提供丰富、低时延的边缘应用，部署PICU数字化病房应用相关业务系统，同时与医院业务系统在内网层面进行交互；部署5G融合网关，做到三网(物联网/WiFi/5G)融合。

如图3所示为本实施例中5G医疗专网组网拓扑图，一般来说，公众用户通过公众边缘云MEC与Internet进行数据的流通，而本实施例中通过部署医院专用的医疗专网，在数字化病房的医疗设备将病情信息的数据上传至融合网关后，边缘网关通过医疗专网(医院独享MEC)从融合网关中获取病情信息，并将病情信息提供至边缘端，由边缘端提供的计算服务能力进行数据处理，再通过防火墙与医院内网建立连接。因此，本实施例部署具有安全、可靠、高质量的独享医疗专网，运用网络切片技术实现医疗设备获取到的患儿病情信息数据在本地流通，数据不出院。

不仅如此，本实施例还部署有医院业务系统，医院业务系统包括HIS(HospitalInformationSystem，医院信息系统)、EMR(Electronic Medical Record，计算机化的病案系统)、LIS(Laboratory Information Management System，是专为医院检验科设计的一套实验室信息管理系统)、PACS(Picture Archiving and Communication Systems，影像归档和通信系统)。本实施例中边缘网关还与医院业务系统交互，将获取到的病情信息提供至医院业务系统，对病情信息进行业务处理。

信息交互平台，用于从所述边缘网关获取所述病情信息，并将所述病情信息提供至多个数字化病房应用。

具体地，信息交互平台是PICU数字化病房的信息中心，基于AI和大数据能力底座，构建统一的应用、数据、设备管理中枢，整合病区内关键的数据，实现信息高效利用、互联互通，实现应用弹性扩展、设备广泛接入。病房的各种物联网终端、医疗设备可以通过多种方式快速、安全地接入信息交互平台，并提交产生的数据，同时平台实现对接入设备与应用进行集中化、可视化的管理与监控，降低运维难度，提升运维效率。

信息交互平台对数据进行汇总、标准化转换与统一存储，并通过应用开放API接口向各种物联网应用提供数据，实现物联网数据的共享。平台可对感知数据进行结构化处理，进行多数据关联与融合，并按业务规则进行数据的结构化存储，实现数据的资产化管理。平台可提供统一接口管理，实现医院各系统信息集成、应用服务数据分发、处理，为医院病房业务提供数据支持。

具体地，信息交互平台实现智能、准确、高效的信息处理，信息交互平台作为PICU数字化病房的信息交互平台，向下对接各种智慧应用和终端设备，向上统一与医院信息核心系统做数据交换。

其中，所述信息交互平台包括设备接入服务模块、数据中台服务模块、应用集成服务模块和数据集成服务模块，具体为：

设备接入服务模块，用于利用MQTT消息服务器，从所述边缘网关获取所述病情信息，并将所述病情信息提供至多个数据化病房应用；

可以理解的是，MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输)是IBM开发的一个即时通讯协议，有可能成为物联网的重要组成部分。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当做传感器和制动器(比如通过Twitter让房屋联网)的通信协议。MQTT Broker也称为MQTT消息服务器，它可以是运行了MQTT消息服务器软件的一台服务器或一个服务器集群。MQTT Broker负责接收来自客户端的网络连接，并处理客户端的订阅/取消订阅(Subscribe/Unsubscribe)、消息发布(Publish)请求，同时也会将客户端发布的消息转发给其他订阅者。

本实施例的设备接入服务模块采用一款高度可伸缩、高可用的分布式MQTT消息服务器EMQ X，提供物联网设备接入、协议处理、消息路由、数据存储、流数据处理等能力，支持CoAP/LwM2M一站式IOT协议接入，能够使各种物联网硬件设备统一数据接入，实现硬件数据解耦和统一管理。

数据中台服务模块，用于对多个所述数字化病房应用相同的业务进行集成处理。所述数据中台服务模块能够集中管理应用数据，实现业务数据与应用解耦，数据中台服务模块在数据处理上具体采用lambda架构，支持离线处理和实时计算。

Lambda架构是一个实时大数据处理框架，Lambda架构的目标是设计出一个能满足实时大数据系统关键特性的架构，包括有：高容错、低延时和可扩展等。Lambda架构整合离线计算和实时计算，融合不可变性，读写分离和复杂性隔离等一系列架构原则，可集成Hadoop，Kafka，Storm，Spark，Hbase等各类大数据组件。

所述数据中台服务模块包括离线采集开发单元、实时采集开发单元和数据质控单元，其中，

离线采集开发单元，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行离线处理，所述离线处理采用SparkSQL；

具体地，离线采集开发单元对业务数据进行离线处理，离线处理手段以SparkSQL为主，引入AQE技术，提升计算性能。其中，SparkSQL是Spark用来处理结构化数据的一个模块，它提供了一个编程抽象叫做DataFrame并且作为分布式SQL查询引擎的作用。SparkSQL包含了对结构化数据和在其上运算的更多信息，SparkSQL使用这些信息进行了额外的优化，使对结构化数据的操作更加高效和方便，有多种方式去使用SparkSQL，包括SQL、DataFrames API和Datasets API，它们都是基于同样的执行引擎，因此可以在不同的API之间随意切换。

实时采集开发单元，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行实时计算，所述实时计算采用FlinkSQL。

具体地，实时采集开发单元对业务数据进行实时计算，实时计算以Flink为主，以SQL作为开发方式，完全与离线SQL兼容。其中，FlinkSQL是Flink实时计算的简化计算模型，FlinkSQL是面向用户的API层，降低用户使用实时计算门槛而设计的一套符合标准SQL语义的开发语言。

所述离线采集开发单元用于进行离线处理和/或所述实时采集开发单元用于实时计算时，采用Doris进行多维分析和点查询。

可以理解的是，Doris是分布式、面向交互式查询的分布式数据库，主要部分是SQL，内部用到MPP技术。在数据分析处理框架中，Doris主要做的是Online层面的数据服务，主要处理的是数据分析方面的服务。Doris的目标是实现低成本(主要针对商业产品)，可线性扩展，支持云化部署，高可用，高查询性能，高加载性能。

利用离线采集开发单元和/或实时采集开发的单元对业务数据进行多位分析和点查统一采用Doris，替代传统(Presto+Kylin)技术架构，TP99从4.5秒下降至1.7秒，性能是传统的三倍。

数据质控单元，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行质量监控。

数据中台服务模块除了离线采集开发单元、实时采集开发单元和数据质控单元之外，还可以根据实际使用需求设置元数据管理单元、数据共享服务单元和监控预警单元等多个单元结构。

应用集成服务模块，用于基于云原生实现所述云端与所述边缘端的协同。所述应用集成服务模块的前端采用html5/css3+vue框架，所述应用集成服务模块的后端采用Spring Boot框架。

可以理解的是，云原生是一种构建和运行应用程序的方法，是一套技术体系和方法论。云原生(CloudNative)是一个组合词，Cloud+Native。Cloud表示应用程序位于云中，而不是传统的数据中心；Native表示应用程序从设计之初即考虑到云的环境，原生为云而设计，在云上以最佳姿势运行，充分利用和发挥云平台的弹性+分布式优势。符合云原生架构的应用程序应该是：采用开源堆栈(K8S+Docker)进行容器化，基于微服务架构提高灵活性和可维护性，借助敏捷方法、DevOps支持持续迭代和运维自动化，利用云平台设施实现弹性伸缩、动态调度、优化资源利用率。

本实施例应用集成服务基于云原生(容器化+微服务+DevOps等)新技术，能够实现云端和边缘端应用服务的协同。架构上，采用前后分离的分布式服务化架构，前后端完全分离，前端框架采用html5/css3+vue.js，移动端采用原生开发模式，后端基于Spring Boot框架开发，各服务模块间能够充分解耦，复杂度低、可高复用、开发效率高。持久层采用mybatis和数据库进行交互，使用户操作速度快、性能高、总体用户体验好。

数据集成服务模块，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行访问鉴权、服务限流、服务缓存、访问监控。所述数据集成服务模块采用Camel+SpringCloud+SpringBoot框架。

具体地，数据集成服务基于Camel+SpringCloud+SpringBoot的微服务框架实现，以服务集成转发为核心，实现访问鉴权、服务限流、服务缓存、访问监控等功能，提供服务和消息的集成能力，解决异构系统之间数据交换的问题。通过服务转换、服务编排、服务注册订阅、服务安全提高数据集成效率，连接院内信息系统和物联网创新应用，打造融合开放的基础平台。

不仅如此，基于5G移动通信的PICU数字化病房系统包括医疗设备、融合网关、边缘网关、信息交互平台等多种架构，在这些结构的基础上，还搭载有应用层，实现成熟、多样化、人性化的信息应用，本实施例可以融合多种智慧应用，比如患者体征智能监护、患者床旁照护服务、床旁护患沟通、病区交互大屏、高风险预警管理、患者健康教育、病区耗材管理等等。基于5G大带宽、低时延、海连接、高可靠特性，融合物联网、大数据技术，通过5G网络实时不间断的传输病历信息、生命体征、呼吸机波形等床旁设备数据等患儿的全方位病情信息，部署5G+移动护理、5G+远程会诊、5G+床旁交互、5G+远程探视、5G+重症实时监护、5G+耗材管理，全面构建“以患儿为中心”的PICU数字化病房。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，其特征在于，包括：

医疗设备，用于获取患儿的病情信息；

融合网关，用于通过其融合的多种网络通信接口中的至少一种，从所述医疗设备获取所述病情信息，所述多种网络通信接口包括不同传输距离的通信网络接口；

边缘网关，用于通过医院专网从所述融合网关获取所述病情信息；

信息交互平台，用于从所述边缘网关获取所述病情信息，并将所述病情信息提供至多个数字化病房应用。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，其特征在于，所述边缘网关，还用于将所述病情信息提供至边缘端和/或医院业务系统，所述边缘端服务于云端。

3.根据权利要求2所述的一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，其特征在于，所述信息交互平台包括：

设备接入服务模块，用于利用MQTT消息服务器，从所述边缘网关获取所述病情信息，并将所述病情信息提供至多个数字化病房应用；

数据中台服务模块，用于对多个所述数字化病房应用相同的业务数据进行集成处理。

4.根据权利要求3所述的一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，其特征在于，所述数据中台服务模块采用lambda架构，所述数据中台服务模块包括：

离线采集开发单元，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行离线处理，所述离线处理采用SparkSQL；

实时采集开发单元，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行实时计算，所述实时计算采用FlinkSQL。

5.根据权利要求4所述的一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，其特征在于，所述离线采集开发单元用于进行离线处理和/或所述实时采集开发单元用于实时计算时，采用Doris进行多维分析和点查询。

6.根据权利要求4所述一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，所述数据中台服务模块还包括：

数据质控单元，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行质量监控。

7.根据权利要求3所述一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，其特征在于，所述信息交互平台，还包括：

应用集成服务模块，用于基于云原生实现所述云端与所述边缘端的协同。

8.根据权利要求7所述的一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，其特征在于，所述应用集成服务模块的前端采用html5/css3+vue框架，所述应用集成服务模块的后端采用Spring Boot框架。

9.根据权利要求3所述一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，其特征在于，所述信息交互平台，还包括：

数据集成服务模块，用于对多个所述数字化病房应用的业务数据进行访问鉴权、服务限流、服务缓存、访问监控。

10.根据权利要求9所述一种基于5G移动通信的PICU数字化病房系统，其特征在于，所述数据集成服务模块采用Camel+SpringCloud+SpringBoot框架。

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