凭借这个系统架构，医院智慧病房可大量复制，大面积推广！

文/ 孙溪 山东中医药大学附属医院

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。2020年年初经历的一场新冠肺炎疫情，改变了患者的生活习惯，直接导致医疗服务需求发生了改变。而今，在后疫情时代，综合医院需充分运用信息化、智慧化手段，提升“平疫结合”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：

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：

具体建设思路如下：

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。

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。

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。

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。

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。

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

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：

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。

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。

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”。

孙溪 （1981-），女，2008.6毕业于山东建筑大学机械电子工程专业，硕士研究生，高级工程师，研究方向建筑电气及智能化。工作单位：山东中医药大学附属医院基建处。

本文依托课题为山东省住房和城乡建设厅2020年科技示范工程项目《基于物联网架构的智慧云病房系统设计应用与研究》。