医疗物联网平台架构(物联网平台架构图)

 

引言

医院的医疗无线内网数据应用、物联网移动应用和外网/公网App应用较多，如果无序建设无线网络，必然造成系统间相互干扰（图1）。例如无线WiFi外网产品各种各样，有三大运营商、外网App医院自建等项目产品，这些无线外网间相互干扰，同时还严重干扰内网无线网络使用，无序建设的另一个问题就是各个移动应用系统在吊顶上反复拉线施工，不仅浪费资源，同时各系统在吊顶上都安装了各自的无线基站，因此基站等有源设备在吊顶上的故障率会比较高，增加医院的管理维护成本。另外，病区吊顶属于开放环境，各种维修工都可以上去，医院内网交换机端口就暴露在公共区域，容易被篡改窃听，严重威胁医院内网数据安全，并且频繁的掀开吊顶，不管是拉线施工，还是检修，都会打扰日常医疗业务的正常运行，增加医院感染的几率。

图1 传统无线方案

系统设计与实现

设计目标 医疗物联网平台的构建主要解决三个核心问题：一是提供统一的物联网基站，体温监护、输液监控、冷链管理、无线镇痛泵等多种物联网应用，其通信频点不同、协议不同，导致每个应用都需要提供一台不同的物联网基站，统一物联网基站可以减少物联网基站的采购数量，降低采购成本和管理成本。二是同时为各种医疗物联网应用提供统一的数据引擎服务，实时获得物联网传感器上传数据，解决各种医疗物联网应用系统与医院HIS的数据交互，通过HL7、RESTFUL API等标准通讯协议和各种医疗应用系统进行数据集成，确保物联网传感器实时感知数据在工作流整合的基础上实现与临床信息系统交互协作，从而以数字化的形式辅助完成各项业务。三是主动监控物联网基站、智能传感器、定位天线、导航天线等工作状态，分析物联网系统运行健康指数，为医院进一步优化物联网提供数据支撑。

物联网平台的结构设计

结构设计 集成管理平台采用了三层结构设计，即物联网基站、数据引擎和运维平台。其中，物联网基站采用基于网络的管理，支持基于Web技术，可用浏览器在网络环境中浏览所集成的所有信息。数据引擎是运行在服务器上的软件模块，相对应于物联网基站和智能传感器、智能终端实现的各种数据收发功能。

可兼容性 医疗物联网系统集成管理平台设计支持400～6000MHz频段，未来可以接入医院所有的物联网智能终端和应用系统，并且能够兼容其他的物联网应用系统，其他的物联网应用系统无须再另外搭建网络。

互联网小常识：ipconfig 显示当前TCP/IP网络设置 ；hostname显示当前主机名称；arp 显示和修改arp表；NBTSTAT显示本机与远程计算机的基于TCP/IP的NetBIOS的统计及连接信息；Net 管理网络环境、服务、用户、登录等本地信息；NETSTAT 显示活动的TCP连接、侦听端口、以太网统计信息、IP路由表与IP统计信息。Ping通过发送ICMP报文并监听回应来检查与远程或本地计算机的连接。

可扩展性 医院有多种信息系统，有些是比较老的遗留系统，有些是应用了新技术的系统，各个系统所能提供的接口不一样，所以集成平台应该能支持多种通讯协议和消息协议。通讯协议方面例如COM，WebService，CORBA，数据库表或视图，存储过程，FTP，TCP/IP等等；消息协议方面有HL7，还有一些被自定义的固定格式的文本，例如定制化的XML。同时集成平台可开放网络接口标准实现与第三方系统数据的自动传递，并且可以提供二次开发接口，按照医院要求实现数据交互，并保证数据的安全传输。

统一性 医疗物联网的建设采取统一规划、分布实施的策略，其过程遵循以下路线：在数据层面上系统与HIS、LIS、PACS等医院原有的各种信息化可以实现数据共享、互联互通（图2）。

图2 系统架构图

在此平台中（图3），可实现资源的集中化、规模化，能够实现对各类异构软硬件基础资源的兼容和资源的动态流转，同时将静态、固定的硬件资源进行调度，形成资源池。另外还要实现信息和业务的处理，从海量数据中挖取出有用的部分，进行大规模基础软件、硬件资源的监控和管理，为应用层的各项子系统提供决策信息，是业务层的主要数据来源。

互联网小常识：构成超网的CIDR技术的两个特点：（1）采用网络前缀代替网络号+主机号的结构，形成新的二级网络地址结构，即IP地址可表示<网络前缀>+<主机号>（2）CIDR可以将网络前缀相同的连续IP地址组成一个CIDR地址块。CIDR地址的一个重要特点是地址汇聚与路由汇聚的能力。

图3 医疗物联网平台

医疗物联网平台的应用效果

通过建设一套超宽频系统室内信号分布系统可以同时满足多种医疗无线应用，从WLAN无线数据网到WMTS医疗专网、从医疗定位网络到医疗物联网，同时支持多个RF频率，从UHF频段到5.8GHz，同时支持N种无线通讯协议，包括802.11a/b/g/n/ac、私有RFID协议、ZigBee、BLE、WMTS以及运用商3G/4G/5G协议等。接入N种无线网络应用系统，从而避免了重复建设，简化了无线网络系统架构，降低了整体拥有成本和维护成本。

通过建设医疗物联网平台，医院可以有序地导入各种医疗无线应用。如医院想开展移动查房、移动医护应用，只要在楼层弱电间内增加一台支持WiFi协议的基站，病区内每个角落就都能够收到信噪比很高的WiFi信号，护士打开PDA，在病区内移动过程中使用PDA，PDA始终关联在弱电间内的同一台基站，由于无线信号无缝覆盖，因此PDA可非常轻松地实现零漫游、零切换、零丢包，保证其通信连续稳定。对于医生查房，由于需要下载PACS图片，对带宽有要求，不过只要弱电间内的基站支持802.11ac，此种协议通信速率高，加上整个环境没有干扰，带宽将足够满足医生调取PACS的需求。

开展物联网应用，如体温监护系统，只需在目标楼层的弱电间内增加一台支持体温监护的基站即可，不需要重新拉线施工，通过医疗物联网平台，病区每个角落就都能收到体温采集系统的信号。如再增加输液监控系统，同样在楼层弱电间内增加一台支持输液监控的基站，不需要拉线施工，通过医疗物联网平台，病区每个角落就都能收到输液监控系统的信号。如果医院对内网带宽不满意，可以对内网基站进行升级或增加一台内网基站，带宽可以线性扩容，两台内网基站还可以做冗余热备使用，进一步保证手术区、ICU/CCU等关键区域的网络稳定性。如果医院想开展无线外网业务，同样可以在楼层弱电间内增加相应的基站，比如说一台支持外网视频点播的基站，或外网App的基站，这些外网基站与内网基站完全独立，没有共享任何有源部件，因此属于严格意义上的物理隔离。

医院还可以将楼宇智控系统、安防对讲系统等接入到医疗物联网平台上，甚至可以要求运营商付费将3G/4G和未来5G网络接入到医疗物联网平台上。

结语

通过建立医疗物联网平台，解决了原有医院无线网络无序建设导致的无线网络系统间相互干扰、重复实施布线的浪费资源、增加管理维护难度和成本、频繁打扰正常医疗业务等混乱局面，实现医院一网覆盖的效果。

【引用本文：马国鹏 强皑 马利亚 薛丽.宁夏医科大学总医院信息中心[J]. 中国数字医学,2020,15(8):70-71,153.】

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