中华急诊医学杂志  2019, Vol. 28 Issue (10): 1231-1236   DOI: 10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2019.10.010
构建基于5G通讯技术的大型社会活动医疗急救保障系统
李强1 , 田雨2 , 张旻海1 , 赵英浩3 , 林高兴1 , 庾航4 , 王理1 , 周骁钰1 , 王旭1 , 张茂1 , 李劲松2,3     
1 浙江大学医学院附属第二医院急诊医学科/浙江大学急救医学研究所,杭州 310009;
2 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院,杭州 310012;
3 之江实验室网络健康大数据研究中心,杭州 311100;
4 杭州迅蚁网络科技有限公司,311121
摘要: 目的 构建基于5G通讯技术的大型社会活动医疗急救保障信息系统,以提高医疗保障服务的水平和效率。方法 研究于2016年3月至2019年9月在杭州完成。基于大型社会活动医疗急救保障的需求和服务流程,围绕现场急救-上报指挥中心-专家远程会诊-救护车调度和转运-医院接收的过程,建设现场急救移动终端、车载急救终端、专家远程会诊终端、医院终端和指挥调度中心5个信息终端,实现文本、患者生理指标、音频、图片、视频信息的即时互通和智能化调度决策。结果 成功构建基于5G的大型社会活动医疗急救保障系统,由指挥监控平台、现场救援平台、后送支援平台三大部分组成。(1)指挥监控平台通过Web页面,展示现场医疗组、救护车、医院、专家的信息并实现随时的多方视频交流,以及患者目前病情的文本、声音、图像信息,实现指挥调度、显示统计汇总信息。(2)现场救援终端包括患者信息输入、视频信号采集和生理信息获取设备,实现多种方法病情录入、生命体征和生理信息采集、多角度视频获取,传输至指挥中心。(3)后送支援平台包括车载急救终端、远程专家会诊终端、医院终端和无人机系统。车载终端可以和现场救护组进行扫描交接,转运途中病情和生理信息记录,也可以获取和传递监护仪、心电图和超声信息。医院终端能够第一时间获取患者信息,做好院内急救准备。远程专家端可以受指挥中心和医院终端调度,随时加入远程会诊。无人机系统可以实现任何两个地点之间的物资转运。结论 本系统能够初步满足大型社会活动医疗急救保障的需求,实现现场急救-救护车转运-医院救治过程中快速的信息传递、调度决策和统计汇总功能,有待于在完整的5G网络和真实场景下不断优化。
关键词: 大型社会活动    医疗急救保障    信息系统    5G技术    
Construction of emergency medical service system based on 5G communication technology for large-scale social activities
Li Qiang1 , Tian Yu2 , Zhang Minhai1 , Zhao Yinghao3 , Lin Gaoxing1 , Yu Hang4 , Wang Li1 , Zhou Xiaoyu1 , Wang Xu1 , Zhang Mao1 , Li Jin song2,3     
1 Emergency Depatment of 2nd Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine/Institute of Emergency Medicine, Zhejiang University, Hangzhou 310009, P.R China;
2 College of Biomedical Engineering & Instrument Science, Zhejiang University, Hangzhou 310027, P.R China;
3 Research Cente for Health, Network and Big Data, Zhejiang Lab, Hangzhou 310012, P.R China;
4 Hangzhou Fast Ant Network Technology Co., Ltd. 311121, P.R China
Abstract: Objective To develop medical emergency support information system for large-scale social activities based on 5G communication technology to improve efficiency of emergency medical services. Methods The project was completed in Hangzhou, China, from March 2016 to September 2019. Based on the medical service of large social activities, five information terminals are constructed, including on-site mobile terminal, on-board first aid terminal, expert remote consultation terminal, hospital terminal, and command dispatch center. The system can realize the real-time communication of medical information, patient' s vital signs, audio, picture and video information, and can also make intelligent scheduling decisions for patients. Results 5G Emergency Medical information System for Large-scale Social Activities has been completed, which consists of three parts: command and control platform, on-site rescue platform, and evacuation support platform. The command and monitoring platform displays the information of on-site medical teams, ambulances, hospitals and experts through web pages, and realizes multi-party video communication at any time, as well as text, voice and image information of patients' current condition, so as to realize command, dispatch and display statistical summary information. On-site rescue terminal includes patient information input, video signal acquisition and physiological information acquisition equipment. It realizes multiple methods of patient information input, vital signs and physiological information acquisition, multi-angle video acquisition and transmission to the command center. The evacuation support platform includes vehicle emergency terminal, remote expert consultation terminal, hospital terminal and UAV system. Vehicle terminal can scan and transfer with on-site ambulance team, record physiological information during transit, and also acquire and transmit monitor, electrocardiogram and ultrasound information. Hospital terminals can obtain patient information at the first time and prepare for first-aid in hospital. The remote expert terminal can be dispatched by the command center and the hospital terminal, and can join the remote consultation at any time. Unmanned aerial vehicle (UAV) system can transfer medical material between any locations. Conclusions This system can guarantee the patients to be transported from the scene to the ambulance and finally to the hospital during the large-scale social activities. In the whole process, the information transmission and dispatching decision-making are initially realized, and the statistical report forms can be made. However, to fully exert its advantages, it still needs the support of the complete 5G network and continuous optimization in real scenarios.
Key words: Large-scale social activities    Emergency medical treatment    Information system    5G technology    

世界卫生组织关于大型社会活动的定义是指自发或是非自发组织的,某个社区、城市或国家聚集大量人群,且可能使当地的政府管理和卫生资源紧张的活动[1]。大型社会活动中的健康风险包括传染性疾病的暴发、非传染性疾病、环境因素致病、创伤和恐怖袭击[2]。保障参会人员的身体健康和生命安全是主办方必须履行的职责,相应的医疗急救保障服务非常重要,包括现场分拣、评估、快速处置、转运和医院绿色通道救治[3]

随着我国国际交流的日益加深,包括“一带一路”项目的推进,全国各地重大社会活动开展越来越多,但目前针对大型社会活动的医疗急救保障没有成熟的体系,保障人员多为临时抽调,缺乏专门的信息手段,仍多采用对讲机或手机联系,存在信息传递不够通畅、不够及时、准确率受影响、工作效率低下等缺点。而城市的120急救信息系统又不适用于此类保障工作,因此迫切需要开发一个针对各种大型社会活动的医疗急救保障信息系统。

新一代的5G通信技术具有高速率、低时延、大带宽的特性,可以很好满足大型社会活动医疗急救保障场景下的实时生命体征信号传输、视频音频交流、远程专家会诊指导的需求。2018年12月国家工业与信息化部给中国移动、中国联通和中国电信三家运营商发放5G试验频率使用许可,2019年6月6日宣布5G通讯网络正式投入商用。迄今为止,国内外还未见基于5G技术的类似指挥信息系统的报道,笔者所在团队从2016年开始会议急救保障系统的研发,2018年将5G通讯技术引入系统,现报道如下。

1 资料与方法 1.1 研究时间

2016年3月至2019年9月在浙江省杭州市完成。

1.2 研究单位

浙江大学医学院附属第二医院急诊医学科/浙江大学急救医学研究所, 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院,浙江省之江实验室,杭州迅蚁网络科技有限公司等。

1.3 确定大型社会活动医疗急救保障系统的结构

参照国内外大型社会活动的医疗急救保障的指导意见[4-6],经专家讨论确定本项目医疗急救保障服务的流程与功能模块,系统由指挥监控平台、现场救援平台、后送支援平台三大部分组成,构建现场急救移动终端、车载急救终端、专家远程会诊终端、医院终端和指挥调度中心5个信息终端来支撑上述三个平台,实现医疗急救保障功能。

1.4 信息系统开发

采用javascript语言进行软件开发,前端开发使用VUE框架,后端使用node+SQL server技术。指挥中心和医院终端采用web网页形式,运行环境为windows10操作系统。急救移动终端、车载急救终端、专家远程会诊终端采用APP形式,安装于华为M5平板电脑,操作系统为Android 9.0。

2 结果 2.1 大型社会活动医疗急救保障系统的结构与模块组成

保障系统由指挥监控平台、现场救援平台、后送支援平台三大部分组成:指挥监控平台即指挥调度中心,通过Web页面整合、传递、展示多种来源、多种形式的数据; 现场救援平台指现场驻点医生和配备的医疗急救设备,包括患者信息输入、视频信号采集和生理信息获取设备,实现多种方法病情录入、生命体征和生理信息采集、多角度视频获取,传输至指挥中心; 后送支援平台包括救护车、远程会诊专家、定点保障医院和无人机系统。见图 1

图 1 大型社会活动医疗急救保障系统结构示意图 Fig 1 Schematic diagram of medical emergency medical support system for large-scale social activities
2.2 指挥监控平台

该平台包括以下模块和功能。

(1)指挥调度中心(见图 2)。指挥调度中心能够通过Web页面,整合、传递、展示多种来源、多种形式的数据,如现场医疗组、救护车、医院、专家的信息,随车医疗设备(监护仪、呼吸机、心电图、便携式B超机等)的实时数据信号,基于二维或者三维地理信息系统展示救护车实时位置,显示救护车内抢救场景的实时音频、视频和VR全景,展示患者基本信息和历史病历的查询结果。指挥中心可随时与现场救护点、救护车、定点救治医院、远程会诊专家进行音视频、信息联系。平台管理控制单元提供开放的应用程序编程接口(application programming interface,API),业务生成和支持方式可以实现标准化,方便实现与医疗定点医院院内信息系统的集成,规避信息孤岛问题,保证该项目的推广普及的可行性。同时,指挥平台还具有调度、人员和医院车辆管理、统计报表功能等。

图 2 指挥调度中心显示会场、救护车、医院、专家的信息并制作统计报表 Fig 2 The command and dispatch center displaying the information of the venue, ambulance, hospital, and experts, and producing statistical reports

(2)基于5G技术的地理信息决策支持系统。在急救事件发生后,系统以会议地点或活动现场到每一家医疗机构的行驶时间作为基准,并将实时的交通状况与每家医院的急救能力与业务专长考虑到决策支持模型中,优化目的医院和转运路线,实时显示救护车位置、估计到达目的地医院的时间。

(3)急救分流与后送决策支持系统。利用采集的患者数据以及从医疗机构中获取的既往史,设计数据驱动的动态急救分流决策支持模型,使急救人员对患者病情严重程度、病情恶化趋势及预后有更加直观而全面的理解,给出个性化的后送决策建议,帮助后送指挥人员将患者合理地后送到医疗机构。系统能够在患者的医疗需求与多家医疗机构急救医疗能力之间进行有效的平衡,从而提高整体急救医疗响应的效率。

2.3 现场救援平台

该平台包括以下模块和功能

(1)患者信息输入设备。采用华为M5平板电脑作为移动急救终端,操作系统为Android 9.0,通过扫描参会人员二维码后,获取患者基本信息,现场医生采用多种方法快速录入病情,传输事件现场的急救数据,并能够对重要嘉宾的信息进行隐私保护。急救数据包括患者的基本信息(性别,年龄,身高,体质量等人口学信息)、生命体征、病情严重程度、心电图、超声、床旁快速检验(POCT)结果等。见图 34

图 3 驻点医生配备现场急救终端箱、戴AR眼镜、手持PAD Fig 3 The resident doctor equipped with an on-site emergency terminal box, AR glasses, and a handheld PAD

图 4 电子病历系统可快速录入患者信息 Fig 4 The patient information can be quickly input to the electronic medical record system

(2)视频信号采集设备。包括:①AR眼镜,现场医生带上后把第一人称视角拍摄到的视频实时上传。②现场全景摄像头,基于5G网络的高传输速率,方便指挥中心和专家掌握现场整体状态。③平板电脑摄像头,也具有视频采集、实时通信的功能。通过以上三种视频采集方式,多角度地获取现场情况,有助于指导现场的医疗处置。

(3)患者生理信息监测设备。①便携式多参数生理监测设备,通过5G网络指挥中心可以实时获得多生理参数。②心电图机,现场采集患者12导联心电图,通过5G网络上传至云端进行人工智能诊断,同时发送至指挥监控中心和专家会诊终端。③手持超声,由现场医生操作,通过5G网络将图像传输至指挥中心或专家终端。④车载POCT设备, 如血糖、胸痛三项包括肌钙蛋白、N末端脑钠肽前体、D—二聚体。

2.5 后送支援平台

包括以下模块和功能。

(1)5G救护车。救护车转运医生配备华为M5平板电脑作为车载急救终端,操作系统为Android 9.0,安装APP后,扫描现场急救终端上的二维码即完成交接,转运途中记录生理信息,也可以传递监护仪、心电图和超声信息。见图 56

图 5 患者交接采用二维码扫描方式 Fig 5 Patients transferred by two-dimensional code scanning

图 6 转运途中可随时增加患者病情记录 Fig 6 The patient's condition record can be increased at any time during the transfer

(2)远程专家会诊终端。会诊专家配备华为M5平板电脑作为远程会诊终端,操作系统为Android 9.0,安装APP后,可以同步查看患者的文本、图像、心电图信息等,并能进行视频对话,给出会诊意见,指导现场医务人员救治。

(3)医院终端。医院终端可同样配备华为M5平板电脑或者PC终端,在救护车达到医院时,扫描车载急救终端上的二维码即完成交接,获取患者完整的病历信息和院前救治经过等,避免口头交接时的信息丢失。

(4)无人机系统。无人机在5G网络的精准导航下,可以实现任何两点的急救物资、药品和标本的快速转运。

3 讨论

我国大型社会活动的医疗保障尚处于发展阶段,存在保障人员不固定、力量相对不足、设备系统落后、缺乏有效的信息联系等问题,导致现场救治措施有限、指挥中心和定点医院不能及时获得患者信息等不足。

本系统已经具备大型社会活动的医疗急救保障信息交流的主要功能。一旦有患者突发情况,现场医务人员通过急救终端扫描患者代表证的二维码快速录入基本信息,使用便携式多参数生理监护仪获取各项生命参数,同时采集心电图信号,多种方式快速录入病史资料和处理意见,做出初步诊断并同步上传到指挥中心。与传统的急救医疗保障模式相比,本系统在5G条件下还可以实现救护车内抢救场景多路视频信号传输,随时进行多方视频会诊,还具有智能调度功能,系统依据急救分流框架与患者病情,给出后送医疗机构的建议,帮助指挥人员快速做出分流的决策。转运过程中,系统基于地理信息对后送时间、后送医疗机构、后送方式、后送交通工具、后送途中实时位置等信息进行管理,使得整体的保障服务效率最大化,各医疗机构所接收的患者数量适中。指挥中心能够对多来源的数据进行实时汇总、分析与直观展示,包括:患者的急救分流去向与结果、整体医疗资源使用情况与可用资源情况,还能针对重点、有特殊需要的患者进行个体跟踪与监控,便于发现急救医疗过程中的异常情况,并提早准备应对方案。因此,使用本系统后,指挥人员掌握的患者信息更全面,能够最大程度地满足大型活动医疗保障的需求。

网络环境的不稳定和传输能力是限制医疗急救保障系统功能的重要因素。目前使用的4G网络相对于3G网络虽能提供质量更高的远程视频通话和视频检查,然而仍然会因为网络覆盖范围不全面导致无法连接,且无法提供多路、高清晰视频信号,对医疗质量提升有限[7]。新一代5G通讯技术高带宽、高速率、低时延的优势,使得现场-救护车-医院-指挥中心-专家的高效信息链接成为可能。一旦现场突发急症,如心脏骤停,急性心梗,脑梗,严重创伤等,最关键的是在最快时间内确定诊断,争分夺秒地进行抢救,5G网络就可以发挥巨大的优势,让传统的点对点急救上升为体系化救治。现场驻点医生快速评估患者情况,将多角度高清视频传输至指挥中心,院内专家佩戴VR眼镜身临其境地指导现场医生进行抢救,实时VR过程中识别的景象会发生连续大量的动态变化,目前4G网络难以负荷这样庞大的计算量,而5G可以很好地解决时延问题,在极短的时间内将多个摄像头采集的数据上传、集成、渲染和传输。抢救过程中需要用到特殊药品,血制品等,可以利用无人机系统进行快速调配[8],无人机在高速、稳定的5G网络支持下能自主精准导航,连接云端服务器比使用4G网络时速率提升10~100倍,时延缩短5倍,显著提升了飞行的平滑度和安全性。在急诊救治中超声被称为“看得见的听诊器”,5G网络支持超声图像毫s级超低时延回传,随着现场B超探头的移动,患者图像、彩超画面也能同时传回指挥中心,保证院内专家准确判读。总之,5G网络能满足大型社会活动急救保障过程中的患者信息与实时生命数据传输、高清视讯互动、远程超声诊疗,无人机物资调配和VR画面实时传输等需求[10],真正实现“上车即入院”。

本系统具有很好的兼容性和通用性,软件在安装windows10操作系统的普通PC机上即可运行,APP运行环境为Android 9.0平板电脑。本系统在5G网络下能发挥最大效能,对现行4G网络也进行了优化,可以在4G网络下实现主要功能,比如文本、生理指标、心电图、音频、图片等传输。针对不同规模、不同性质的社会活动,只要输入地理信息、人员、车辆、医院等,即可快速组建专门的医疗急救保障信息系统,具有很好的适应性和商业应用前景。

当然,本系统的应用还存在一些问题。首先,当前5G网络还在普及过程中,5G商用终端设备很少,离真正发挥5G优势的临床应用还有一段距离。其次,系统已经经过多次模拟测试,但还没有经过临床实践检验,需要不断优化。第三,先进技术并不能替代应急保障服务的基本要素,即人员素质、规范、流程,决不能仅仅依赖系统设备。但是,不可否认的是基于5G移动通讯技术,建立远程协同急救物联网,实现快速应急处理、决策指挥、现场调度的信息化和智能化,对提高大型活动急救保障的时效性具有划时代的意义[11-12]

总之,本系统能够初步满足大型社会活动医疗急救保障的需求,实现患者现场急救-救护车转运-医院救治全过程信息快速传递、调度决策和数据统计汇总,随着5G网络的普及与应用,本系统将给医疗急救保障工作带来巨大的飞跃。

参考文献
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