中华急诊医学杂志  2019, Vol. 28 Issue (10): 1237-1241   DOI: 10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2019.10.011
无人机在县域医共体急救体系中应用的初步研究
张旻海1 , 王慧2 , 庾航3 , 余育晖2 , 陈江2 , 章笑安2 , 敖新华4 , 李强1 , 张茂1     
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 长兴县人民医院,313100;
3 杭州市迅蚁网络科技有限公司,311121;
4 长兴县卫生健康局,313100
摘要: 目的 探索无人机在县域医共体急救体系中应用的可行性和优势。方法 2018年1-9月在浙江省长兴县进行研究,纳入长兴县人民医院及其半径25 km内的医共体卫生院。采用专门的商用无人机从各卫生院向县人民医院进行模拟急救物品转运的飞行,分别获得三类指标:①无人机的实际飞行时间; ②使用百度、腾讯地图软件测量午夜0点上述路线的道路交通时间; ③使用高德地图软件测定上述路线0点、8点、10点、12点、14点、16点、18点、20点共8个时点的道路交通时间。比较无人机飞行时间与不同地图软件测定的不同时间点的道路交通时间的差异。采用Wilcoxon符号秩检验进行统计分析,以P<0.05为差异有统计学意义。结果 (1)共有10家卫生院参与研究,它们与县人民医院的空中直线距离为(10.97±3.59)km,道路交通距离为(13.61±4.95)km。(2)无人机飞行时间为(16.35±5.15)min,小于高德、百度、腾讯地图软件测定的午夜0点的道路交通时间,分别为(21.40±5.15)min、(22.50±6.11)min、(22.00±5.23)min(均P<0.01)。(3)高德地图软件测定所有线路从0点到20点的道路交通耗时均大于无人机飞行时间(P<0.01),其中18点耗时最长为(27.80±6.12)min,午夜0点耗时最短为(21.40±5.15)min。所有线路不同时点无人机最多可节省14.07 min,最少为2.8 min,平均节省(7.98±1.32)min。结论 无人机可用于县域医共体机构之间急救物资的转运,比道路运输更快捷,是具有较好的应用前景而值得进一步研究
关键词: 无人机    急诊医疗服务体系    县域    医共体    
Preliminary study on application of drones in a county emergency medical service system
Zhang Minhai1 , Wang Hui2 , Yu Hang3 , Yu Yuhui2 , Chen Jiang2 , Zhang Xiaoan2 , Ao Xinhua4 , Li Qiang1 , Zhang Mao1     
1 Department of emergency medicine, the Second Affiliated Hospital Zhejiang University School of Medicine, Hangzhou 310051;
2 Changxing County People's Hospital, Changxing 313100, China;
3 Antwork Ltd, Hangzhou 311121, China;
4 Changxing County Health Bureau, Changxing 313100, China
Abstract: Objective To explore the feasibility and advantage of the drones in a county emergency medical service system. Methods The study was conducted in Changxing County, Zhejiang Province from January to September 2018. The Changxing County People's Hospital and the health centers within its radius of 25 km were included in the study. Three types of indicators were obtained by using commercial drones to transfer simulated first-aid medical supplies from health centers to county people's hospitals: (1)The flight time of the drone; (2) The road traffic time measured by Baidu map and Tencent map software of the above-mentioned route at midnight; (3) The road traffic time measured by Amap software of these routes at 0: 00, 8: 00, 10:00, 12:00, 14:00, 16:00, 18:00, 20:00. The road traffic time at different time points measured by map softwares and drones flight time were compared. Wilcoxon symbolic rank test was used for statistical analysis, and P value of < 0.05 was considered statistically significant. Results (1) A total of 10 health centers were involved in this study, the air straight-line distance between them and the county people's hospital was (10.97±3.59) km, and the road traffic distance was (13.61±4.95) km. (2) The flight time of drone was (16.35±5.15) min, less than road traffic time measured by Amap, Baidu and Tencent map software, which were (21.40±5.15) min, (22.50±6.11) min, (22.00±5.23) min, respectively (P < 0.01). (3)The road traffic time measured by Amap software was longer than that of drones from 0:00 to 20:00 (P < 0.01), with the maximum time of (27.80±6.12) min at 18:00, and the minimum time of (21.40±5.15) min at midnight. Drones could save up 14.07 min at most and 2.8 min at least, with an average save of (7.98±1.32) min. Conclusions Drone might be used to transfer first aid medical supplies between health centers in a county area, which is faster than road transportation. It has a better application prospect and is worth to further study.
Key words: Drone    Emergency medical service system    County    Partnership health center    

县域医疗服务体系建设是当前国家医改工作的重点,其中不断提高急危重症的救治水平非常重要,国家卫建委在《全面提升县级医院综合能力工作方案(2018-2020年)》和《改善医疗服务行动计划(2018-2020年)》两个文件中都特别强调[1-2]。我国还有相当部分的县域经济不发达,交通欠便利,医疗急救资源缺乏,急救反应不够及时,急救水平和效率偏低下[3-4]。近年来无人机技术的发展非常迅速,其飞行机动性强、不受地面交通状况的影响、能以近似直线快速地飞达目的地[5],在医疗急救领域的应用会有明显的优势。但目前世界范围内只有零星的探索研究,例如加拿大利用无人机将自动体外除颤仪(AED)快速转运到心脏骤停的现场[6],非洲马拉维使用无人机快速转运血样和药物[7],还未见在区域医疗急救体系中系统应用的报告。本研究尝试在一个县域内建立无人机急救物资转运体系,通过比较县人民医院和各卫生院之间无人机飞行和道路交通的时间,探索无人机在县域医疗急救体系中应用的可行性和优势。

1 资料与方法 1.1 一般资料

研究于2017年1~9月在长兴县进行。该县隶属于浙江省湖州市,地处北纬30°43'至31°11'、东经119°33'至120°06'之间,居浙北低山丘陵向太湖西岸平原过渡地区,面积1430平方公里。参与研究单位包括浙江大学医学院附属第二医院(浙大二院)、长兴县卫生健康局、长兴县人民医院和10家卫生院、杭州迅蚁网络科技有限公司(杭州迅蚁)。其中浙江大学医学院附属第二医院(浙大二院)负责整体研究方案设计和执行,长兴县人民医院和10家卫生院负责各家医疗机构的协调,长兴县卫生健康局负责无人机起降场地准备,杭州迅蚁网络科技有限公司(杭州迅蚁)负责无人机起降场地选择、飞行路线勘测、向空管部门报批、提供商用无人机和实际操控飞行。

1.2 飞行线路选择

根据长兴县各卫生院的地理分布和无人机的最大航程(30 km),确定无人机飞行的网络点。选择以长兴县人民医院为中心、半径25 km内的10家卫生院,具体的地理信息及无人机飞行路线使用Google Earth软件(google公司,美国)获得,如图 1所示。无人机起降场地为4 m×4 m的空地,垂直空域没有障碍物和遮挡物。由杭州迅蚁网络科技有限公司(杭州迅蚁)公司使用电子地图初步规划航线,避开高人口密度区域和重要建筑,再结合实地勘测、优化制定航线。

1:水口乡卫生院; 2:小浦镇卫生院; 3:煤山镇卫生院; 4:林城镇卫生院; 5:虹星桥镇卫生院; 6:吕山乡卫生院; 7:李家巷卫生院; 8:洪桥镇卫生院; 9:画溪街道卫生服务站; 10:夹浦镇卫生院 图 1 长兴县人民医院和10家卫生院的地理信息及无人机飞行路线图 Fig 1 Location information of health centers in Changxing County and the drone flight routes
1.3 飞行方案

采用捷雁TR7智能物流无人机(杭州迅蚁网络科技有限公司,中国,图 2),外形尺寸1 110 mm×1 272 mm×501 mm,货仓容积25 L,有效载重7 kg,动力供应采用12 S聚合物锂电池,最大飞行速度16 m/s,最大航程30 km,最大海拔升限2 000 m。每次飞行均选择晴天或阴天,无强风、降雨、降雪和雾霾,提前向当地空管部门进行申报并获得批准。该无人机具备机器智能和云端智能,普通人员也能够实现一键操控起飞,管理后台能实时监控飞行全程,还有技术人员提供现场应急保障,无人机购买了第三者责任险。设定无人机飞行速度为12.5 m/s,记录从各卫生院到县人民医院的飞行时间,以无人机开始起飞到落地为止,精确到秒。

图 2 捷雁TR7智能物流无人机 Fig 2 TR7 drone.

与无人机飞行时间相比,aP<0.01 图 3 无人机飞行时间与3种地图软件测定的午夜0点道路交通时间比较 Fig 3 Comparison of drone flight time and road traffic time measured by Baidu map, Tencent map and Amap at 0 a.m
1.4 道路交通时间测量

避开节假日、当地特殊活动和异常天气,在同一天分别采用百度地图(北京百度网讯科技有限公司,中国)、腾讯地图(腾讯公司,中国)测定午夜0点从10家卫生院到长兴县人民医院的道路交通时间,再利用高德地图(高德软件有限公司,中国)获得上述路线0点、8点、10点、12点、14点、16点、18点、20点8个时间点的道路交通时间,每种软件均取耗时最短方案。

1.5 统计学方法

采用SPSS20.0统计学软件进行分析,计量资料以均数±标准差(Mean±SD)表示,采用Wilcoxon符号秩检验进行统计分析,以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

长兴县人民医院核定床位600张,2017年门急诊人次95.59万、出院4.37万人次。各卫生院的基本信息、与县人民医院的空中直线距离和道路交通距离见表 1。10条线路的空中距离均小于道路交通距离,分别为(10.97±3.59)km和(13.61±4.95)km(P<0.05); 差值最大为6.2 km,最小为1.02 km,平均(2.64±1.71)km。10条线路的无人机飞行时间为(16.35±5.15)min,均小于高德、百度、腾讯地图软件测定的午夜0点的道路交通时间,分别为(21.40±5.15)min、(22.50±6.11)min、(22.00±5.23)min(均P<0.01,见图 2)。

表 1 10家卫生院的基本信息及与县人民医院的空中和道路交通距离 Table 1 Basic information of 10 health centers and their air and road traffic distance to the County People's Hospital
卫生院 核定床位(张) 门急诊人数(万人) 出院人次(人次) 空中直线距离(km) 道路交通距离(km)
水口 15 8.07 199 10.1 14.1
小浦 15 8.65 10 8.3 9.9
煤山 0 14.35 0 19 23.6
林城 79 20.92 394 15.2 21.4
虹星桥 23 16.87 569 11.5 12.9
吕山 9 11.18 25 11.2 12.7
李家巷 20 10.44 74 10 11.7
洪桥 0 20.38 0 8 9.9
画溪 31 12.86 268 7.8 10.3
夹浦 16 16.40 515 8.58 9.6
平均 20.8±22.6 14.01±4.58 205.40±221.10 10.97±3.59 13.61±4.95
注:空中距离和道路交通距离比较,P<0.05

10条线路的道路交通在18点耗时最长为(27.80±6.12)min,耗时最短在午夜0点为(21.40±5.15)min,均大于无人机飞行时间(P<0.01)。道路交通耗时最长的线路是煤山-县人民医院为39 min,耗时最短的为虹桥、画溪和夹浦至县人民医院3条路线均为17 min。相对于道路交通时间,各线路不同时点无人机最多可节省14.07 min,为18点林城-县人民医院的线路; 最少也可以节约2.8 min,为午夜0点煤山-县人民医院; 平均节省(7.98±1.32)min。见表 2

表 2 无人机飞行时间与单日不同时间点高德地图测定的道路交通时间比较(min) Table 2 Comparison drone flight time and road traffic time measured by Amap at different time points (min)
卫生院 无人机 0点 8点 10点 12点 14点 16点 18点 20点
水口 15.33 22 24 23 25 24 25 28 24
小浦 12.67 18 23 21 21 22 22 23 20
煤山 28.2 31 37 36 37 37 37 39 34
林城 21.93 29 31 30 32 30 32 36 30
虹星桥 17.5 23 28 26 26 26 29 31 24
吕山乡 16.52 22 25 24 26 25 26 29 22
李家巷 14.9 19 21 20 21 23 24 26 19
洪桥 12.12 17 19 19 22 19 19 24 19
画溪 11.77 17 22 20 19 20 22 21 19
夹浦 13.03 16 18 17 19 17 18 21 18
平均 16.35±5.15 21.40±5.15 24.80±5.81 23.60±5.76 24.80±5.85 24.30±5.81 25.40±5.89 27.80±6.12 22.90±5.32
注:与无人机飞行时间比较,各时间点的道路交通时间均P<0.01
3 讨论

我国的急救医疗资源分布很不均衡,东部沿海地区和大中型城市的急救软硬件条件已经有较好的发展,但在广阔的偏远地区尤其是在中西部的乡村,急救服务水平还较低。乡镇卫生院常是农村居民急诊的首选医疗点,而它们的急救物资包括设备、药物和血液配置均不足,不能很好地满足急救的需求[3-4]。丁士祥等[8]对四川省富顺县医疗机构的急救设备进行调查,显示仅有2家(7.7%)配有除颤仪,配有救护车的不足40%。还有相当部分乡村的道路崎岖、交通不便,一旦有急救的需求,既不能及时获得急救资源,也无法迅速将患者转送到条件稍好的县人民医院。因此,在这种情况下如何快速地将优质的急救医疗资源送到患者身边,成为县域医疗急救体系建设中面临的重大问题。大力发展远程医疗是有效的解决途径之一,可将优质的专家资源跨越空间、时间的限制延伸到基层医疗服务点,尤其是借助当前5G移动通讯技术高速率、低时延的优势,使专家达到身临其境地参与抢救的效果[9]。但对于急救物资而言,目前还无法通过互联网转送到现场,必须依靠物流系统的物理运载工具。

无人机具有飞行速度快、机动灵活、不受地面交通状况影响的优势,成为现代物流系统中很有前景的运输工具,无论用于长途还是终端的配送都是当前发展的热点[10]。本研究尝试在县域医共体的医疗机构之间使用无人机快速配送急救物资,所采用的商用无人机技术已经比较成熟,其外形小巧,货仓容积达到25 L,有效载重7 kg,最大飞行速度16 m/s,最大航程30 km,已经成功地应用于多种商业场景下的短途物流运输[11-12]。无人机对起降场地的要求不高,只需要4×4 m的空地,操控非常简单,可以使用专用的手机软件实施一键自动起降,医务人员经过简单培训后即可快速掌握。该无人机具有机器视觉等多种人工智能飞行控制技术,整个飞行过程有控制中心远程实时监控,安全性很好,特别适合于固定航线的飞行,也得到空管部门的大力支持。

长兴县属于丘陵地貌,道路交通的基础设施已经比较先进,但在遇到交通的繁忙时点和重大活动,以及洪水、大雪、冰冻等恶劣自然条件,道路交通状况会受很大影响,不利于急救物资的快速转运。本研究发现,10家卫生院和县人民医院的道路交通距离最远为23.6 km,最近为9.6 km,平均(13.61±4.95)km; 一天之中道路交通最为通畅的是午夜0点,道路交通时间为(21.40±5.15)min,在最繁忙的18点则增加到(27.80±6.12)min。而无人机的飞行时间为(16.35±5.15)min,相对于道路交通最多可节省14.07 min,最少节省2.8 min,平均节省(7.98±1.32)min。说明无人机用于长兴县域内急救物资的转运较道路运输有较好的时间优势。而且本研究中无人机的飞行速度只设置为最大值的75%,如果使用更大的飞行速度,以及在道路交通条件更差(例如道路更远、路况不好、车速限制)甚至道路中断的情况下,则无人机的时间优势会更加明显。2017年瑞典Claesson等[13]报告使用无人机转送AED,可以比救护车更快地到达现场。无人机可节省的时间对于院外心脏骤停患者的抢救具有重要意义[14-15]。该团队将无人机结合地理信息系统使用,在农村和市区运送AED分别可节省19 min、1.5 min[16]。本研究所采用的无人机完全能够满足急救药品、血液、体液和组织标本、小型急救设备/急救物资快速转运的需求,具有较好的实用价值。此外,无人机转送物资的成本也低于道路运输,尤其是在区域无人机物流网络比较成熟后会更加明显。在亚马逊的无人机物流计划中,将无人机的硬件、电池、软件、基础设施、人工管理成本等分摊到每架次的包裹转送上,成本只有0.88美元[17]。而且,无人机的物流转运更符合绿色环保的要求。根据韩国学者的研究,无人机每飞行1 km的温室气体排放量仅为摩托车的六分之一,产生的颗粒物只有后者的一半[18]。在当前国家大力推进县域医疗服务共同体建设的背景下,完全可以利用无人机的优势,以县人民医院为中心、涵盖医共体单位,建设无人机急救物流网络,既可以进一步完善县域急诊医疗服务体系、优化急救医疗资源配置、提高急救服务水平,也可用于医共体机构之间日常医疗物资的转运,具有很好的应用前景。

无人机在急救领域还有其他重要的应用价值。瑞典学者在溺水救援中使用无人机,能将实时视频传输给搜救人员,与传统的搜救方法相比可以更快地发现落水者; 并且无人机可标记落水者的位置,有助于救援人员尽早到达并进行心肺复苏[19]。德国的研究显示,使用无人机可以较传统方法更快地搜索到雪地中无意识的受害者,并且搜索的区域更广阔[20]。如果在120救护车上配备车载无人机,可将伤病员的血液标本提前送到目的地医院,从而缩短血液检验和交叉配血的时间,大大地提高抢救的时效性。今后甚至会出现更智能化的大型急救无人机,能够直接运载伤员和大型的急救设备物资,尤其适合道路交通不便的现场、灾难与战场的急救。

本研究不足之处。(1)本研究是模拟急救物资转运的飞行,还没有真正用于临床急救的实际。但这是国内首次将无人机用于县域急诊医疗服务体系的开创性研究,科学意义重大。(2)因为无人机的航程有限,并没有将县域内所有卫生院进行组网飞行。但随着无人机技术的快速发展,一定会出现航程更大、更加智能的无人机,飞行成本也更低,可以真正组成无人机急救物流网络。(3)目前物流无人机的飞行有着较严格的管制,还不能做到随时随地飞行。但国家已经在规划低空开放,后续随着管理政策的出台,急救无人机的飞行肯定会更加便捷。(4)因成本控制,本研究中的道路交通时间是使用电子地图软件获得,可能与实际的车辆行驶不完全一致。故研究采用3种独立的主流电子地图软件,相同时点的测量结果高度一致,说明能够较好地反映实际交通情况。当然,还有无人机飞行如何进行监管、如何跨区域部署、如何整合到当前急救医疗系统中,以及商业成本如何分摊等问题,都需要后续进一步的研究[5]

参考文献
[1] 中华人民共和国国家卫生健康委员会.《全面提升县级医院综合能力工作方案(2018-2020年)》[EB/OL]. http://www.moh.gov.cn/yzygj/pqt/201811/1610d9f0341642b3b9c44d7491c98b4c.shtms[2019-09-20].
[2] 中华人民共和国国家卫生健康委员会.《改善医疗服务行动计划(2018-2020年)》[EB/OL]. http://www.nhfpc.gov.cn/yzygj/s3594q/201801/9df87fced4da47b0a9f8e1ce9fbc7520.shtml[2019-09-20].
[3] 王雪容, 徐平. 某民族地区县卫生院急诊急救资源现状调查[J]. 华西医学, 2016, 31(7): 1304-1307. DOI:10.7507/1002-0179.201600356
[4] 周亮, 肖水源, 刘志宏, 等. 湖南省两县市乡级医疗机构中毒急救服务能力和可及性的研究[J]. 中国社会医学杂志, 2008, 25(2): 114-116. DOI:10.3969/j.issn.1673-5625.2008.02.020
[5] Mark DB, Hansen SM, Starks ML, et al. Drone-Based Automatic External Defibrillators for Sudden Death?[J]. Circulation, 2017, 135(25): 2466-2469. DOI:10.1161/CIRCULATIONAHA.117.027888
[6] Boutilier J J, Brooks S C, Janmohamed A, et al. Optimizing a Drone Network to Deliver Automated External Defibrillators[J]. Circulation, 2017, 135(25): 2454-2465. DOI:10.1161/CIRCULATIONAHA.116.026318
[7] Karen Allen. UsingdronestosavelivesinMalawi[EB/OL]. https://www.bbc.com/news/world-africa-35810153.
[8] 丁士祥, 钟明良, 杨谱芸, 等. 乡镇卫生院急救服务能力与空间可及性实证研究—以四川省富顺县农药中毒急救服务为例[J]. 中国卫生政策研究, 2018, 11(2): 69-73. DOI:10.3969/j.issn.1674-2982.2018.02.011
[9] 戴谦, 张丽玮, 张帆.5G让"远程医疗急救"成为可能[EB/OL]. http://zj.people.com.cn/n2/2018/1108/c228592-32261441.html[2019-09-20].
[10] 黄鑫.我国物流无人机率先常态化运行[EB/OL]. http://www.xinhuanet.com/info/2018-09/26/c_137493190.htm[2019-09-20].
[11] 袁泉, 胡帅帅.无人机畅通中国乡村空中邮路[EB/OL]. http://uav.xinhuanet.com/2018-04/18/c_129853297.htm[2019-09-20].
[12] 程雪.为传统物流插上更有效率的"翅膀"—"迅蚁网络"驾无人机布局美好生活[EB/OL]. http://www.zjgrrb.com/zjzgol/system/2018/07/13/031009095.shtml[2019-09-20].
[13] Claesson A, Bäckman A, Ringh M, et al. Time to delivery of an automated external defibrillator using a drone for simulated out-of-hospital cardiac arrests vs emergency medical services[J]. JAMA, 2017, 317(22): 2332. DOI:10.1001/jama.2017.3957
[14] Pulver A, Wei R, Mann C. Locating AED enabled medical drones to enhance cardiac arrest response times[J]. Prehospital Emerg Care, 2016, 20(3): 378-389. DOI:10.3109/10903127.2015.1115932
[15] van de Voorde P, Gautama S, Momont A, et al. The drone ambulance[A-UAS]: golden bullet or just a blank?[J]. Resuscitation, 2017, 116: 46-48. DOI:10.1016/j.resuscitation.2017.04.037
[16] Claesson A, Fredman D, Svensson L, et al. Unmanned aerial vehicles (drones) in out-of-hospital-cardiac-arrest[J]. Scand J Trauma Resusc Emerg Med, 2016, 24: 124. DOI:10.1186/s13049-016-0313-5
[17] 肖琦.无人机送货成本或可低于1美元每单[EB/OL]. http://news.163.com/uav/17/0302/09/CEGVALQ60001899S.html.
[18] Park J, Kim S, Suh K. A comparative analysis of the environmental benefits of drone-based delivery services in urban and rural areas[J]. Sustainability, 2018, 10(3): 888. DOI:10.3390/su10030888
[19] Claesson A, Svensson L, Nordberg P, et al. Drones may be used to save lives in out of hospital cardiac arrest due to drowning[J]. Resuscitation, 2017, 114: 152-156. DOI:10.1016/j.resuscitation.2017.01.003
[20] Karaca Y, Cicek M, Tatli O, et al. The potential use of unmanned aircraft systems (drones) in mountain search and rescue operations[J]. Am J Emerg Med, 2018, 36(4): 583-588. DOI:10.1016/j.ajem.2017.09.025