基于物联网的放疗患者安全监护系统应用研究

引言

肿瘤已经成为现今常见多发疾病，据相关资料表明，70%以上的肿瘤病人需要接受放射治疗[1]，随着多学科联合诊疗模式的开展和患者对生存质量要求的不断提高[2-3]，更加凸显出放射治疗的优越性。

本文通过应用物联网技术，采用可穿戴式手环，对接受放射治疗的患者的生命体征进行实时监测，并可以和机房内实时双向通讯[4]。手环连接到安装在机房迷路或者电缆沟旁的接收器，由接收器再送至操作室的监控电脑上进行患者生命体征监控。将接受放射治疗的患者的风险做到充分可控，提高患者接受治疗的安全感，杜绝医疗隐患的发生[5-7]。符合“十三五”规划纲要提出的健康中国战略，切实提高医疗安全管理水平，提高医疗服务质量，保障医疗安全。

通过扩展，本研究成果也可以适用在影像科等，甚至可应用到医院内转运患者或者移动中患者的生命体征监护和安全监护，从而实现移动医疗需求，实现医疗风险可控[8]。

1 材料与方法

物联网是我国战略性的新兴产业[9]，是指通过传感器等无处不在的终端设备全面感知信息，并通过无线或有线方式接入网络，进行计算、处理和知识挖掘，提供安全可控和个性化的各种在线监测、实时控制、精准管理和科学决策等，具有全面感知、可靠传送、智能处理等 3大特征[10-12]。

1.1 系统结构

系统主要由手环、接收器、服务器和监视器等构成。患者安全监护系统结构图，见图1。手环主要负责测量收集人体的监测数据，接收器负责接收已连接的手环的数据，服务器负责数据的分发与共享，监视器可以查看每个手环的数据情况，以便医生能查询指定数据并可及时处理。患者在入院接受治疗时，分配给一个手环，手环的序列号是一组64位的二进制编码，具有唯一性，避免了不同手环或患者之间的数据混淆。

无线传感器网络是由部署在监测区域内大量传感器节点相互通信形成的多跳自组网络系统，是物联网底层网络的重要支撑。手环和接收器之间通过物联网技术连接，并进行身份确认和识别[13]。

1.2 器件选择

根据临床需求，本研究需要能够监测血氧饱和度和心率，一般认为血氧在95～99之间均为正常，如果低于90以下，就考虑为供氧不足，会造成机体缺氧。

根据郎伯-比尔（lamber-beer）定律，在一定波长处，物质的吸光度与浓度成正比，当恒定波长的光照射到人体组织时，经过组织吸收、反射衰减，而后测量得到的光强反映了被照射组织的结构特征。心率主要由人体心脏搏动，动脉舒张和收缩产生的，在人体指尖、组织中的动脉成分含量高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此，传统式光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。

可穿戴科技的不断发展，已经可以采用智能手环来进行心率和血氧饱和度监测，课题组和某公司合作，选用接近医用级某公司推出的MAX30100芯片，集成心率、血氧饱和度和G-SENSOR三合一的低功耗医疗传感器，尺寸为5.6 mm×2.8 mm×1.2 mm，共用I2C总线，4byte FIFO，4个中断，可以提供准确的心率、血氧浓度等参数，非常适合可穿戴设备。血液含氧量精准度能达到±1，可以准确提供本研究中所需监护的心率和血氧饱和度[14]。监测手环内部结构示意图，见图2。基本电路原理图，见图3。

1.3 系统框图

患者安全监护系统组成框图，见图4。硬件部分由无线监护组件、无线接收组件、一键呼救组件和无线的双向通讯系统构成。监护管理系统由患者信息管理、监护信息管理和处置信息管理构成，能形成记录并进行比对研究，保障患者安全，同时也可以为患者的治疗决策提供参考。

1.4 工作流程

患者治疗时，佩戴手环进入机房，接收器监测确认患者信息，从而实现身份确认，同时在监护系统中列出（调出）患者界面。所监护的数据通过物联网连接到装置在机房电缆沟旁的数据接收器上，再由接收器送到操作室患者监护系统处理、记录并显示。医护人员可以很直观地观察到该患者的血氧浓度和心率。如果该患者觉得不适时，也可通过按下一键呼救按钮，呼救信息同样由接收器接收并送到操作室进行声光报警，也可以同时通过无线的双向通讯系统进行交流，可以引起医护人员的重视，提醒及时处置。

系统自动连接时，先初始化传感器，达到定时时间后，对脉搏和血氧饱和度值进行采集，每采集满10次后，对这些值进行滤波和均值处理，去除一些受外界干扰波动较大的数据后，以得到一个相对准确的数值，然后在智能手环上进行显示，并自动发送给接收器。数据发送流程，见图5。

接收器接收到数据信号后，再将数据送给监护计算机进行处理。数据接收处理流程，见图6。

2 结果

患者安全监护软件显示界面，见图7，左边是患者信息部分，可以输入或者由医院管理系统或者放射治疗系统读出，和患者手环序列号进行匹配，从而实现患者身份确认[15]。并可以进行基础疾病管理，提示医护人员注意。

当患者开始治疗的时候，点下开始按键，系统开始工作，读取监护信息并在右边监护信息显示部分进行显示。中部左边显示血氧饱和度，右边显示心率，下行显示血氧饱和度波形。当监测到异常或者患者按下了一键呼救以后，右上方报警闪烁，同时发出声光报警，提醒技术员即刻进行处理。

在实验中，采用手环和监护仪同时对患者血氧饱和度和心率进行监测，获得的数据进行处理，处理结果显示，手环监测结果与监护仪监测结果差异无统计学意义，可以认为，手环监测结果符合课题要求。手环与监测仪测量值比较，见表1。

相关数据能形成记录并进行比对研究，保障患者安全，同时也可以为患者的治疗决策提供参考。在临床实验中，目前已经应用本系统监测患者治疗，成功处理血氧和心率异常患者，如及时发现病人在治疗过程中发生的休克。

3 讨论

在系统实施过程中，在管理软件中统计相关数据，并与设计系统得出的结论对比，分析系统设计的准确性，逐步建立数据流分析，比对患者自主不适后进行呼救和参数之间的对应关系，意外和处置之间的关联关系、不良事件比例的降低以及安全因素的提升。

在确认可以认可手环监测结果后，又对手环佩戴方式进行实验验证，按照手环佩戴在手腕内侧和外侧同时进行监测，获得的数据同样进行处理，结果显示，手环监测结果与佩戴方式不相关，确认手环监测结果符合课题要求，相应统计结果比较，见表2。

4 结论

综上，通过实验，本系统可以从治疗对象的唯一性（患者身份确认）、避免共用监护设备从而带来交叉感染的安全风险隐患以及患者生命体征监护等多个方面来实现放疗患者的安全监护，在放射治疗患者安全监护中，具有实用价值[16]。

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