物联网技术在智慧医院中的应用与设计

常立强， 张 龙

(中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

《智慧医院综合评价指标(2015版)》制定了智慧医院评价指标体系总体框架，成为最早指导全国各级医疗机构开展智慧医院建设的基本评价体系，为智慧医院的建设指明了方向。近年，《全国医院信息化建设标准与规范(试行)》(2018)《医院智慧服务分级评估标准体系(试行)》(2019)等建设标准和评估体系陆续颁布，为智慧医院的建设提供了更明确的评估方法和更高的建设标准。医疗建筑工程正沿着智慧型医院标准体系加快建设或转型升级。

物联网作为近年来的新兴技术之一，由于其高效性、准确性、灵活性、智能性等优势，已在新型智慧医院中得到广泛应用，同时也成为智慧医院评价体系中的重要考核指标。2020年4月20日，由国家发改委首次明确的“新基建”范围，同样也重点强调了物联网技术在信息基础设施建设中的重要性。如何做好物联网系统在智慧医院中的设计与应用、响应国家政策、建设完善的智慧服务信息系统，在智慧医疗、智慧护理、智慧患者、智慧管理、智慧后勤、智慧保障等方面发挥物联网技术优势，使之成为改善患者就医体验、开展全生命周期健康管理的有效工具，已成为当下智慧医院建设的重要研究方向之一。

1 医院物联网技术简介

1.1 物联网的诞生

物联网(Internet of Things，IoT)的概念最先由英国科学家Ashton教授提出，是指将无处不在的末端设备和设施(包括“内在智能”的传感器、移动终端、工业与数控系统、智能设施、视频监控系统等)和“外在使能”的(如贴上RFID标签的资产、携带无线终端的个人与车辆等)智能化物件、动物或“智能尘埃”，通过各种有线/无线通讯网络实现互联互通、应用集成等功能，在内网、专网或互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现高效、节能、安全、环保的“管、控、营”一体化。

1.2 医院物联网技术

随着物联网技术的发展与成熟，其在医院建筑中得到了广泛的应用。医院物联网主要是将各种与医学服务活动相关的人或物，进行信息的交互、传输、分析和共享。通过感知医学服务对象，采集各类需要的数据并进行分析，实现对医学服务活动的实时动态监控、连续跟踪管理和精准的医疗健康决策。根据使用维度的不同，智慧医院中的物联网应用场景也多种多样，其主要的应用场景见表1所示。

智慧医院中物联网技术的主要应用场景 表1

2 医院物联网系统应用频谱

物联网技术在智慧医院应用中主要使用的几种通讯技术为RFID、ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa、WMTS。不同的物联网应用有着不同的通讯技术和应用频谱，而应用频谱则影响物联网系统架构形式、应用终端的接入方式等。因此，了解物联网系统的应用频谱，有助于理解医院物联网系统的架构形式，对方案设计起到技术支撑作用。医院物联网技术各主要应用场景、工作频谱及通讯技术见表2所示。

医院物联网技术的主要应用场景、频谱、通讯技术 表2

从表2中可以看出，智慧医院的应用场景工作频率集中在125k～5GHz，其系统的搭建应考虑覆盖以上通讯频率，以满足医院对应用场景的灵活配置需求。

3 系统架构

医院物联网系统架构(即物联网基础平台)的搭建，需要解决的核心问题就是通过系统顶层架构设计与建设，将通讯标准不统一、工作频谱不统一的末端设备及设施进行互联互通，构建统一的物联网运营平台，实现智慧医院“人与物”的物联化、互联化、智能化。

目前主流的物联网系统架构有3种解决方案，下文笔者对3种方案及其优缺点进行简单的介绍与分析，以便设计过程中可以更有针对性的选择合适的系统架构。

3.1 基于专用物联网网络的解决方案

通过单独建设一套超宽频室内信号分布系统，同时覆盖多种智慧医院物联网应用的工作频谱和通讯协议，做到多网合一，其系统架构拓扑图见图1。

图1 基于专用物联网网络的系统架构示意图

该方案最大的优点是简化了网络系统架构，避免了各种应用系统的重复建设，降低了整体运营成本和维护成本，同时采用专用的物联网网络，可保证网络的安全性。但由于需要单独设置一套专用物联网网络，前期投入较高且布线工程量大。

3.2 基于互联网无线AP+物联网基站的解决方案

利用院区无线内、外网以及物联网基站，搭建基于无线网络的智慧医疗物联网方案，其系统架构拓扑图见图2。该方案利用综合布线网络搭建物联网系统，其优点是布线方式简单、系统接入灵活、建设成本低；但由于很多物联网应用属于后勤管理系统，院区内、外网Wi-Fi无法覆盖全部区域(如车库)，且物联网应用的频段种类繁多，因此需要在无Wi-Fi网络区域增加独立的物联网基站，同时要求无线AP具备多个IoT扩展槽以实现多种物联网应用。因此，该方案物联网系统同时利用了院区内网和外网Wi-Fi网络，减少了布线成本的同时，降低了物联网数据的安全性，但大量的物联网基站会提高系统故障率，增加管理和维护成本。

图2 基于互联网AP+物联网基站的系统架构示意图

3.3 基于物联网摄像机的可视化物联网解决方案

通过升级传统视频监控系统，将部分摄像机调整为物联网摄像机，结合微基站、定位器等设备，在满足视频监控系统运行的同时，实现智慧医院物联网系统全园区无死角、无盲区覆盖，其系统架构拓扑图见图3。

图3 基于物联网摄像机的可视化物联网系统架构示意图

该方案有效利用传统监控系统闲置的接入带宽，实现物联网系统搭建，其本质仍然是利用TCP/IP协议的传输方式，与3.2的方案有类似之处。该方案优点是可实现物联网系统的全程可视化，且网络相对独立、安全性较高；由于需要采用专门的物联网摄像机，因此对摄像机的选择具有一定的约束性，且在物联网摄像机无法覆盖的区域，需要增设微基站(如病房内)。

以上三种物联网系统架构均为成熟的物联网技术，且在医院项目中具有较高的占有率，由于三种方案各有优缺点，笔者团队在设计过程中应根据院方的实际需求，结合各方案安全性、可靠性、可视化、造价高低等因素，合理地选择物联网系统搭建方案，做到系统技术安全、经济合理、功能齐全。

4 医院物联网系统设计应注意的问题

医院物联网系统建设，除了满足安全性、可靠性、稳定性和基本的使用功能外，还应考虑与医院信息化系统的对接、分期建设、系统的开放与可扩展性以及应用终端选择等实际需求等问题。

(1)物联网系统集成平台与医院信息化系统的对接

医院物联网应用场景众多，包含系统搭建方的应用和第三方应用，部分医院还存在医院自研的应用系统。为了实现众多应用系统之间的各种数据交互、统一管理，应搭建基于各种业务场景的物联网数据集成平台，并能够根据医院的业务需要，与医院HIS、LIS、PACS系统实现数据共享、互联互通。

(2)应考虑系统分期建设需求

医院物联网系统的建设，应根据医院分期实施情况、资金投入、医疗业务需求等因素，考虑分区域或分期进行应用场景的配置，在系统建构搭建的过程中，应充分考虑远期物联网应用需求，通过合理的顶层设计，对全院区物联网架构进行统一规划、按需配置，达到分步实施的可能，避免后期增加过多的系统、线路改造，失去物联网系统的灵活性与智能化的特点。

(3)系统的开放性与可扩展性

医院物联网系统应有良好的开放性和可扩展性，能够灵活、方便地进行硬件或软件的扩展和升级，以适应系统规模和应用功能的不断完善和增加，满足医院日益增长的运营需求。

(4)应用终端设备的可选择性

医院物联网应用系统种类多样，终端接入设备也在不断更新和变化，物联网系统的建设不应具有指定性或排他性，应能适用于大多数厂家终端设备产品，便于业主进行设备招采。

5 结束语