基于AI 语音的传染性疾病临床护理数据采集系统的构建及应用

侯绪娜，隋伟玉，韩凤萍，朱洁宏，赵海芹，王静，李启虹，卢鹏章

（1.烟台市奇山医院a.护理部；b.肝病科；c.感染科；d.信息科，山东 烟台 264000；2.北京大学护理学院基础教研室，北京 100191；3.首都医科大学附属北京地坛医院中西医结合一科，北京 100015）

在传染病应对中，二级防护的护士操作纸笔、移动设备存在障碍， 难以保证护理记录的完整性和及时性。信息产业变革，大数据的积聚及网络设施的演进，驱动人工智能加快与医学领域融合[1-2]。利用语音技术实现医疗领域人机交互， 让机器听懂人的语言并做出正确反馈， 是非接触式智能交互的研究热点之一[3]，语音识别技术在提升临床工作效率、降低成本等方面表现出巨大潜力[4]。 智能语音录入技术只需要通过说话，即可实时把文本录入到平台上，提高了文字录入效率和准确率[5]。 人工智能（Artificial Intelligence） 语音识别技术支持在床边通过手持终端把患者体征、 病情变化等数据以语音转文字的方式提交到医院信息系统中。我院于2020 年2 月联合北京大学护理学院等机构构建了基于人工智能语音的传染性疾病临床护理数据采集系统（以下简称人工智能语音录入系统），对基于语音转文字的技术在临床护理数据智能录入、 智能生成方面进行了应用探索，提高临床护理数据的完整性、及时性，现报道如下。

1 系统的构建

1.1 组建团队 成立多单位多部门联动的项目团队，团队由项目实施领导组和实施工作组构成，实施领导组成员包括医院分管院长、护理部主任、信息科科长及北京大学护理学院指导老师等， 主要负责项目整体方向把控和重要问题接洽； 项目实施工作组成员包括护士长、信息科工程师、语音录入工程师及临床护士等，负责项目的具体实施（病区护士长汇总护理文书书写需求、提交常用文本模板，配合数据上传，护理部质控干事负责校对表单对接、组织培训、管理平台系统的维护和数据统计， 工程师负责优化系统，实时解决临床需求）。

1.2 系统的设计及功能

1.2.1 系统核心设计思路 基于人工智能语音的传染性疾病临床护理数据采集系统立足于医院临床护理工作需求，以住院患者生命体征监测、病情记录为主，结合人工智能语音技术、微服务技术、数据集成提取技术，采用HL7 通讯协议，搭建护理数据知识库质控平台、语音识别及学习训练平台。通过即时语音交互， 解决纸质转抄及电脑端批量录入不及时的问题，提升护理文书书写的及时性。

1.2.2 护理端人工智能语音知识库模块 首先将护理文书记录的数据从数据类别上归纳为体征数据、观察数据、问询数据、接触反馈数据、执行的护理措施及治疗后的效果数据，多为数字、字母、特殊符号、标点符号、医疗单位并存。 护士长根据病种、护理阶段维护整理固定类的长文本措施、病情变化、治疗效果等内容，根据唯一存在数据、多项多选数据、并列关系数据等特点建立针对不同数据类型的知识库，知识库的建立主要用来对不同类型数据的管理，尤其是特殊单位、特殊符号、字母、医疗单位等核心处理。 针对常见传染性疾病中的治疗措施、药物名称、标点符号等进行定制性护理知识库训练。

1.2.3 人工智能语音录入系统与医院信息系统的对接集成模块 人工智能语音手持终端通过4 G 网络请求语音识别服务器运行的语音识别引擎， 语音识别服务器经过针对请求识别的音频进行声学模型以及文本模型算法识别后，将识别的文本结果通过4 G网络返回给人工智能语音数据采集与数据质控管理平台。平台根据不同医院、不同科室结构化录入及医疗单位符号录入显示的需要，将文本、单位、符号定制化清洗、转换、处理给客户输出可用的结构化文本数据。

人工智能语音数据采集与数据质控管理平台通过4 G 网络向医院部署的物理隔离网闸请求传输数据，物理隔离网闸在接收到合法授权映射的IP 地址请求后， 通过医院内网交换机将语音识别后的文本数据传输至医院信息系统服务器或护理文书系统服务器进行数据存储， 最终根据不同表单结构化展示格式需要，进行数据录入、自动保存、修改、显示、打印等实现文书书写的工作流程。 具体流程见图1。

图1 人工智能语音系统与HIS 系统的对接集成模块

1.2.4 体温单和危重护理记录单内容解读、 实时结构化处理模块 护理文书数据记录存储的形态是结构化的表格形式， 从语音识别到数据在体温单和危重护理记录单上呈现， 必须将语音识别后的纯文本内容进行分割，再根据不同表单的记录需要，分别上传和存储至不同的数据库表内。 人工智能语音系统构建的一套区别于通用自然语言处理模型的算法技术，实现了护理端非结构化纯文本的结构化处理，有效的将时间、数字、医疗单位、符号、字母、标点等进行结构化处理。

1.2.5 一次口述多表单同步提交模块 传统的医院信息系统或护理文书系统在设计时， 因数据库表的存储和显示需要， 每项表单录入和展示是分开独立的操作界面， 大量的一项数据需要在多个不同表单中显示。在传统电脑端或移动护理端每项数据、每张表单需要逐一分次录入的基础上， 人工智能语音录入系统构架出“一次口述多表单提交”。

1.2.6 数据实时质控模块 数据实时质控纠错主要解决因语速、语调、口音、噪音而导致的错误，数据实时质控模块在体征数据、 观察问询数据录入时实现了阿拉伯数字、汉字数字、数字整数、数字小数、数字长度位数、特殊符号等内容质控纠错，实现了针对错别字、同音不同字、空格、多余标点符号、儿话音等进行纠错识别。在体征数据录入界面中，当语音识别结果错误时，会以蓝色提示框进行提示，一目了然的查看错误结果。 在长短文本录入界面中， 一键点击纠错，错误结果以其他颜色进行提示，并列出建议纠错列表，一键进行智能替换。

2 系统的应用

2.1 研究对象 2020 年5 月—2021 年10 月，项目组选取肝病科、 感染科进行系统试运行， 核定床位90 张，护士34 名。 由点及面，直至全院运行该系统。护士纳入标准：临床工作年限≥1 年；年龄≤50 岁；有使用语音录入系统的意愿。 能够熟练掌握语音录入系统使用方法。 护士排除标准：临床工作年限＜1年；年龄＞50 岁。

采用理论试卷和实际操作考核护士掌握情况，考核通过后对其开放系统使用权限。对肝病科、感染科共授权护士34 名，管理员2 名，管理员由护理部干事担任。

2.2 应用方法

2.2.1 前期开展护士培训 语音系统上线后我们通过远程视频、现场培训的方式对肝病科、感染科34名护士进行了3 次培训， 培训内容涵盖语音录入终端的开机、身份识别、关机等基础操作；体温单、护理监测单、危重护理记录单的常用词汇、语音说法、特殊模块操作等，操作流程图见图2。

图2 人工智能语音临床护理数据采集系统操作使用流程图

2.2.2 中期深入追踪 建立微信群， 成员包括试运行科室的所有临床护士和系统实施工作组成员，临床使用中如有系统闪退、卡顿、报错、上传失败、网络请求失败等问题及时反馈微信群， 研发工程师负责及时解决问题， 根据护士使用过程中提出的新需求进行系统优化，完善系统，及时发布系统升级指令。

2.2.3 后期稳步扩展 选取数据提交前5 位的护士进行经验分享，对开展情况差的科室再次组织培训，查找难点。 系统试运行6 个月后，逐步在全院上线。

2.3 评价指标及资料收集方法 采用便利抽样法，以肝病科、感染科患者及护士为研究对象，由实施工作组护理部干事进行数据收集。 比较系统运行前1个月（2020 年4 月1—30 日） 与系统稳定运行后1个月（2021 年11 月1—30 日）护理文书书写质量指标、 住院患者生命体征数据录入医院信息系统用时和护士使用体验。

2.3.1 护理文书书写质量指标 包括护理评估记录的完整性、 新入院患者初次生命体征采集上传完成及时性，指标定义如下。（1）护理评估记录的完整性：根据医院护理质控标准， 住院患者体温单和危重护理记录单记录无遗漏，视为评估完整。 （2）新入院患者初次生命体征上传完成及时性： 当护士在新入院患者初次生命体征采集后20 min 内完成数据上传视为及时完成。 即新入院患者初次生命体征采集与成功上传医院信息系统时间差不超过20 min（新入院患者初次生命体征采集完成时间记为T1，初次生命体征成功上传医院信息系统时间记为T2，新入院患者初次生命体征采集与成功上传医院信息系统时间差=T2- T1。 ）

2.3.2 住院患者生命体征数据录入医院信息系统用时 传统采集方式用时： 每位患者生命体征采集完成后，记录到体温本，录入电脑成功上传医院信息系统所用时长。语音录入采集方式用时：每位患者生命体征采集完成后， 使用语音录入系统成功上传医院信息系统所用时长。

2.3.3 护士使用体验 采用自行设计《AI 语音录入系统有效性评价量表》调查肝病科、感染科护士对语音录入系统的评价。该量表除护士基本信息外，还包括培训质量、服务质量、信息质量、使用意愿4 个维度， 共10 个条目。 问卷内容效度指数为0.806，Cronbach α 系数为0.815。向护士说明研究的目的和意义，当场发放、回收量表。

2.4 统计学方法 采用SPSS 20.0 对研究数据进行统计分析，计数资料采用χ2检验，计量资料采用均数±标准差表示，采用两独立样本t 检验。 以P＜0.05为差异有统计学意义。

3 结果

3.1 研究对象的一般资料

3.1.1 住院患者的一般资料 语音录入系统运行前共纳入278 例患者，其中男172 例，女106 例；肝病科193 例，感染科85 例；年龄15～81（55.6±19.2）岁；语音录入系统稳定运行后共纳入310 例患者， 其中男200 例，女110 例；肝病科216 例，感染科94 例；年龄16～75（53.8±16.2）岁。 语音录入系统应用前后2 组一般资料比较，差异无统计学意义。

3.1.2 护士的一般资料 本研究共纳入34 名临床护士，其中男2 名，女32 名；年龄20～52（30.9±6.2）岁，工作年限0.5 至33（10.5±5.6）年；大专10 名（30%），本科23 名（67%），研究生1 名（3%）；护士层级：N4 级2 名（6%），N3 级16 名（47%），N2 级9 名（26%），N1 级7 名（21%）。

3.2 人工智能语音录入系统应用前后护理文书书写质量指标比较 人工智能语音录入系统应用前1个月（2020 年4 月1—30 日） 与系统稳定运行后1个月（2021 年11 月1-30 日）肝病科、感染科新入院患者初次生命体征采集上传完成及时性， 人工智能语音录入系统应用前有62 例上传完成不及时，其中最长延迟3 h，最短延迟29 min；系统应用后1 例上传完成不及时，延迟为20 min，系统应用后上传完成及时性较应用前有所提高（χ2=74.02，P＜0.001）。

人工智能语音录入系统应用后肝病科、 感染科护理评估记录（体温单、危重护理记录单）的完整性，包括生命体征、尿量、病情变化记录完整性较应用前均有所提高（P＜0.001），见表1。

表1 人工智能语音录入系统应用前后住院患者护理评估记录完整性的比较（例）

3.3 人工智能语音录入系统应用前后住院患者生命体征数据录入医院信息系统用时比较 人工智能语音录入系统应用后肝病科、 感染科住院患者生命体征数据录入医院信息系统用时明显少于系统应用前，差异有统计学意义（P＜0.001），见表2。

表2 系统应用前后住院患者生命体征数据录入医院信息系统用时的比较

3.4 临床护士对系统的使用体验 在培训质量维度，91%护士认为经过培训该系统使用方法容易掌握；在服务质量维度，97%护士认可项目实施领导组和实施工作组的工作， 尤其对工程师的服务表示满意；从信息质量维度看，79%护士认为相比电脑端录入， 人工智能语音录入更能够提高护理文书书写的效率，50%护士认为使用该系统能够减少转抄，降低出错率；在使用意愿上，71%护士认为使用该系统能够减少纸张浪费，82%护士表示愿意继续使用该系统，但是希望能进一步优化方言识别。

4 讨论

4.1 人工智能语音录入系统的应用提高了护理文书书写质量 护理的有效性、 跨学科的交流与学习依赖于全面准确的护理记录[6]。 生命体征、尿量、病情变化等数据常规使用电脑批量录入， 护士先在纸面上汇总，然后统一批量录入，易出现漏记、晚记、错记的情况，这与赵永信等[7]研究结果一致。 当新患者入院、患者发生病情变化时，主管医生需要及时知晓患者生命体征，生命体征数据的延迟上传，影响患者生命安全，也会造成医护关系的紧张。语音录入系统应用后，护士在床边手持终端单手按键把患者体征、病情变化等数据以语音转文字的方式提交到医院信息系统中，实现现场采集，现场录入，实现了信息源头、信息终端闭环操作，仅有1 例因病房网络问题未在20 min 内完成上传。同时结构化的电子护理文书模式代替了护士手动输入填写内容的传统形式，避免了护理记录的随意性，提高了护理文书书写质量。

4.2 人工智能语音录入系统的应用缩短了住院患者生命体征数据录入医院信息系统用时 生命体征采集上传用时越短，患者生命安全越能得到保障。语音录入系统简化了护理数据上传步骤， 护理文书中的体温单和护理记录单是有固定顺序的结构化数据项，区别于电脑上只能录单一表单的情况，人工智能语音手持终端在表单提交选择时，支持一次提交、多表单数据同步。护士只需单手使用手持终端通过语音交互指令的方式口述表单提交后，各类护理数据即时在电脑端智能生成、结构化显示，缩短了住院患者生命体征数据录入医院信息系统所用时长。应用语音录入系统后，护士减少了伏案书写、打字时间，增加了护理有效工作时间，85%的护士希望通过语音输入方式以提高工作效率，减轻工作负担和工作强度。

4.3 护士对人工智能语音录入系统的使用体验较好 本研究结果显示，9%护士认为语音录入系统使用方法不容易掌握。 信息系统的改变需要过渡期去适应与学习，一般持续12～18 个月，若设备或软件产生问题可能会让护士产生负性体验[8]。 在试运行初期，出现过终端闪退、数据上传失败、频繁更新系统等问题，给护士留下较差的印象，另外部分从业多年护士已习惯手写数据和电脑录入，不愿改变，不能主动学习。优质的人机交互，提升用户或患者的体验感和幸福感， 将是人工智能语音系统未来真正被广泛使用和青睐的内在驱动力[9]。 在服务质量维度，97%护士认可项目实施领导组和实施工作组的工作。 在项目推进过程中， 系统实施工作组工程师针对每一条入库数据进行纠错， 发现错误及时与护士沟通解决，这是护士对该系统满意度高的首要原因。 通过前期使用发现， 语音录入系统录入文字的识别率高，与郭江博等[10]研究结果一致。 本研究设置了科室语音录入管理员， 鼓励各年资护士参与护理管理与决策[11]。系统上线初期，护士每次使用前需扫描患者手腕带二维码识别患者身份，由于病房网络限制及部分患者腕带不清晰，导致反复扫码，经过系统优化口述患者姓名床号即可进入录入界面， 无需上翻下查找患者信息。使用该系统能够减少转抄，降低错误率，避免纸张浪费，护士对语音录入系统总体体验较满意。 医院管理者越来越重视护士的护理信息能力[12-13]，人工智能语音系统的使用促进了护理信息教育的开展。