什么是医疗物联网？

为什么需要医疗物联网？

医疗物联网是建设智慧医院的必经之路

随着全球第四次工业革命兴起，以云计算、大数据、物联网、人工智能技术、5G为代表的新一代信息和通信技术迅速发展，“万物感知、万物互联”技术已然成熟并逐步深入到各行各业，驱动千行百业积极进行数字化转型。医疗卫生服务作为社会公共服务和社会保障的重要组成部分，其医疗服务水平及质量关乎民生，与国家经济发展、社会和谐稳定息息相关。国家高度重视医疗行业的数字化转型。

2016年，国家发布《“健康中国2030”规划纲要》将“为人民群众提供全生命周期健康服务”上升到国家战略高度。2021年，国家卫健委发布《公立医院高质量发展促进行动（2021-2025年）》，明确指出“十四五”时期要将信息化作为医院基本建设的优先领域，建设智慧医疗、智慧服务、智慧管理“三位一体”的智慧医院信息系统，充分发挥信息技术在智慧医院建设管理的重要作用。国家卫健委一直在积极推进医疗物联网在智慧医院中的应用，在其发布的《全国医院信息化建设标准与规范(试行)》中明确指出，为提升医院信息化建设水平，要在数据采集、患者安全、资产和物资管理等方面积极采用物联网应用架构。

医疗物联终端爆发式增长亟需医疗物联网承载

随着医疗行业数字化、智慧化转型，各种新型的医疗物联网终端和传感器呈现爆发式增长。新型医疗物联网终端和传感器如电子体温贴、输液监护传感器、联网血压仪、护士手环、患者手环、穿戴式的心电监护设备等不断发展，感知并采集医院内多维度各类数据，只有实时在线，数据可靠回传才能保障优质医疗服务持续供应。传统医院网络已无法满足日益增长的终端需求，各级医院建设一张实时感知、高效、安全、可靠的医疗物联网势在必行。

先进的人工智能医疗应用离不开医疗物联网

传统优质医疗服务，依赖医护人员数十年的点滴记录和经验积累。医疗水平提高慢，专家能力复制难，专家服务不能永远在线，造成优质医疗资源紧缺，无法满足广大患者诉求。随着大数据、人工智能的发展，专家经验、疑难杂症诊疗等可以通过多维数据分析建立智能算法模型，形成专病智能辅助诊疗服务。医生可结合智能辅助诊疗建议快速给出合适诊疗决策，为患者提供优质高效的专家医疗服务。

人工智能辅助诊断模型的训练和成熟离不开医疗基础大数据，医疗基础大数据不仅需要全息数据，还需要病种、病历足够丰富，能够全面覆盖各个医疗检查专业，医护人员手工记录病患数据这种传统采集模式已无法满足医疗基础大数据需求，一张能够自动、实时、准确、全面采集病患医疗数据的医疗物联网才能加速人工智能医疗应用的成熟。

当前医疗物联网应用已成为三级医院标配，在数据采集、患者安全以及资产和物资管理等方面正在发挥越来越大的作用，医疗物联网作为智慧医疗的基础设施和信息底座不可或缺。

医疗物联网能带给我们什么？

从2009年国家深化改革医药卫生体制以来，我国的医疗行业取得了巨大进步，但是我国人口基数大，医疗资源分布不均、服务水平差异大、医疗服务供需缺口持续扩大依然是基本国情。总体上我国的医疗服务供给仍然是不足的，加之未来老年人口数量会持续增加，全社会对医疗服务的需求仍将持续上升，因而对医护人员的需求会更大，这就导致传统医院长期面临医护人员诊疗护理工作繁重、患者就医体验差、医院资产管理效率低、医院科研水平不足等问题。而医疗物联网可以有效提升病患就医体验、医护工作效率、医院精细化管理水平和医疗科研水平。

• 在智慧服务场景中，通过医疗物联网可以让就医患者非常方便地使用智慧停车、院内导航、智慧导诊、预约挂号、预约诊疗等智慧应用，明显改善挂号时间长、候诊时间长、取药时间长、就诊时间短等问题，提升患者就医体验。另外各类智慧应用也可以大大提升医护效率，如输液监护系统可以监测输液滴速情况，并可在输液完毕时自动终止，帮助医护人员及时准确、高效的完成对病人输液监管的任务。大大节约了医护人员对输液巡检和记录的工作时间，简化了护理流程。对于特殊病患者，如精神病患者、残疾病患者、突发病患者等医院需要耗费大量人力资源去监护，以防止未经授权的患者进入到非法区域或者出口。人员定位系统可以在病患遇到突发情况需要支援的时候，能够快速定位，让病患及时得到救助。
• 在智慧管理场景中，通过医疗物联网，可以实现快速盘点医院资产，资产出入库等信息通过医疗物联网快速录入到资产管理系统，对于移动共享类设备，通过系统还可一键定位。大大提升医院资产盘点效率和资产查找效率。对于大型医疗设备，还可以监控设备的开关机时间、使用时长、电源、电流等信息，以便综合评估设备的使用率，给医院投资提供依据。
• 在智慧医疗场景中，各大医院研究型病房也可结合医疗物联网，逐步构建大数据处理系统，实现跨学科、跨部门、跨医院、跨系统的互联互通和信息共享，促进临床和科研数据的整合，不断探索利用人工智能等新技术完成临床试验不良事件自动识别、合并用药漏报提醒、电子病历报告表自动填写等，进一步提升医院信息化服务水平和服务质量。

未来，智慧医院依托物联网、人工智能应用、大数据等技术突破时空限制，让医疗健康服务触手可及。从单个医疗物联业务应用到多个医疗物联业务协同，从辅助医疗物联应用到临床医疗物联应用，从单个医院延伸到多个医院，从院内延伸到院外，从治已病到治未病，从疾病治疗到健康监测，最终实现以患者为中心的预防、治疗、康复完整闭环。

医疗物联网总体架构

医疗物联网应该通过统一顶层设计、统一网络规划、分层次架构实现纵向应用、网络、物联终端分层解耦，打破传统烟囱式的设计。每一层具备标准的接口，具备独立弹性扩容的能力。同时可支持物联终端弹性插拔式的接入，业务应用弹性扩展，实现数字信息的泛在互联，高效通信。其网络架构可分为物联终端层、边缘网关和感知接入层、网络回传层、平台层、应用层。

物联终端层

物联终端层是医疗物联网络的“末端传感”。医疗物联终端从应用场景上主要分为：智慧医疗类的Wi-Fi CPE终端，智慧管理类的后勤物联终端，如资产标签、输液检测器等，智慧服务类的穿戴式终端，如智能手环、患者腕表等。这些终端可以部署在不同的网络环境中，有室内也有室外，有固定的也有移动的，种类多样，协议各异，如Wi-Fi、RFID、ZigBee、蓝牙等，可灵活接入物联网络。

边缘网关和感知接入层

边缘网关和感知接入层是医疗物联网络的“神经末梢”。边缘网关和感知接入层是决定整个解决方案易用性的关键一层，为海量的物联终端提供接入，或者与其他物联终端、物联网关联动，实现接收指令或发送数据等。其中Wi-Fi 6物联融合AP作为感知接入设备，提供高速率、高连接数、低延迟的Wi-Fi组网能力，同时支持IoT能力扩展，可额外提供RFID、ZigBee、蓝牙等多种无线协议融合接入的能力，实现无线接入基站All-in-One，降低部署复杂度，通过干扰避免技术实现各个射频之间干扰最小，通信质量最优，达到多种无线终端可靠共存，有效节约建设成本。智能边缘数据采集网关作为边缘网关，内置的医疗数据采集软件实现“设备指令”到“医疗信息物模型”的转换，屏蔽不同医疗设备数据采集接口协议的差异，从而让医疗设备与应用之间互通更简单高效，实现边缘智能。

网络回传层

网络回传层是医疗物联网络的“神经网络”，主要用于保障物联数据高效、可靠、安全的传输。本着经济性原则，回传网通常是多业务融合承载的，可采用VLAN技术实现一网多业务承载，对不同的业务划分不同的虚拟子网保障业务隔离安全可靠，同时支持全量数据在网络中的加密传输，支持多种安全协议，如CAPWAP（Control And Provisioning of Wireless Access Points，无线接入点控制与供应）， MACsec（MAC security，MAC安全策略）、IPsec（Internet Protocol Security，因特网协议安全）等，充分保障数据安全。网络回传层主要由交换机和WLAN AC组成，具备业务随行能力，支持接入侧终端认证接入控制，提供边界安全。同时，接入交换机具备PoE供电能力，提供光电复合线缆挂接Wi-Fi 6 AP，可对AP进行长距PoE供电。

平台层

平台层是医疗物联网络的“神经中枢”。实现网络管理、安全管理、物联管理三大功能。平台层对整个医疗物联网进行全网管理、控制、分析，屏蔽南向物联网的接入、协议、设备的差异性并提供开放的接口和标准化数据给应用，让北向应用可方便的对接获取设备采集的医疗数据。

应用层

应用层是整个医疗物联网络的“大脑”，主要由各类物联应用如智慧ICU、资产管理、输液监护等和医院自有的医疗业务系统组成。应用层通过联接使能平台的北向接口，无需关心物联终端的联接方式和使用的协议类型等，只需从联接使能平台获取相关设备数据或者运维所需的数据即可实现全网物联应用与医疗应用业务，提升医护工作效率和病患满意度。

医疗物联网有哪些关键技术？

全无线连接

Wi-Fi技术不受有线连接限制，可以方便智能终端和医疗设备快速接入和移动共享，Wi-Fi事实上已经成为医疗终端接入网络的首选。大量医院运营时间达数十年，科室往往积累了大量的存量医疗设备，这些设备一般采用有线网口或串口来传输数据。为了采集这些数据，往往需要在本地部署数据采集设备来进行数据采集，设备连线多，移动使用不方便。

全无线连接是指使用Wi-Fi 6 CPE作为医疗设备的代理，将医疗设备有线连接方式转化为无线Wi-Fi连接方式进行网络连接。Wi-Fi 6 CPE内置无线射频模块，外部提供网口和串口以便连接医疗设备。医疗设备使用网口或者串口与Wi-Fi 6 CPE连接后，医疗数据可通过Wi-Fi 6 CPE内置的无线射频模块将数据发送到医院Wi-Fi网络，从而实现医疗设备“剪辫子”，轻松完成全院医疗设备的无线化改造。

有了Wi-Fi 6 CPE，医疗设备不再受医院信息点位部署的局限，移动使用更方便，也无需频繁插拔网线，降低了医护操作难度和操作出错概率。

无线物联融合接入

新型医疗物联网终端接入协议种类繁多，除Wi-Fi外，还有蓝牙、RFID、ZigBee等，各类物联终端因为接入协议不同需要分别接入各自对应的物联网关，才能连接到医疗物联网。这就导致医院网络复杂、无线干扰多、重复建网等问题。一款能够同时接入Wi-Fi、蓝牙、RFID、ZigBee等协议的物联终端必不可少。

无线物联融合接入是指在Wi-Fi 6 AP的基础上内置物联网射频插卡，同时对外提供多个射频，1个AP即可实现Wi-Fi、RFID、蓝牙、ZigBee等多种协议的医疗物联终端统一、安全接入。方案采用该技术可避免传统物联网建设模式中反复穿墙打孔和二次布线，不打扰病人休息、 不影响医院正常运转。各类医疗物联终端统一复用Wi-Fi网络，医院只需一次建网，即可以实现院内物联全场景的医疗终端的无线化接入，大幅降低医院建网成本。同时，统一的无线物联接入网关，内置抗干扰模块，可以协同调度Wi-Fi和物联协议的空口资源，当AP与物联模块使用相同的无线信道时，数据轮流发送，避免信号冲突，保障每个传感器都能可靠通信。

双发选收

和有线网络相比，Wi-Fi网络更容易受到干扰而造成丢包。在医疗数据采集场景，如果采集数据丢失，可能会造成误判误诊，使得辅助诊疗功能不可用。医疗设备大量采用Wi-Fi 6 CPE接入后，必须要有可靠机制来保证Wi-Fi数据的可靠稳定传输。

Wi-Fi双发选收技术，通过在Wi-Fi 6 CPE和WLAN AC之间同时建立两条数据传输链路，两条链路互为备份，两条链路上的数据按照到达WLAN AC的顺序，WLAN AC优先处理先到的数据丢弃后到达的数据，这样既可以减少时延，满足低时延业务需求，同时也可以通过双发选收技术有效避免单链路故障，提升无线网络可靠性。

在医疗数据采集场景，医疗设备采集的数据报文通过串口或者网口传输到Wi-Fi 6 CPE后，Wi-Fi 6 CPE将数据同时复制2份，通过2.4GHz和5GHz双频分别发送给WLAN AP，AP再将数据发送给WLAN AC统一处理，数据报文在WLAN AC去重后，统一转发至数据采集网关。Wi-Fi 6 CPE总是与2.4GHz和5GHz信号最强的AP建立双发选收通道，所以会存在单AP双发选收或双AP双发选收两种情况。

终端安全准入与数据安全

在智慧医疗场景中，医疗终端采集的数据一般都是重要的生命体征数据，数据的完整性是医疗安全的关键，因此需要确保数据端到端的传输安全，防止数据被篡改、侦听或攻击。物联网终端或者传感器往往算力有限，安全防护能力比较弱，往往都是采用最简单的MAC认证方式接入网络，很容易被仿冒接入，在网络内造成安全威胁。另外，医疗数据涉及个人信息，数据安全尤为重要。本方案通过两次安全认证，解决终端仿冒问题，通过加密算法，保障数据传输安全。

• 安全准入

  医疗物联网基于终端白名单+证书，对入网终端进行两次安全认证，确保医疗设备安全可信的接入网络。

  • 第一次认证，智能终端首次上电入网时，其终端身份信息通过WLAN AP自动上报到联接使能平台，管理员对首次上线的终端进行审核，确认是否是白名单中的终端，审批通过后，终端获得有限的网络访问权限。
  • 第二次认证，审批通过的智能终端向联接使能平台获取证书和新的接入参数，联接使能平台将从PKI服务器获取的证书和新的业务SSID返回给智能终端 ，智能终端通过RADIUS或802.1X再次认证通过后，才能获取业务网络访问权限。

• 数据端到端安全回传
  • 数据在智能终端与WLAN AP之间空口，采用Wi-Fi 6 WPA3进行加密，WPA3空口加密采用“192位安全套件”可达到金融级别安全要求，确保空口接入安全和数据传输安全。
  • 在医院物联承载网采用虚拟子网等隔离技术，确保各最小单元的业务网络隔离，相关医疗数据只能回传到指定的应用，从而保证了数据的安全性。同时支持全量数据在网络中的加密传输，如CAPWAP加密、MACsec加密、IPsec加密等，充分保障数据安全。
  • 所有医疗设备采集的数据统一由医疗数据采集网关进行代理转发，业务网络只信任来自与医疗数据采集网关的数据流，防止数据被仿冒。

医疗物联网有哪些典型应用？

当前，医疗物联网解决方案已经在各大医院得到广泛应用，以下是对一些常见的医疗物联网应用的简单介绍。

婴儿守护

婴儿守护系统利用RFID射频技术，在婴儿出生时佩戴对人体无害的RFID智能手环，并与母亲手环进行配对，同时通过手环发射出的射频信号，实时掌握婴儿的位置信息。当母婴手环信息不匹配、婴儿标签脱落、剪断时，系统会及时发出预警，提醒医护人员和家属及时处理。当出口监视器监控到婴儿未被允许被抱出安全区域时，会自动触发声光报警并封锁门禁，避免婴儿错抱情况发生。

生命体征监测

生命体征监测系统通过电子体温贴等硬件传感器，自动采集病患等体征数据，降低医护人员和患者直接接触频率，从而减少传染情况的发生。体温贴等体征检测系统的物联网传感器获取病患生命体征数据后，通过蓝牙、RFID等协议，将信息上传至物联网AP，再由物联网AP通过回传网络将数据传输至物联网中间件平台，物联网中间件平台通过内网将数据发送至护士台的护理看板进行数据呈现。

输液监护

医护人员先通过PDA手持设备经由病区的无线网络完成病床的输液信息收集，然后在输液监护系统中生成与床位相对应的报警器号及其他相关信息，最后通过物联网AP经医院内网把病患的输液进度信息同步显示在监控屏上，实时监测输液的状态。该系统还可以监测输液滴速情况，并可在输液完毕时自动终止，帮助医护人员及时准确、高效地完成对病人输液监管的任务。输液监护系统大大节约了医护人员对输液巡检和记录的工作时间，简化了护理工作。

资产管理

医院资产按照价值可以分为易耗资产（低值易耗品，如口罩、药水等）、普通资产（常用的医疗设备，如呼吸机等）和贵重资产（大型医疗设备，如核磁共振设备等）。医院可按照资产分类采用不同的办法进行管理。

• 易耗资产通过粘贴无源的RFID标签，采用扫码枪做日常盘点，扫码枪通过扫描资产标签并通过医疗物联网将资产出入库等信息快速录入到资产管理系统。
• 普通资产通过粘贴有源的RFID标签实时上报位置信息到资产管理系统，医护人员在寻找资产的时候，可以通过资产管理系统方便地查询到该资产的位置。同时通过电子围栏对资产进行监控，防止资产在未被允许的情况下移动到非法区域。
• 贵重资产通过RFID或蓝牙电磁标签可监控设备的开关机时间、使用时长、电源、电流等信息，以便综合评估设备的使用率。

智慧ICU

智慧ICU通过Wi-Fi 6 CPE将ICU病房中的常用设备，如监护仪、呼吸机、麻醉机、输注泵、血气分析仪等各类生命体征监测与支持类医疗设备进行无线化改造，每台医疗设备配置1个Wi-Fi 6 CPE。Wi-Fi 6 CPE通过认证后接入网络，将采集的患者生命体征数据等医疗数据回传到边缘医疗数采网关，边缘医疗数采网关按需部署多个款型设备的数采APP，同时对接多个医疗设备，其具体工作流程为：

1. 在有线接口的医疗设备上增加Wi-Fi 6 CPE，通过Wi-Fi 6 CPE实现医疗设备无线化并接入医疗物联网。
2. Wi-Fi 6 CPE上电并认证通过后，开启双发选收功能，Wi-Fi 6 CPE将采集的数据发送到WLAN AC进行去重，然后将采集的数据转发到医疗数采网关。
3. 医疗数采网关接收到数据后，将医疗数据转化为标准的数据格式，上送到医疗数据采集平台。
4. ICU体征监控、电子病历等上层智慧应用通过医疗数据采集平台获取相应的医疗数据，实现电子病历自动录入、病患体征实时监控。

研究型病房

在研究型病房部署医疗物联网，通过物联网融合AP，实现医疗设备和物联协议（如蓝牙、RFID、ZigBee等）各异的可穿戴设备统一无线接入；通过边缘计算技术，快速适配各种新增医疗设备的数据采集协议，为上层大数据处理平台和AI科研创新平台提供准确、详尽的医疗数据，支撑新药、新设备的科研创新。

• 通过部署物联融合Wi-Fi 6网络，一个AP解决Wi-Fi、蓝牙、RFID等协议的接入，满足各种新型医疗设备、可穿戴设备的接入和数据回传诉求。
• 通过Wi-Fi 6 CPE对有线医疗设备无线化改造，实现医疗设备“剪辫子”，既解决了信息点位规划部署难题，也让医疗设备移动使用无需插拔网线和参数配置，让设备移动共享使用更便捷。
• 通过边缘数据采集网关容器化部署医疗数采APP。医疗数采APP通过私有协议对接新型医疗器械实现数据采集，对数据标准化处理后上传医院大数据处理平台。新增医疗设备只需在边缘数据采集网关中部署相应的数采APP，可大大简化医疗设备数据采集和标准化转换难度。
• 在安全上，通过终端证书认证，保障终端接入安全。通过在Wi-Fi 6 CPE和AP无线通道之间的加密机制，确保数据传输安全。