2024数字技术赋能智慧医院建设白皮书

数字技术 赋能智慧医院建设 白皮书 发布日期：2024年3月 编委会成员 主编单位 郑州大学第一附属医院华为技术有限公司 参编单位 东软集团股份有限公司 山东亚华电子股份有限公司浙江智尔信息技术有限公司 脉得智能科技（无锡）有限公司 汇声云医学影像科技（成都）有限公司 主编赵杰 编写人员 （按拼音排序） 陈保站、陈瑶、陈咏虹、崔芳芳、范兆涵、郭留平、郭璐语、郭忠光、何贤英、黄传娜、康雪婷、李陈晨、李金雷、李静、李佳、刘为、刘勇、刘玉焘、刘冬清、柳晓见、吕冰、卢耀恩、马治远、穆青、庞敏、任晓阳、石金铭、石小兵、沈威栋、孙东旭、苏维福、唐立瑶、唐卫国、谭中科、王刚、王琳琳、王巍、王文超、王肖飞、王朱巍、吴文竞、杨文涛、姚郭浩、叶明、于海天、恽韬、张飞龙、张锦萱、张军、张晓燕、赵祎鑫、郑正中、周小红、周旭、朱紫筵 目录 01 数字技术概述 1.1数字技术发展现状及趋势01 1.2物联网03 1.35G技术04 1.4云计算07 1.5大数据08 1.6人工智能10 1.7区块链11 02 智慧医院建设发展现状 2.1智慧医院发展概述13 2.2智慧医院建设的驱动力14 2.3国内外智慧医院建设现状及优秀实践14 2.4智慧医院建设面临的挑战17 03 智慧医院建设与评估 3.1智慧医院建设总体框架18 3.2智慧医院建设评估体系34 04 智慧医院应用场景 4.1智慧医疗的主要应用38 4.2智慧服务的主要应用46 4.3智慧管理的主要应用52 4.4智慧医院应用发展趋势53 05 数字技术在智慧医院建设中的应用 5.1智慧医院数字化建设总体设计56 5.2智慧医院数字化整体架构59 5.3物联网技术在智慧医院建设中的应用60 5.45G技术在智慧医院建设中的应用66 5.5全光网络在智慧医院建设中的应用71 5.6云计算技术在智慧医院建设中的应用73 5.7大数据技术在智慧医院建设中的应用73 5.8AI和大模型技术在智慧医院建设中的应用75 5.9区块链技术在智慧医院建设中的应用77 06 数字技术引领下的未来智慧医院展望 6.1数字技术应用于智慧医院的发展趋势79 6.2未来数字技术赋能智慧医院畅想81 07总结 01|数字技术概述 0数1字技术概述 1.1 数字技术发展现状及趋势 科学进步和技术创新是推动行业发展的核心驱动力。自近代以来，人类经历了四次由科学技术创新引领的工业革命。第一次工业革命开始于18世纪中叶，以蒸汽机为动力的机械设备被广泛推广和应用，人类社会从手工艺时代进入到机 械生产时代；第二次工业革命发生在19世纪，以电的发明和在生产生活中的广泛应用为标志，人类进入规模化工业生 产时代；第三次工业革命发生在20世纪中期，随着电子计算机、通信工程和互联网技术的诞生，人类进入了信息化时代； 第四次工业革命从21世纪开始至今，随着云计算、大数据、物联网、人工智能等技术的出现，人类社会正逐步迈入智能化时代。 图1-1人类四次工业革命发展历程 智能社会有三个特征，即万物感知、万物互联和万物智能。 »万物感知：智能社会万物可感，通过多感官渠道（温度、空间、触觉、听觉、视觉等）感知物理世界并将其转变为数字信号，实现情境感知、交互和沉浸式的用户体验； »万物互联：网络连接万物，将所有的数据实现在线联接，从城市、高山、太空等不同领域实现宽、广、多、深的联接，使能智能化； »万物智能：大数据和人工智能的应用将实现万物智能，数字孪生将在个人、家庭、行业和城市中逐步普及，满足物理世界更美好的需求，同时将出现数字化生存的第二人生，使精神世界更加富足。 智能时代这三大特征的实现，有赖于新一代的数字技术，比如物联网、5G、云计算、大数据和人工智能等的成熟及广泛应用。技术基础设施将成为智能世界的基石。Gartner发布2022年中国ICT技术成熟度曲线，显示出5G技术、物联网和人工智能等技术已经逐步走向成熟，在未来1-2年之内将在行业数字化转型中得到广泛的应用。 图1-2智能社会的三大特征 1.2 物联网 1.2.1物联网技术的产生 物联网的概念最早出现于比尔盖茨1995年《未来之路》一书中，但当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起人们的重视。1999年，美国麻省理工学院成立了自动识别中心（Auto-ID），其创始人之一的凯文•阿仕顿(KevinAshton)提出了“万物皆可通过网络互联”，首次明确阐释了物联网的概念和含义，即主要是建立在物品编码、射频识别技术(RFID)和互联网基础上物物相连的网络。 根据国际电信联盟（ITU）2005年的定义，物联网（InternetofThings，简称IoT）是指通过射频识别技术(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，通过网络把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 1.2.2物联网关键技术 1.物联网平台 物联网平台是针对物联网场景和行业开发者提供各种服务的云平台，可以提供设备连接、设备管理、数据分析、边缘计算等能力，为物联网场景提供完整的技术支持和业务解决方案。 物联网平台的目标是通过连接物理设备和云端系统，提供可靠的数据采集、处理、存储和管理功能，并为第三方应用程序提供开放的API接口，帮助企业更好地了解其设备和流程的使用情况，并实现更高效、更智能的业务流程，提升业务和管理效率。 2.射频识别技术(RFID) 射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号识别目标对象并获取相关数据，识别过程无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID是一种简单的无线系统，通常只有两类基本器件：阅读器和应答器（或标签）。标签由耦合元件及芯片组成，标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，利用感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号;阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。 RFID的应用非常广泛，目前典型的应用有物流过程中的货物追踪、病人识别、婴儿防盗、物品定位及追踪、汽车防盗器、门禁管制、物料管理等。 3.传感技术 信息采集是物联网的基础，而目前的信息采集主要通过传感器件完成。MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统）是目前物联网领域比较通用的传感技术。它是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。MEMS赋予了普通物体新的生命，使它们有了属于自己的数据传输通路、存储功能、操作系统和专门的应用程序，从而形成一个庞大的传感网。 1.2.3物联网技术应用场景 随着近年来我国智慧医院建设的推进，医疗物联网的应用已经在智慧医院场景中得到了广泛的应用，主要的应用场景包括医疗设备管理、医疗安全管理、医院后勤管理、医疗废弃物管理、智慧护理、病房服务等。 »医疗设备管理：为提高医疗设备的精细化管理水平，基于RFID、蓝牙、UWB(UltraWideBand,超宽带)等各种定位技术，可实时感知医疗设备和器械的位置、开机状态、使用状态，以及高值配件的使用频次等信息，提高医院资产的管理效率和使用效率。 »医疗安全管理：通过医疗器械唯一标识（UniqueDeviceIdentification，UDI）建立医疗器械信息化追溯系统，利用RFID标签与在线式RFID感知网络，可以实现医疗器械不良事件报告、产品召回及追踪追溯等。 »医院后勤管理：通过视频监控系统智能化地识别复杂人员、物品和事件，对门禁、闸机、停车道闸等通行设备进行视频采集和分析，精确地识别出人员身份、车辆身份，对黑名单医闹、黄牛等进行重点监控，帮助医院实现安全环境保障。 »医疗废弃物管理：针对智能垃圾车、垃圾桶等实现医疗废弃物在处理、转运各个环节的定位、处理轨迹跟踪等有效管理。 »智慧护理：利用电子体温贴、输液监护传感器、联网血压仪等设备，自动、实时、准确地采集患者体温、血压/心率、输液等情况，大大地减轻了护士工作量。在特殊护理辅助场景，通过婴儿手环、母亲手环等传感器，可实时感知到婴儿的位置，进行母婴匹配，防止婴儿抱错等情况的发生。 »病房服务：利用护士手环、患者手环、电子床卡等物联网设备及终端，与门禁、信息查询屏等相结合，不仅有利于医护人员和患者的出入便利，而且可实时监控重要患者走失、跌倒等状态，还可以方便患者随时与信息屏互动获取到相应的信息。 1.3 5G技术 1.3.15G技术的产生 5G是指第五代移动通信系统。2015年9月，ITU明确了5G的愿景和应用场景，并提出了5G的关键能力指标。根据ITU的愿景白皮书，5G包含如下三类典型的应用场景： »eMBB（enhancedMobileBroadband，增强移动宽带），是4G移动宽带服务的进一步演进，主要服务于消费互联网，支持更大的网络带宽和速率，进而支撑更大的数据流量和增强的用户体验。 »uRLLC（ultra-reliablelow-latencycommunication，超高可靠性超低时延通信），是具有超低时延和超高可靠性的通信，对吞吐率、延迟时间和可靠性等性能的要求十分严格。应用场景有工业制造、远程手术、智能电网以及运输安全等。 »mMTC（MassiveMachine-TypeCommunications，海量物联网通信），是支持海量终端的服务，该场景最大的特点是连接设备数量庞大，这些设备通常传输相对少量的非延迟敏感数据，要求成本低，电池续航时间长，所应用的领域主要是物联网。 图1-35G的三大应用场景 1.3.25G关键技术 1.新波形技术（F-OFDM） 4G采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,正交频分复用）技术将高速率数据通过串/并转换调制到相互正交的子载波上去，并引入循环前缀CP（CyclicPrefix），较好地解决了码间串扰问题，在移动互联网时代得到广泛应用。但OFDM最主要的问题就是不够灵活，未来不同业务场景对带宽、时延和连接数的网络能力需求迥异，OFDM无法同时满足不同业务对网络能力的不同需求。 5G采用了F-OFDM（FilteredOFDM,滤波OFDM）的新空口技术，这一技术在继承了OFDM的全部优点的基础上，克服了OFDM的一些固有缺陷，提升了灵活性和频谱利用效率。F-OFDM在频域上采用灵活的子载波带宽；在时域上采用灵活的符号(5G中时域资源调度的最小单位)长度，能够根据不同业务在传输带宽、传输时延以及接入用户数的需求进行灵活的资源分配，是实现5G空口的基础技术。 图1-45G新波形F-OFDM的时频资源分配方式 2.新信道编码技术(极化码PolarCode) 信道编码的目标是以尽可能小的开销确保信息的可靠传送。香农第二定理指出，只要信息传输速率小于信道容量，就存在一类编码，使信息传输的错误概率可以任意小，而狭义的香农极限就是指通过编码达到无误码传输时所需要的最小信噪比，但在现实中，实现无误码传输的代价太高，在可以承受一定误码率的条件下，所需要的最小信噪比就是广义的香农极限。 2007年，土耳其比尔肯大学教授ErdalArikan首次提出了信道极化的概念，所谓信道极化，顾名思义就是信道出现了两极分化，是指针对一组独立的二进制对称输入离散无记忆信道，可以采用特定的编码方法，使各个子信道呈现出不同特征，当码长持续增加时，一部分信道将趋向于完美信道（零误码），而另一部分信道则趋向于纯噪声信道。基于该理论，他给出了人类已知的第一种能够被严格证明达到香农极限的信道编码方法，并命名为极化码（PolarCode）。 Pol