基于智慧病房框架下的ICU探视系统建设实践探究

摘要：利用WebRTC技术+床旁智能交互系统后台搭建患者家属探视通道，改善患者住院就医体验，提升医护人员工作效率，提升智慧病房服务水平。共用床旁智能交互系统的Nginx Web服务器，挂载三个用户服务，分别是家属端、管理端、患者端。家属端登录后发起探视请求。探视系统使用WebSocket协议向管理端发起请求消息。管理端准许后，管理端将转接到患者端，建立视频通道。家属端、患者端之间的视频通信使用了WebRTC技术。借助于床旁后台服务，远程探视可直接搭载在床旁服务器中，无须耗费额外的服务器资源，且利用床旁的后台服务，实现消息的传送，配合WebRTC技术，实现患者家属的探视功能。床旁终端与远程探视服务相结合，节省了单独部署探视系统的设备资源。提高了ICU的综合服务水平，与医院的区域竞争力。

关键词：智慧病房；床旁智能交互系统；ICU探视；网页实时通信（WebRTC）

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）26-0039-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

近年来，国家全面推动医院信息化、智能化建设，提出智慧医院建设[1]是深化医改的重点内容，是改善医疗服务质量提高医疗服务效率的有效手段，是提高人民群众医疗健康获得感的基础工作。2022年11月9日，国家卫生健康委联合国家中医药局、国家疾控局等3部门印发《“十四五”全民健康信息化规划》，明确提出，“十四五”时期是全民健康信息化建设创新引领卫生健康事业高质量发展的重要机遇期，也是以数字化、网络化、智能化转型推动卫生健康工作实现质量变革、效率变革、动力变革的关键窗口期。目前，大多数以智慧病房为核心的智慧医院[2]已经部署了完整的物联网基础，为后期的服务扩展提供了坚实的基础。

江西省儿童医院于2021年完成了智慧病房项目的建设。床旁智能交互系统[3]建立在已上线的内网系统之上，并与之深度对接。针对当前面临的网络稳定与输入效率低等问题，利用物联网和有线网络解决传统Wi-Fi信号质量差的问题，利用固定于床旁的智能终端提供优质的呈现和输入体验。最终切实提升医护人员工作效率，提升医疗服务品质。

由于ICU病房的特殊性，其封闭式管理[4]的模式，使得患者家属无法进入病房。过去，ICU探视借助于手机微信视频的方式进行远程探视，无法对探视过程进行有效的管理。江西省儿童医院ICU探视系统，患者与家属可以远程交流沟通、医护人员与家属可以远程交流病情。同时可以有效地对探视请求、探视记录等进行有效管理，也可以自行设置探视区间、探视时长等。

1 系统设计

江西省儿童医院ICU探视系统有3个客户端，分别是家属端、管理端、患者端。3个后台服务，分别是WebRTC服务端、床旁智能交互系统服务端（床旁后端）和EMQX服务器组成。WebRTC服务端：集成了WebRTC Server端与信令服务器的功能。负责音视频流的传输与转发，并根据客户端发来不同的信令在WebRTC服务端进行各项操作。客户端与WebRTC服务端采用socket.io（已集成）进行通信。床旁智能交互系统服务端（床旁后端）：负责向客户端提供WebRTC服务地址，并对探视的通话记录进行记录，防止重复通话。床旁后端也负责探视流程中客户端之间的业务通信，在需要通知客户端时及时下发消息。床旁后端与安卓设备之间采用的消息系统框架为EMQX。床旁后端与网页端通信采取WebSocket通信。EMQX服务器：负责向各客户端发送EMQ消息。

2 系统实现

患者家属通过家属端登录后，点击进入探视，等待管理端准许。科室人员通过管理端接收到家属端探视申请后，准许该探视申请，同时选择对应的探视患者，建立家属端与患者端之间的通信连接，开启视频通话。

2.1 Nginx搭建ICU探视服务的反向代理与负载均衡

在江西省儿童医院已建成的床旁交互系统中，采用了前端、后端分离的系统设计理念。其中使用 Nginx[5] 处理数据的转发，来做到服务器的负载均衡。从而在保证了业务相对独立的基础上，也增强系统业务处理能力的效果，同时使得设备及系统更便于扩展和维护。

ICU探视系统沿用了床旁交互系统的Nginx Web服务器，挂载三个用户服务，分别是家属服务，端口设置为9011；管理服务，端口设置为9012；患者服务，端口设置为9014。利用Nginx的反向代理功能，配置监听3个用户端口。做到不直接请求至后端服务器，而是先由Nginx获取到请求，再由Nginx转发至后端服务器。使用Nginx反向代理[6]功能分发请求，使所有动态资源的请求都由业务服务器处理。而页面、样式等静态资源的请求则由Nginx代理服务器直接返回给用户。这样可以提高访问速度，也能在配置中设置规则，来过滤一些不良信息，还可以进行负载均衡[7]的配置，提升ICU探视系统的稳定性与访问速度。

2.2 WebRTC、WebSocket技术实现音视频通话

家属端调用床旁后端的发起探视接口，床旁后端将发起探视的申请记录保存，并将探视申请通过WebSocket[8-9]发送到护士端。护士端点击接受通话，通过socket.io[10]向WebRTC[11-13]服务端发送创建WebRTC房间的请求，并在此时随机生成一个唯一的WebRTC房间号。在WebRTC服务端成功建立房间并通知护士端后，护士端通过socket.io向WebRTC发送加入房间的信令，并建立新视频链接（即加入房间）。随后护士端调用床旁后端的接受通话接口。床旁后端将包含房间号等内容的信息通过WebSocket发送至家属端，家属端随即通过类似方式加入房间。此时房间内的护士端和家属端可以进行音视频通话。若护士端拒绝通话，则可以忽略WebRTC建立房间以及之后的流程，直接调用床旁后端拒绝呼叫的接口，使后端通过WebSocket通知家属端探视被拒绝即可。护士端在点击转接通话按钮后，调用床旁后端的转接接口。床旁后端根据转接记录合WebRTC状态判断当前通话是否可以转接至指定的患者端。如果判定患者端可以加入，通过EMQX向患者端发送包含房间号的消息，让患者端加入，并通过WebSocket通知护士端已通知成功。患者端在收到包含WebRTC房间信息的EMQ消息之后，通过socket.io向WebRTC服务器发送加入房间的请求，并建立与房间的连接。同时，患者端调用床旁后端接口，床旁后端将探视记录保存，并将当前家属端的状态标记为通话中。此时，家属端、护士端、患者端三者都在同一个WebRTC房间内。护士端可隐身。隐身时护士端在家属端与患者端的通话界面上不可见，但护士端仍可监控家属端与患者端的通话。结束通话时，统一由患者端调用床旁后端接口进行挂断。如果是护士端发起的挂断，护士端会通过WebSocket通知患者端挂断。患者端调用床旁后端的挂断接口后，床旁后端通过WebSocket通知护士端当前探视已结束，并更新通话记录，将患者端的通话标识去除。护士端接收到结束探视的消息后，更新探视列表，并通过socket.io向WebRTC服务器发送销毁房间的命令。WebRTC服务器销毁房间后，所有音视频连接自动释放。

3 结果

3.1 节省服务器资源与网络资源

目前，主流的互联网探视系统至少需要两台服务器，一台内网服务器用于存储探视基本信息（探视计划，探视预约信息等）。一台外网前置机服务器存储家属从探视小程序注册的信息，敏感信息加密存储（手机号，身份证号）。如果是微信小程序作为家属端，还需要再去购买互联网厂商的云RTC服务[14]，才能完整地实现一套探视功能，如图1。

ICU探视系统直接使用床旁交互系统的Nginx Web服务搭建而成。其挂载三个用户服务，分别是家属端、管理端、患者端。探视终端可以使用现有的智慧病房床旁平板，也可使用病房中的移动心电图机（主机是一台Windows系统的平板电脑）作为患者端来使用。在减轻服务器开销的同时，科室的开销，也得到了一定的缩减，如图2。

3.2 基于WebRTC技术系统具有多平台性

使用了WebRTC技术，使患者家属能够通过网页实现ICU探视。探视设备可以是一台带摄像头麦克风的台式电脑，可以是一台平板电脑，也可以是手机，具有扩展性，支持WebRTC标准的硬件设备，均可充当ICU探视终端使用。

3.3 基于内网Wi-Fi或者网线直连的ICU探视

全IP网络架构[15]，不被外界电磁波影响与距离限制。内网任意一台支持WebRTC技术的设备均可实现探视功能。医院管理人员，可制定对应的管理规范，在院内设立专门的探视间，来做到对患者家属的探视行为可控。

3.4 具体功能

在医院规定的探视间使用探视推车或者电脑进行远程探视，让家属不进病区就能够与患者进行视频通话，对比传统探视模式有效降低了患者的院感风险如图3所示。探视系统还具有病床管理如图4，病人病情信息查看如图5，探视记录查看如图6，交班留言查看如图7，以及探视时间设置如图8等功能。

4 结束语

江西省儿童医院在已经上线了床旁智能交互系统的条件下，做到了低成本、高效率地实现ICU探视。目前全国多数大型医院都在建设以智慧病房为核心的智能化医院，该ICU探视系统，在智慧病房大力推行的今天，具有可推广性。利用医院床旁智能交互系统中已经搭建完成的一整套物联网设备及已部署的Nginx服务，配合WebRTC、WebSocket等技术，实现了探视系统与床旁智能交互系统的相结合，节省了单独部署探视系统的服务器资源。对比原来的微信视频探视、人工现场探视等，扩充了院内探视的种类，有效地对探视过程进行了管理。实现了探视记录查看、交班留言、设置开放时间与时长等功能。整体提升了医院服务质量与区域竞争力。

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【通联编辑：谢媛媛】