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  • ·: 医院WLAN无线移动查房网络解决方案
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应用需求

  随着信息技术的快速发展,医院信息系统在我国已得到了较快发展,国内多数医院已建立起以管理为主的HIS 系统,建立了以管理为主的HIS 系统,当前的发展重点则是建设以病人为中心的临床信息系统CISClinical Information System)。临床信息化系统包括医生工作站系统、护理信息系统、检验信息系统(LIS)、放射信息系统(RIS)、手术麻醉信息系统、重症监护信息系统、医学图像管理系统(PACS)等子系统,而这些系统将以病人电子病历EMRElectronic Medical RecordEMR)为核心整合在一起。

  随着医疗改革的推进,医院正朝着以终末质量管理向环节质量管理转变,从而提高医疗服务质量,缓和医患关系,提高医院的服务效率。与以病人为中心的服务理念相适应,医院信息化也从传统的内部管理为主的HIS 系统,向以病人为核心的临床信息化系统转变。伴随着临床信息化,医院正逐步地实现无纸化、无胶片化和无线化。随着无线局域网技术的不断成熟和普及,无线局域网在全球范围内医疗行业中的应用已经成为了一种趋势。作为医院有线局域网的补充,无线局域网(WLAN )有效地克服了有线网络的弊端,利用PDA 、平板无线电脑和移动手推车随时随地进行生命体征数据采集、医护数据的查询与录入、医生查房、床边护理、呼叫通信、护理监控、药物配送、病人标识码识别,以及基于WLAN 的语音多媒体应用等等,充分发挥医疗信息系统的效能,突出数字化医院的技术优势。

无线网络整体设计方案

医疗行业WLAN设计思想

 医院中WLAN的设计要求

  为客户提供好的系统解决方案,首先要准确地了解该系统应用的具体业务模式,以及实现该业务模式所需要的技术。通过医疗信息化建设中对无线网络平台应用模式的综合分析,我们总结出医疗信息化系统对无线网络平台具体要求:
a)数据保密性要求高,病人数据不能被盗取
b)无线网络系统整体安全性要求高,包括物理设备,因为医院内人员流动性很大
cPACS 对网络带宽稳定性要求很高,WLAN 对网络时延要求高
d)系统可靠性要求高,医院的有线网和供电系统都有双备份机制,当然要求无线网络也能具有着这样的保险机制。
e)系统可维护性要求高,无线网络的维护不能成为医院信息科的负担
f)每个病区的并发用户数较低,主要提供给医生和护士使用。如无线网络也提供给病人和访客使用,则必须与医院内网做有效隔离,同时要求能够对访客网的带宽占用做有效的限制。

 三、医院中WLAN的用途

用于病区移动查房

  在传统有线网络情况下,医生查房有两种选择:一是手持打印的纸质病历,供查房时查阅;二是医生在办公室工作站上事先调阅病历,并记忆分管病人的主要病史、生命体征数据,待查房时,凭记忆呈现病人情况。第一种方式,由于要经常打印病历,增加了工作量。第二种查房,极容易造成记忆不全甚至错误情况发生。

  在病区组建WLAN 后,医生不再受网线的困扰,可以方便、自由地携带电脑在病区内移动,利用无线网络登陆医生工作站,随时调阅病历,迅速地获取患者的住院信息、病史、检验、检查结果和其他生命体征信息,尽可能有效地与患者交流,从而获得高效率、高质量的床边探视和护理。医生还可以根据查房情况,及时将信息录入计算机,并根据病情变化当即开出检验、检查、治疗和其它医嘱,避免了查房后再次转抄医嘱或凭记忆补开医嘱、记录病程,造成重复工作甚至错误情况发生。结合临床用药知识库、药物配伍禁忌报警系统,医生在住院病人床边诊断就能最大限度地避免错误的发生,及时修正医嘱并采用合理的药物和治疗。

用于床边护理

  在西欧和美国,已有少数医院取消了病区护士站,护理数据用无线电脑直接在患者床边采集和录入,这不仅提高了护理效率和质量,还增加了医护人员与患者的亲和力,使患者得到更多的护理。将PDA 、条码腕带等技术手段应用于临床护理,给医院管理带来的成效将体现在多个方面:一是帮助护士正确执行医嘱;二是全程追踪医疗服务过程;三是为医护人员的绩效考核提供客观的依据,帮助医院真正做到奖勤罚懒。其根本目的是降低出错率,提高医疗服务质量,体现以病人为中心这一核心原则。

无线网络用于呼叫通信

  组建WLAN 后,医院可以利用IP 语音(VoIP)系统代替传统的通信系统(如寻呼台),实现在网络中传输语音和视频数据,提供双向的语音视频通信。医护人员可以通过手持设备接收患者的呼叫,直接与患者通话,并能从系统中的任何位置立即了解患者的需求,许多危重病人因此可以得到及时抢救和特殊护理,同时医生也可以通过WLAN 语音系统了解一些传染性隔离患者(SARS) 的情况,有效地保护医护人员的健康安全。目前在这方面最广泛的应用为WLAN 手机——基于WLAN 的手机,可以在无线局域网覆盖范围内实现清晰畅通的无线通讯,无须支付任何话费,此类手机只需在交换机上进行简单的参数设置后就能方便的使用。在网络中使用无线手机能够呼叫普通电话和手机,用户通话时在WLAN 覆盖区域内自由移动,通话质量不受影响。

无线网络用于护理监控

  目前,国内较先进的住院病房安装有有线视频监控系统,组建WLAN 后,只需增配无线摄像头,进行简单的网络参数配置即可,摆脱了重新布线的烦琐。这种技术可以用于对病房、药房和其他重要场所的监控。无线摄像头的管理软件可以同时监控多个现场。在监控中心可以对现场进行录像记录。无线摄像头在应用时结合医院的无线通讯系统,能够进一步提供医护人员的工作效率。工作人员在收到病人的寻呼信号后,通过网络即可在计算机终端直接监控到病人的状况,并采取相应的医疗措施,这对于危重病人的监护有着重要作用。

无线网络用于药库管理

  WLAN结合无线射频识别技术(RFID)进行药库药品管理。药品进库时通过RFID标签扫描,记录下进库药品的名称、制造商、功效等详细属性,并利用RFID进行药品存放的定位。这些数据都通过WLAN上传到医院的药品管理信息系统,方便医院对药品进行统一调配、管理。药品管理人员也无需人工输入大量数据以及花时间到处寻找药品,只需手持无线电脑或PDA等设备,进行药品的清点核对。在美国,许多医院在采用了药物条码无线识别设备后,WLAN环境下的药品配送和药库管理就显得更加简单、方便、准确和高效。

无线网络用于临床教育科研

  无线网络极大地方便了临床教育科研。教师和科研人员可以在病人床边一边讲解一边通过无线移动终端实时调用病人的基本情况,包括:病史信息、病理信息、化验检验信息、放射信息、影像信息等。

无线网络用于病人识别与资产管理

  利用无线条码标识带将病人的重要资料标注其中,并带于病人腕部。在病床旁,护士使用无线识别设备(PDA),扫描患者的条码标识带,关于患者的标识、用药、剂量及方法等的详细信息就会通过WLAN在护士工作站得到确认,如果存在任何差异,报警系统会显示警告,避免可能发生的任何差错。

  无线网络还用于加强对医院设备的管理。在可移动的医院设备上安装RFID标签后,配合无线读取器,医院就可以通过资产定位管理系统对电脑、医疗设备等贵重物品进行定位和管理。管理人员可以通过电子界面准确了解它们的位置,避免设备遗失以及无法及时定位而造成的损失。

无线网络的设计思想

  近年来,医院步入一个快速增长期,医院的信息化建设也已初具规模。医院正逐步实现医院管理的科学化、现代化、数字化,与国际、国内信息化建设的新技术接轨。医院目前已经建成一套完整的医院管理系统,而无线局域网在医院的实施则必将推动医院信息化系统的建设提高到一个新的阶段。山东盛世博威公司针对xx具体情况和要求,结合公司在医院无线网络建设方面的丰富经验,为xx提出了此无线医疗网络解决方案。

  鉴于采用传统的AP”技术部署无线网时,安装复杂,管理困难,整网安全强度不高,在实际应用中会存在以下问题:
a)不能实现全面的、统一的全网级的管理策略
b)不便于无线网络业务的划分
c)不能实现无线网用户的23层无缝漫游
d)没有RF自动调节能力
e)整体无线网容量过小,不能轻松扩容
f)对室内、室外无线接入点无法做到集中管理、统一配置和固件升级
g)对于基于WiFi的高级功能,如安全、语音等支持能力很差

 四、无线网络组网方案

AP电源的供给

  对许多网络系统的设计来讲,当建筑中某些区域的用途不确定或布线施工难度较大时,部署无线接入点(AP)是十分必要的解决方案。但是,十分具有讽刺意义的是,在大多数情况下,无线接入点仍然需要电源,这就削弱了无线局域网的优势。而且,在安装时,我们不得不考虑电源插口是否存在,以及连接是否可靠,电源是否会从墙板上脱落等不确定因素。

为了解决这上述问题,我们在本次无线网络项目建设中室内覆盖采用XXAP,均支持IEEE802.3af标准的双路冗余PoE供电,可采用支持IEEE802.3af标准的PoE交换机或PoE供电器通过网线对AP进行供电。

分布式的AP部署

  目前,随着网络应用和数据量的急剧增长,为了减少广播包对网络性能的影响,普遍采用的解决方法是采用VLAN技术进行子网划分,通过三层交换技术对各子网进行路由交换;另外,在医院进行有线网络建设时也考虑到将来可能会有扩展,在有线信息点、光纤和交换机端口等资源上都留有余量,因此在进行无线网络建设时,医院网络中心希望建成的无线网络系统能够尽可能利用原先的网络资源,以降低工程造价和施工周期,因此一般采用AP就近接入空余的接入层交换机端口上,采用无线网络与有线网混合组网方式。由于有线网的固定性,一般采用根据楼层或楼宇方式进行子网划分,而无线网络必须承载于有线网络之上,因此,造成所接AP也分别划到各个子网之中,造成了原本应该统一管理的无线网络被有线网络分割成了独立的无线网络孤岛,这种网络孤岛在实际应用中会存在以下问题:

1. 不能实现全面的、统一的全网级的管理策略
2. 不便于无线网络业务的划分
3. 不能实现无线网用户的漫游
4. 对无线接入点无法做到集中管理、统一配置和固件升级

  为了解决传统有线与无线混合组网存在的上述问题,采用一种被称作“THIN AP”代替传统AP的方法来解决这一问题。本方案中采用的是XXAP,并配合XX型无线交换机进行组网。

 采用“THIN AP”组网的优势在于:

1. AP与无线交换机之间建立跨越路由的TUNNEL,从而将无线业务与有线网络策略区分开
2. “THIN AP”运行所需的固件及配置在启动时由无线交换机动态下发,轻而易举的实现了传统“FAT AP”方案无法动态升级AP固件和配置的问题

  由于采用THIN AP的组网方式,即使是在分布式网络中,彼此被子网路由隔开了的AP也可作为一个整体结构运行,以便于按需扩展或修改无线局域网。
3.3.3. 提供灵活的多业务支持(Multi-SSID

    本方案提供的XX系列无线系统,XX最多支持64SSID,并且可以根据用户属性,动态的分配用户认证方式、加密方法、QoS及所属VLAN,实现了基于用户的动态业务策略。基于用户的动态业务策略能够实现全网范围的漫游,而不用考虑所在地点的AP是否支持这些策略,从而让无线网业务系统功能更多、更为灵活。

AP的集中管理与自动配置

  在传统无线网络建设中,有一个始终令网管人员感到头痛的问题,那就是对AP的管理、监控以及AP自身固件的升级。由于传统AP是一种称作为“FAT AP”,即自身需要有相应控制软件以及独立的配置才能运行,而由于AP是一种接入层设备,数量较多,且由于医院网络的复杂性以及业务的多样性,导致需要根据各热点区域进行相应配置,并且还需要网管员对这些特殊配置进行记录,以方便日后维护;此外,在日常运行中,还需要了解这些数量众多AP的工作状态及性能等数据,而一般AP管理工具功能太过简单,如果采用有线网络网管软件,由于没有很好的对无线网络做相应的开发与支持,从而不能很好的管理无线网络。

基于用户身份的管理

用户认证及加密

众所周知,无线网络采用电磁波作为传出媒介进行数据传输,而电磁波由于可以穿透建筑物而泄漏到外部空间,因此对于无线网络的安全策略就不能采用有线网的思路,因而必须采取一些切实有效的方法来保护无线网络免遭黑客入侵及避免用户数据被非法窃取。目前国际上比较流行的方法是对用户进行身份的认证以及认证成功后要对用户数据加密来反制非法入侵。

用户漫游及QoS保障

  由于无线局域网采用类似于移动通信网中的蜂窝覆盖方式,来实现大面积覆盖,当终端在移动一点到另外一点的移动过程中,不可避免的需要从一个AP切换到另外一个AP,在切换过程中,移动终端需要进行取消关联重关联的操作,该过程一般需要300500ms的时间,此外,在有后台认证系统存在的情况下,用户还需要进行重认证、session key重分发及重新分配IP地址的过程,这种方式无法满足一些对时延非常敏感的业务诸如VOD点播、VoWLAN等的支持,因为传统无线网络的漫游只停留在IEEE802.11协议层上,并没有对用户会话进行完整性保持。

无线信号监控

无线信号自动优化与调整

  传统“FAT AP”组建的无线网络,在建设初期,需要对无线频谱及channel和发射功率进行规划,以降低同频干扰,但是无线信号受到用户数、天气、湿度等环境影响因素较大,一旦外界因素发生变化后,如果AP仍使用原始参数进行运行,必然导致信号强度降低、覆盖区域缩小等情况,导致网络运行不稳定。

方案优势

WLAN可以更好满足医生的需求

  医生每天床边查房需要病人的临床资料(病历、医嘱、化验单、检查报告、影像资料)可以通过无线网络和移动终端设备随时随地获取;可以随时随地获取诊疗规范、操作指南、临床路径、参考文献、知识库等;可以随时随地传送有关信息,包括:生命体征、检查化验结果、病情描述、各种申请;可以进行实时会诊,信息交互、重症监测和抢救。

WLAN可以更好满足护士的需求

  护理人员可以实时采集病人生命体征,如:体温、呼吸、血压等;可以实时核对最新医嘱变化,执行医嘱时与最新医嘱进行核对,防止差错;可以实时三查七对,三查即:操作前查、操作中查、操作后查七对即:对姓名、对床号、对药名、对剂量、对浓度、对时间、对用法,目的是为了避免护理差错,保证病人医疗安全。另外,无线网络还可以与条码与无线射频技术相结合对病人、药品进行安全、高效的管理。

WLAN可以更好满足管理的需求

  借助无线网络可以更好地进行:医疗质量管理,终末质量管理,环节质量管理;可以有效监控完整的医疗过程。检查时间、医嘱时间、发药时间、治疗时间都能随时随地动态监控。作为未来数字化医院发展的网络平台,无线局域网(WLAN )有效地克服了有线网络的弊端,利用PDA 或平板无线电脑随时随地进行生命体征数据采集、医护数据的查询与录入、医生查房、床边护理、呼叫通信、护理监控、药物配送、病人标识码识别,以及基于WLAN 的语音多媒体应用等等,借助无线网络平台的应用能够充分发挥医疗信息系统的效能,突出未来数字化医院的临床应用优势。从而提高医院的运营效率和服务质量,医院的竞争力和美誉度也得到了极大提升。

无线网络对人体健康及医疗设备影响的分析

无线网络对人体健康的影响

  中国信息产业部无线电管理委员会规定单个无线接入点设备RF 发射功率不可超过100mW,市场上销售的无线接入点设备RF 发射功率约60~70mW 左右,REDWAVEWIDS 基站天线发射功率均小于100mW,而手机的发射功率约600mW 1 瓦间,手持式对讲机高达35 瓦,并且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体,因此与手机相比,无线网络(WLAN )对人体健康是几乎没有影响的。

  测试表明,目前比较常用的IEEE 802.11b 无线设备在2 英寸距离处产生的辐射约为每平方厘米2 微瓦,IEEE 802.11g 产品的辐射量更小,而FCC 中的相关安全辐射限度为每平方厘米1000 微瓦,所以即使同一个房间内存在多个WiFi 无线网络设备,也不会对人体产生太大的影响。

  总之,只要无线网络设备符合国际标准,实际工作在FCC 规定的安全发射功率范围之内,就不会对人体健康产生影响。

无线网络对医疗仪器的影响

  无线网络与医疗仪器的相互干扰和影响取决于设备的摆放位置、发射频率、输出功率,以及设备自身的抗干扰能力。研究表明,如果设计合理,无线局域网设备不会与医疗设备产生影响。

1)无线局域网设备在调制方式、所用频段上不会与医疗设备产生冲突。无线局域网采用了扩频的调制方式,扩频通信系统是将要传送的信息在比信息带宽宽十倍甚至数百倍的频带上传送,在接收端通过相关接收进行解扩,将传输的信号进行恢复的通信系统。由于其具有一定的抗干扰性能力,故扩频通信系统的使用频段选在了自由开放的

  2.4GHz 5.8Gz 频段。该频段属微波段,是工业、科学以及医疗设备的频段。医院内医疗设备众多,但只有监护仪、微波治疗仪、微波炉等少量的设备工作在以上频段(见表:医疗设备工作频段),因而基于ISM 频段的设备有足够的频率资源实施通信,而不至于因频段拥挤造成通信失败的情况。

2WLAN 不会与医院内许多精密设备造成影响,医院的电磁干扰不会影响WLAN 的正常运行。医疗设备工作的环境比较复杂,所有精密设备都采取了防干扰屏蔽措施,自身抗干扰能力强,一般的电磁干扰不会影响设备正常运行。而WLAN 设备的输出功率在60mW~100mW 之间,比GSM 手机的功率小得多,对医疗设备更不会产生响。根据国家关于无线通信的频段分配,无线局域网的设备都工作于2.4GHz 5.8Gz 这两个频段,而医疗设备多工作于100MHz 以下和红外线以上两个频段,由于在工作的频率和采用的调制方式差异较大,因此二者不会产生相互信号干扰。像核磁共振机、X 光机、CT 机、高频电刀等虽然是干扰源,产生的干扰功率可观,频谱宽度大,但此类设备一般工作在良好屏蔽的房间之内,并且产生的宽频干扰信号在空间扩散时衰减也非常快,因此无线网络只要不处于同一房间之内,一般不会造成受影响中断通信的问题。对一些使用ISM 频段甚至是使用无线局域网技术的医疗设备如无线心电监护仪等,由于存在技术上的兼容性,在使用时可以在参数设置上避免相互之间的数据干扰,保证双方设备的正常通信。

表:医疗设备工作频段

300M 以下

300M3G

红外线以上

B 超(普通)

监护仪

红外乳腺诊断仪

心电图机

微波治疗仪

理疗仪

脑电图机

微波炉

测温仪

心脏起搏器

 

X-刀

呼吸机

 

准分子激光治疗仪

高频电刀

 

二氧化碳激光治疗仪

短波治疗仪

 

X 光机

脉冲治疗机等

 

γ刀等

 

  德国科隆大学附属医院对该院使用普通手机的心脏起搏器携带者进行了研究,科学家经过反复试验发现,手机与起搏器保持25 厘米以上距离时,起搏器功能基本不受手机干扰;那么更低功率的无线网络不会对患者的健康造成危害,也不会影响到心脏起搏器的正常工作。

  REDWAVE技术人员在医院对无线网络与医疗仪器之间的干扰问题做了严格的测试,根据美国国家标准协会(ANSI)标准C63.4 中规定的关于设备及环境测试中的最小距离,测试从WLAN 天线距离医疗设备最小的10cm 开始测起,在以医疗设备为圆点的360 度的圆周上至少选择4 个点做测试。严密的测试结果表明:心电图仪、心电检测仪、睡眠检测仪、心脏起搏器等,在10cm 20cm 50cm 100cm 300cm 测试点均无干扰和影响;总之,只要无线网络设备符合国际标准,实际工作在FCC 规定的安全发射功率范围之内,就不会对人体健康产生影响。另外,实验证明,只要在构建无线网络之前对部署环境进行严密的测量,对无线设备的摆放位置进行合理的设计,采用恰当的发射功率,WLAN 不会对医院内的精密医疗设备造成影响,医院的各类仪器电磁干扰也不会影响WLAN 的正常运行。

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