人工智能護理極早產(chǎn)兒系統(tǒng)設計范文

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[摘要]目的：設計人工智能(AI)延續(xù)性護理極早產(chǎn)兒系統(tǒng)，對出院后仍需心電監(jiān)護的極早產(chǎn)兒進行遠程監(jiān)護，實現(xiàn)極早產(chǎn)兒生命體征數(shù)據(jù)AI分析。方法：將遠程模塊安裝于家庭式心電監(jiān)護儀上，極早產(chǎn)兒生命體征數(shù)據(jù)傳輸至醫(yī)院監(jiān)護中心后經(jīng)AI分析和處理，以遠程模塊報警系統(tǒng)早期識別和抓取的各種風險事件信息為依據(jù)，制定相應的隨訪指導建議。結果：該系統(tǒng)可根據(jù)極早產(chǎn)兒的生命體征數(shù)據(jù)進行AI分析，對于影響極早產(chǎn)兒生命安危的突發(fā)情況，通過微信平臺、電話等實時指導其家人進行科學和規(guī)范的延續(xù)性護理，并提供個性化延續(xù)性護理方案，以及突發(fā)事件處理方案。結論：AI延續(xù)性護理極早產(chǎn)兒系統(tǒng)可延續(xù)極早產(chǎn)兒住院期間的生命體征監(jiān)護，指導家屬進行個性化護理，提升家庭照護能力，提高極早產(chǎn)兒的遠期生命質(zhì)量。

[關鍵詞]人工智能；極早產(chǎn)兒；延續(xù)性護理；遠程監(jiān)護

極早產(chǎn)兒指胎齡＜32周的新生兒，這類早產(chǎn)兒體重大多在1500g以下，由于體重低、胎齡小，各器官發(fā)育不完善等因素，對護理提出了更高的要求[1]。近年來，隨著圍生期管理技術和新生兒重癥監(jiān)護病房(neonatalintensivecareunit，NICU)監(jiān)護技術的提高，產(chǎn)科病房的建立和新生兒科早期發(fā)展干預項目的開展，極低出生體重早產(chǎn)兒的存活率明顯提高。延續(xù)性護理是通過連續(xù)的行動設計，以確保患者在醫(yī)院、家庭不同的健康照護場所及醫(yī)院不同科室的同一健康照護場所受到不同水平的連續(xù)性與協(xié)作性護理[2]。傳統(tǒng)的極早產(chǎn)兒延續(xù)性護理主要以門診隨訪、家訪及電話為主要形式，不利于對突發(fā)事件(嗆奶、窒息等)的實時指導。雖然出院前針對一系列護理問題做了詳細的出院指導，但患兒父母對于出院后的家庭護理存在焦慮心理，這在一定程度上影響對突發(fā)事件的應急處理[3]。因此，建立科學的延續(xù)性護理方案，形成動態(tài)的延續(xù)性護理，整合出一套適合我國現(xiàn)階段醫(yī)療條件的早產(chǎn)兒延續(xù)性護理模式勢在必行。為此，本研究設計人工智能(artificialintelligence，AI)延續(xù)性護理極早產(chǎn)兒系統(tǒng)，通過遠程監(jiān)控，輔以微信平臺可以實現(xiàn)實時監(jiān)護和有效溝通，幫助極早產(chǎn)兒家庭解決緊急突發(fā)事件。極早產(chǎn)兒因為個體差異不同，所需要的個性化護理也不同，設計賦予AI功能，通過遠程監(jiān)護的生命體征數(shù)據(jù)和生長曲線圖，給予相應的個性化指導，使傳統(tǒng)的延續(xù)性護理得到優(yōu)化，AI技術結合微信平臺可試行優(yōu)化極早產(chǎn)兒的延續(xù)性護理。

1AI延續(xù)性護理極早產(chǎn)兒系統(tǒng)設計方案

極早產(chǎn)兒AI延續(xù)性護理系統(tǒng)由家庭用戶終端、遠程無線網(wǎng)絡傳輸以及醫(yī)院服務器終端三大部分組成，其原理結構框架如圖1所示。

1.1家庭用戶端

家庭用戶端由中央控制器系統(tǒng)模塊(STM32F4)、生理參數(shù)采集、通信、LCD顯示等組成。智能移動監(jiān)護終端主要負責完成對人體生理信號采集、分析、處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽潜鞠到y(tǒng)中不可或缺的核心組成部分。中央控制器主要負責對各功能模塊進行綜合控制來實現(xiàn)多生理參數(shù)監(jiān)護功能；通信模塊按照本設計擬定的通信協(xié)議負責與服務器端進行數(shù)據(jù)交互，生理參數(shù)采集模塊采用集成芯片來設計，可以減小分立元件設計帶來的設計難度，同時也可避免引進干擾信號；LCD顯示模塊與終端相連接，用于顯示監(jiān)護結果和人機交互；報警模塊主要通過報警設置來實現(xiàn)報警功能，智能移動監(jiān)護終端的總體功能如圖2所示。

1.1.1CDMA技術網(wǎng)絡通信采用碼分多址(codedivisionmultipleaccess，CDMA)透傳。CDMA技術的出現(xiàn)源自于人類對更高質(zhì)量無線通信的需求，CDMA系統(tǒng)是基于碼分技術(擴頻技術)和多址技術的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)為每個用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準正交性，從而在時間、空間和頻率上都可以重疊；將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的偽隨機碼進行調(diào)制，使原有的數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，接收端進行向反回路的效應過程，進行解擴，增強了抗干擾的能力。CDMA終端是為無人值守應用環(huán)境專門設計的一款便于集成的工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸終端產(chǎn)品，設備可嵌入到通信、電力機房等場所的重要設備中，對這些現(xiàn)場設備實現(xiàn)遠程無線實時監(jiān)測，可實現(xiàn)終端設備和網(wǎng)管平臺的雙向通信，設備按照工業(yè)級標準設計采用32位處理器和工業(yè)用CDMA模塊加入了串口保護設計和EMC抗干擾設計，使CDMA終端可工作于強電磁干擾的封閉環(huán)境。CDMA基本功能是掉線自動重撥，采用心跳機制，使設備永遠在線，用戶自行設置掉線重撥時間間隔；休眠激活方式靈活，可采用透明傳輸、短消息業(yè)務(shortmessageservice，SMS)和電話喚醒模式；支持固定IP和動態(tài)數(shù)據(jù)域名服務(domainnameservice，DNS)方式連接；可用移動專網(wǎng)卡搭建接入點名稱(accesspointname，APN)連接；數(shù)據(jù)透傳，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，支持TCP/UDP方式網(wǎng)絡傳輸協(xié)議；支持AI指令集，數(shù)個簡單的AI指定即可完全配置DTU，可用點對點或者點對多點的數(shù)據(jù)傳輸方式；波特率可調(diào)，RS232串口支持范圍1200～115200波特率，485通信支持1200～19200波特率；RS232串口支持：工業(yè)級3.81mm插座，與485通信二選一，支持1200～115200波特率；通信接口：RS485(工業(yè)級3.81mm插座，與RS232串口二選一)，支持1200～19200波特率，最多支持32路；中文智能卡用戶識別模塊(subscriberidentificationmodule，SIM)卡操作電壓為3V/1.8V；微控制器單元(microcontrolunit，MCU)通過串口1和CDMA通信。

1.1.2脈搏血氧飽和度測量脈搏血氧飽和度的測量電路主要由光電流放大和去直流電路、計算電路以及探頭驅(qū)動電路3部分組成。光電流放大和去直流電路的構造是兩級運放，一級運放放大光電信號為電壓信號，后者包含交流分量和較大的直流分量。探頭驅(qū)動電路由光線對稱的兩組三極管構成，與計算電路的兩個DA端口和兩個IO端口相連，分別控制兩路光線的幅值和交替開關，計算電路是兩個運放的輸出，實現(xiàn)去直流電路提供參考電壓幅值和反饋探頭驅(qū)動電路(如圖3所示)。

1.2醫(yī)院服務器終端

醫(yī)院服務器終端設備硬件設計。醫(yī)院服務器終端是醫(yī)院醫(yī)護人員與家庭用戶之間溝通的橋梁，醫(yī)院服務器終端是通過網(wǎng)口和數(shù)據(jù)通信電路連接，采用傳輸控制協(xié)議(transmissioncontrolprotocol，TCP)方式連接，其工作過程為：先建立可靠連接，然后就可以接收數(shù)據(jù)，將網(wǎng)絡接收到的數(shù)據(jù)解析出來存于SQLServer數(shù)據(jù)庫中以供分析處理。醫(yī)院服務器終端對AI的研究。有實現(xiàn)功能模擬和生理結構的模擬二種方法，前者即通常所說的AI，后者即人工神經(jīng)網(wǎng)絡。人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有自學習和自適應的能力，可以通過預先提供的一批相互對應的輸入—輸出數(shù)據(jù)，分析掌握兩者之間潛在的規(guī)律，最終根據(jù)這些規(guī)律，用新的輸入數(shù)據(jù)來推算輸出結果，這種學習分析的過程被稱之為“訓練”。同生物神經(jīng)系統(tǒng)類似，人工神經(jīng)網(wǎng)絡也是由人工神經(jīng)元為基本單元所構成。人工神經(jīng)元是模擬生物神經(jīng)元的數(shù)學模型，是人工神經(jīng)網(wǎng)絡的基本材料單元，同時也是一個多輸入/單輸出的非線性元件。神經(jīng)元的每一個輸入連接都有突觸連接強度，用一個連接權值來表示，即將產(chǎn)生的信號通過連接強度放大，每一個輸入量(Pi)都相應有一個相關聯(lián)的權重(Wi)。處理單元將經(jīng)過權重的輸入量化，然后相加求得其加權值之和，計算出唯一的輸出量，這個輸出量(a)是權重和的函數(shù)，一般稱此函數(shù)為傳遞函數(shù)，其計算為公式1：式中a為此神經(jīng)元采用的傳遞函數(shù)；Pi為得到的生理參數(shù)值。神經(jīng)網(wǎng)絡由排列成層的處理單元組成，接收輸入信號的神經(jīng)元層稱輸入層，輸出信號的神經(jīng)元層稱輸出層，不直接與輸入和(或)輸出發(fā)生關系的神經(jīng)元層稱為中間層或隱層。當神經(jīng)網(wǎng)絡的模型結構確定之后，接下來就是學習和訓練。本研究采用有監(jiān)督學習算法，即同時給出輸入和正確的輸出，網(wǎng)絡根據(jù)當前輸出與所要求的目標輸出差來進行網(wǎng)絡調(diào)整，使網(wǎng)絡做出正確的反應。有監(jiān)督學習算法需要大量的標準數(shù)據(jù)，即需建立標準樣本庫。極早產(chǎn)兒數(shù)據(jù)標準樣本庫目前還是空白，本研究的工作需要將得到的數(shù)據(jù)和臨床表現(xiàn)建立標準樣本庫，即將得到的生理數(shù)據(jù)和臨床表現(xiàn)檢驗數(shù)據(jù)等建立的關系進入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫。

1.3微信公眾平臺接口

建立極早產(chǎn)兒呵護群，創(chuàng)建微信平臺，無線連接于醫(yī)護中心服務器數(shù)據(jù)庫端口，將個性化隨訪建議通過微信的方式呈現(xiàn)給極早產(chǎn)兒家庭用戶。本系統(tǒng)還提供了Android移動監(jiān)護軟件，當Android移動監(jiān)護軟件在網(wǎng)絡暢通的條件下可直接訪問服務器端來獲取服務；當處于網(wǎng)絡不暢的環(huán)境時，Android移動監(jiān)護軟件通過籃牙與智能家庭健康終端進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)生理參數(shù)處理、實時監(jiān)護、報警、存儲、電子健康檔案查看等功能。

2AI延續(xù)性護理極早產(chǎn)兒系統(tǒng)使用方法和工作流程

2.1使用方法

將遠程模塊安裝于家庭式心電監(jiān)護儀上，監(jiān)測和傳輸極早產(chǎn)兒的心率、脈搏、體溫等生命參數(shù)至醫(yī)院中心監(jiān)護，并進行AI分析，把握極早產(chǎn)兒生命狀態(tài)總趨勢。同時，把控報警信息，提醒醫(yī)護人員以此為依據(jù)，通過微信平臺實時指導家屬做好緊急處理，使延續(xù)性護理管理實時有效。

2.2工作流程

安裝于家庭監(jiān)護儀上的遠程模塊讀取、存儲生命體征數(shù)據(jù)，傳送至醫(yī)護延續(xù)性服務中心，通過AI分析，給出個性化延續(xù)性護理方案。當傳輸過來的數(shù)據(jù)超過或低于設置范圍10%時，系統(tǒng)會出現(xiàn)報警。醫(yī)護人員給予實時評判，決定是否需要立即給予緊急處理，并通過微信、電話實時指導極早產(chǎn)兒家庭。當報警解除，繼續(xù)遠程監(jiān)護，其工作流程如圖4所示。

3討論

目前，我國的早產(chǎn)兒延續(xù)性護理還處在未完善的時期，尚未形成完善的延續(xù)性護理團隊，普通的延續(xù)性護理不能總體把握監(jiān)護數(shù)值的趨勢、識別異常值的報警及實時解決突發(fā)情況。國外對家庭生理參數(shù)監(jiān)護系統(tǒng)的研發(fā)應用主要集中在美、歐、日、韓等少數(shù)國家。美國是此項技術的主導和先行國家之一，較早開展了相關技術的研究與應用，并成功地將基于互聯(lián)網(wǎng)的無線遠程醫(yī)療信息技術應用于家庭生理參數(shù)監(jiān)護系統(tǒng)；其他國家也對家庭生理參數(shù)監(jiān)護系統(tǒng)給予高度重視，并制定相關政策，對其發(fā)展進行扶持與幫助。但是，家庭生理參數(shù)無線網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)在極低、超低出生體重兒延續(xù)性護理中的應用在國內(nèi)鮮有報導。有研究指出，早產(chǎn)兒母親焦慮、自責的負性情緒無疑影響了家庭成員做出決定、解決困難的能力[4-5]。此外有文獻報道，醫(yī)務人員通過網(wǎng)絡平臺，運用網(wǎng)絡的在線咨詢服務，例如QQ、微信、Facebook等的使用，解決了早產(chǎn)兒從醫(yī)院過渡到家庭后的專業(yè)護理服務間斷的問題，并節(jié)省醫(yī)療資源和費用[6-7]。而且，微信平臺通過滿足母親對早產(chǎn)兒相關生理、治療、護理等知識的了解，消除母親對早產(chǎn)錯誤的認知和及時調(diào)整消極的情緒影響，從而有效促進母嬰互動，明顯減輕由于信息缺乏和醫(yī)護人員的支持幫助而導致的恐懼、焦慮、抑郁等負性情緒，提高早產(chǎn)兒母親積極應對的能力[8-9]。此外，為了避免NICU感染的發(fā)生，采用全封閉式管理，這在一定程度上影響母親掌握極早產(chǎn)兒護理相關知識與技能[10]。極早產(chǎn)兒家屬僅在袋鼠式護理和出院前獲得一定的照護技能，在出現(xiàn)真實問題時缺少實戰(zhàn)經(jīng)驗，舉手無措。本研究根據(jù)近年來醫(yī)療行業(yè)在AI應用方面的現(xiàn)狀，認為適時創(chuàng)新AI應用模式是極為重要的，AI系統(tǒng)能分析和利用數(shù)據(jù)，人們需要存取和管理數(shù)據(jù)[11-13]。本研究設計的創(chuàng)新性延續(xù)性護理系統(tǒng)以風險事件處理為突破口，以多數(shù)極早產(chǎn)兒出院時會根據(jù)出院指導配置家庭監(jiān)護儀為前提，圍繞延續(xù)性護理核心理念，使出院后的生命體征繼續(xù)得到監(jiān)護，出院后的護理達到個性化和科學化。為了實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能，遠程數(shù)據(jù)傳輸、AI分析、報警信息的傳送、微信平臺的運用等各方面都起到了一定程度的作用，是在傳統(tǒng)延續(xù)性護理基礎上的發(fā)展。此外，該系統(tǒng)還可以提升家庭照護能力，提高出院后門診隨訪率，提高回訪滿意率，降低極早產(chǎn)兒再入院率，減輕家庭和社會負擔等。

4結語

AI延續(xù)性護理極早產(chǎn)兒系統(tǒng)是傳統(tǒng)延續(xù)性護理的優(yōu)化和補充，結合微信平臺，覆蓋面廣，實效性強，較好地滿足極早產(chǎn)兒家屬迫切的照護需求，且基本的生命體征是極早產(chǎn)兒神經(jīng)發(fā)育等方面的基礎信號，可作為提高極早產(chǎn)兒遠期生命質(zhì)量的干預依據(jù)，可試行解決困擾臨床多年的極早產(chǎn)兒延續(xù)性護理一系列問題，具有較高的臨床使用價值。

作者：韓玉珠 周慧 胡鵬 張麗芹 單位：南通大學附屬婦幼保健院