陆军特色医学中心：“多模态”医护感控行为监测系统

今年，世界各国先后遭遇了新型冠状病毒的侵袭。由于病毒传播途径复杂多样，且目前尚无任何针对性药物可用于预防，因此在治疗及护理相应患者时，医务人员需要严格做好感控防护，减少暴露，才能降低感染风险。文献显示，医护人员穿脱个人防护装备时，发生职业暴露问题的频次非常高，存在很大的感染安全隐患。然而传统针对医务人员感控管理的做法是由感控科医师现场指导和干预，这易造成更多的医务人员在红黄区域工作，增加了工作人员感染的风险。

通过研究，我们设计了这套系统，该系统具有小型化、便携化，能够在远程非接触状态下，帮助医护人员及时做好自身的安全防护，严密防范工作中出现的职业暴露情况，为医务人员提供安全防范提示、爆发预警、隔离阻断以及人机互动，实现“多模态”监测反馈等作用，可有效减少医务人员感染风险，为医护人员的安全健康保驾护航。

为保障医护人员安全、高效地开展工作，本研究设计了以下功能：RFID无线射频识别模块的防护套装；图像、视觉识别行为监测信息系统；感控行为知识库的储备；以及“云端”部署随时可用。在完成自动检测医务人员正确穿戴防护服的安全行为之后，经由视频监控端人工干预，并通过知识库的学习加强医护人员的感控行为的防范。（详见图1）

图1  系统功能

为了实现医务人员“多模态”的感染行为防范监测目的，系统总体设计了两大部分：一是RFID无线射频识别模块的防护套装，二是面向界面的可视化信息监测系统。（详见图2）

图2 系统概要设计图

其跨越的三个物理区域包括：缓冲区、感染隔离区域、监控终端。即，能够从医务人员进入缓冲隔离区域开始，对防护服的穿戴情况进行第一次智能监测（监测是否穿戴防护服）并初步筛查体征状态，随后进入感染隔离区域后，通过感染行为视频监测信息系统进行二次干预和阻断（监测穿戴状态是否存在问题、穿戴是否到位规范、持续监测体征状态）。

（1）人员识别

该部分主要是对进入缓冲区医务人员的数量以及穿戴防护服的状态进行监测。缓冲区工作人员的数量主要是由红外线感应模块进行识别，其原理是利用了红外线探测热成像技术将医务人员数量及位置的数据通过网络传输到监控终端解码并以图像的形式呈现在监控终端显示设备中；缓冲区内工作人员防护服的穿戴情况是由置于防护服上的RFID射频贴片触发RFID信号触发模块完成识别，设计原理是，利用RFID射频标签小巧、便携、抗污染的特性，为防护服各部位（包括袖口、裤口等处）设计了RFID射频识别贴片，由于该部分主要是对医务人员是否穿戴防护服进行确认和识别，因此对于防护服的RFID贴片对应部位并无特别要求，对于连体式防护服甚至可以放置一个RFID贴片。当医务人员到达缓冲区内的RFID信号触发模块A以及红外线感应模块(图二所示)的有效识别范围内时，模块A提示监控终端有人进入缓冲区。若穿戴RFID防护服，模块A识别确认后不报警，并可顺利进入感染隔离区域，并由监控终端专家或工作人员进行监测，若未穿戴RFID防护服，模块A感知后报警提示，并传送信息到监控终端，且拒绝其进入感染隔离区域。

（2）体征监测

体征监测主要是对医务人员的体征进行批量监测和筛查，包括医务人员在缓冲区内的体征（脉搏/心率、体温、呼吸、血压）初步筛查以及进入隔离区后的体征持续监测。通过RFID无线测温传感器、脉搏/心率传感器等收集数据并进行分析，实现对体温、心率、呼吸等健康数据的实时监测，便于批量、高效、非接触地实现对密集型医务人员群体批量鉴别体温，筛查体温异常人员，这是一种已经普及的AI人工智能技术，是对医护人员管控监测管理的重要环节。

（3）远程监督指导

为了达到“多模态”的医务人员感染行为防范监测目的，我们为医务人员设计了RFID防护服以及面向界面的可视化信息监测系统。就RFID防护服而言：如前所述，其主要监测医务人员穿戴防护服的状态（既是否穿戴防护服）进行监测。而可视化信息监测系统则由监控终端的管控专家以及工作人员，从医务人员防护服的穿戴流程开始进行严密监测，随后进入红黄区域（感染隔离区域），则持续监测干预和阻断。对于缓冲区医务人员穿戴防护服的消毒流程、穿戴流程方面，根据医务人员脱摘防护用品程序的要求,监控监控终端专家以及工作人员则通过以下流程标准进行监测：即脱摘三级防护的流程为:洗手-在隔离衣上喷洒消毒液-洗手-脱隔离衣-洗手-脱面屏-洗手-脱外科口罩-脱帽子-洗手-脱靴套-洗手-脱外层手套-洗手-拿避污纸开门,脱摘二级防护的流程为:洗手-脱靴套-洗手-脱防护服-脱手套-洗手-脱护目镜-洗手-脱帽子-洗手-脱医用防护口罩-洗手-脱手套-洗手-消毒鞋底-洗手-取避污纸进入清洁区。视频监测系统，便于远端的监控人员集中精力对医务人员行为安全监视，通过摄像头能够便于工作人员实时观察医务人员的行为和穿戴状态，当不符合规范时，能够及时提醒，减少医务人员的感染风险。

对于视频监控部分的软件构成方面，本研究从实际应用出发，主要设计的的软件功能模块包括：视频采集监测模块、全双向语音模块、专家介入指导模块以及医务管理模块。（详见图3）

图3 感染行为防范监测终端主要功能模块

其中，专家介入指导模块在实现督导专家远程对感染隔离区域内的医务人员进行语音、视频操作指导以外，当专家不在监控终端时，也可由医务人员自主地通过“云”端存储的知识库为医务人员提供二十四小时的自助学习视音频资料，帮助其完成各类管控知识自学，以此提高其操作的准确性、有效性，提高防护安全程度，降低感染风险。对于医务管理模块，能完成医务人员工作时长的统计，实现科学排班等功能，通过对隔离区域医务工作的健康情况定期统计和分析后进行合理的排班，尽可能科学地保障其合理的休息时间和身心健康，提高工作的效率。

本研究基于“多模态”的理论和思想——为实现医务人员感控行为防范监测，提供视觉、感官、听觉等多层次的刺激、可叠加的多重验证保护。RFID防护服部分，主要涉及到物联感知层以及数据传输层。其关键技术主要包括：传感遥感技术、嵌入技术、RFID射频发送模块、射频接收模块、穿戴报警单元、数据传输单元。监控终端部分，主要涉及到全双工语音通话技术，视频双向显示技术，网络技术、软件技术以及热成像技术。

射频发送模块优选为射频识别（RFID）发送模块、WiFi、4G/5G模块等。射频识别（RFID）发送模块可选择用于射频识别的电子标签，为增大射频识别距离，可选择中高频段RFID标签，其频率范围为3到30MHZ，或者选择超高频的RFID标签，它的典型的工作频率范围一般在433.92MHz、862(902)到928MHz、2.45GHz或5.8GHz等；优选但不限于选择860到960MHz超高频Gen2 RFID标签，或者2.45GHz有源RFID标签等。

RFID射频贴片：基于IEEE802．15．4的无线通信协议，具有成本低、功耗低、复杂度低、可靠性高、组网灵活方便等特点。Zigbee工作在20-250kb／s，满足低速率传输速率的要求，传输范围为10-100m。生命体征监测系统由测量部分、数据发送部分、路由以及数据接收部分组成。测量部分属于整个系统的最低层，具体负责对被测人的生命体征数据进行测量，测量之后得到的数据传输给发送数据部分，由发送数据部分通过Zigee网络发送出去。

本次疫情期间，军队支援湖北医疗队加强组织领导、密切军地协同、坚持科学施治、搞好自身防护、全面做好医疗、护理防控、保障等工作，三家抽组医院展开床位2856张，累计收治确诊患者7198名，本研究的一期项目在此次疫情期间，投入到“火神山”医院、泰康同济医院、火箭特色医学中心、陆军特色医学中心、西南医院、新桥医院等多个兄弟单位使用，协助圆满完成医疗救治任务，实现了“打胜仗、零感染”的目标，并在中央电视台、中央军事频道进行了相应报道。

（1）就技术本身而言，无论是RFID无线射频技术、4G/5G移动网络技术、视频监控技术、“全双工”语音通讯等技术，分解来看，大都是技术成熟、设置过程简单、费用相对较低廉，容易上手的信息技术。而本系统的整个设计架构而言，充分重视了“高内聚”、“低耦合”整体需求，既系统各部分都可以是相对独立的部分，可以随时替换和移除。因此系统的某个部分被病毒/细菌污染，无法充分消毒的情况下，或某部分损坏的情况下，均可以快速地进行替换或移除，而不会影响系统的整体性能。

（2）本研究所设计的“多模态”医护感控行为监测系统，其根本是包括了RFID防护服以及视频监控平台两部分构成，既是在完成了自动检测医务人员正确穿戴防护服的安全行为之后，再次通过视频监控端人工干预，当然也完全可以各自分开独立使用。对于存在的薄弱环节由专家加以无接触式指导和提示，对于专家不在监控端的时候，也可通过智能通讯设备二十四小时在线下载所需视频音频文件，自助学习及时掌握。不受时间和场地的限制，让“多模态”检测和防护由理论成为了实践。也让医务人员“零”感染成为了可能。

（3）系统设计的功能模块，可根据感染患者的治疗情况、病情周期等，快速进行数据统计和分析，通过功能模块快速上报国家卫生防控部门，避免了纸质上报表格存储不便、修改困难、提交过程周期长、容易遗失等弊端；系统通过合理的排班，让每位医务人员在有限的时间内得到充分休息，提高了抗压能力，防止免疫力下降，保障了医务人员的医疗质量和工作效率。

（4）针对本研究我们撰写的学术论著已经被“统计源”期刊——医学信息学杂志录用；申报了实用新型专利以及发明专利各一项，目前发明专利已经通过初审进入复审阶段。

本研究设计的“多模态”医护感控行为监测系统（平台），实现了医务人员从进入隔离区前的防护服穿戴，到进入隔离区后的行为安全问题防护和监测。由于本系统中视频监测技术所涉及到的数据存储和传输是通过“云”技术进行展开，在借助“云“技术进行传输和存储时，需要充分重视信息安全问题，要保障好患者的隐私权利，防止人为因素或技术原因造成的数据泄漏。对于医务人员的账号登陆，可以通过加密KEY的技术进行身份识别、认证登陆等。而对于本地系统的安全，更是要做好数据保护工作，而对于“云”传输、“云”存储等数据传输存储的安全问题，可以通过选择有信誉较好、具备涉密系统资质集成的运营商，并严格做好保密协议的签署。

就本设计而言，无论对于防护服的穿戴异常情况及职业暴露行为都能够实时提示和指导，系统帮助医务人员从“视”、“听”，“感官”等多层次的反馈和追溯，进一步加强和巩固医务人员感染风险行为防护的能力和效果。两大部分相互叠加，起到多重验证监测防护的效果，这也为医务人员的防职业暴露防护提供一个创新重要的研究方向。