韓玉珠 周 慧 胡 鵬 張麗芹

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1500 g以下，由于體重低、胎齡小，各器官發(fā)育不完善等因素，對(duì)護(hù)理提出了更高的要求[1]。近年來，隨著圍生期管理技術(shù)和新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房(neonatal intensive care unit，NICU)監(jiān)護(hù)技術(shù)的提高，產(chǎn)科病房的建立和新生兒科早期發(fā)展干預(yù)項(xiàng)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(hù)理是通過連續(xù)的行動(dòng)設(shè)計(jì)，以確?；颊咴卺t(yī)院、家庭不同的健康照護(hù)場所及醫(yī)院不同科室的同一健康照護(hù)場所受到不同水平的連續(xù)性與協(xié)作性護(hù)理[2]。傳統(tǒng)的極早產(chǎn)兒延續(xù)性護(hù)理主要以門診隨訪、家訪及電話為主要形式，不利于對(duì)突發(fā)事件(嗆奶、窒息等)的實(shí)時(shí)指導(dǎo)。雖然出院前針對(duì)一系列護(hù)理問題做了詳細(xì)的出院指導(dǎo)，但患兒父母對(duì)于出院后的家庭護(hù)理存在焦慮心理，這在一定程度上影響對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急處理[3]。因此，建立科學(xué)的延續(xù)性護(hù)理方案，形成動(dòng)態(tài)的延續(xù)性護(hù)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(hù)理模式勢在必行。

為此，本研究設(shè)計(jì)人工智能(artificial intelligence，AI)延續(xù)性護(hù)理極早產(chǎn)兒系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，輔以微信平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)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?yàn)閭€(gè)體差異不同，所需要的個(gè)性化護(hù)理也不同，設(shè)計(jì)賦予AI功能，通過遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的生命體征數(shù)據(jù)和生長曲線圖，給予相應(yīng)的個(gè)性化指導(dǎo)，使傳統(tǒng)的延續(xù)性護(hù)理得到優(yōu)化，AI技術(shù)結(jié)合微信平臺(tái)可試行優(yōu)化極早產(chǎn)兒的延續(xù)性護(hù)理。

1 AI延續(xù)性護(hù)理極早產(chǎn)兒系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

極早產(chǎn)兒AI延續(xù)性護(hù)理系統(tǒng)由家庭用戶終端、遠(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)傳輸以及醫(yī)院服務(wù)器終端三大部分組成，其原理結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

圖1 極早產(chǎn)兒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

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(dòng)監(jiān)護(hù)終端主要負(fù)責(zé)完成對(duì)人體生理信號(hào)采集、分析、處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，是本系統(tǒng)中不可或缺的核心組成部分。中央控制器主要負(fù)責(zé)對(duì)各功能模塊進(jìn)行綜合控制來實(shí)現(xiàn)多生理參數(shù)監(jiān)護(hù)功能；通信模塊按照本設(shè)計(jì)擬定的通信協(xié)議負(fù)責(zé)與服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，生理參數(shù)采集模塊采用集成芯片來設(shè)計(jì)，可以減小分立元件設(shè)計(jì)帶來的設(shè)計(jì)難度，同時(shí)也可避免引進(jìn)干擾信號(hào)；LCD顯示模塊與終端相連接，用于顯示監(jiān)護(hù)結(jié)果和人機(jī)交互；報(bào)警模塊主要通過報(bào)警設(shè)置來實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，智能移動(dòng)監(jiān)護(hù)終端的總體功能如圖2所示。

圖2 家庭用戶端結(jié)構(gòu)框圖

1.1.1 CDMA技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)通信采用碼分多址(code division multiple access，CDMA)透傳。CDMA技術(shù)的出現(xiàn)源自于人類對(duì)更高質(zhì)量無線通信的需求，CDMA系統(tǒng)是基于碼分技術(shù)(擴(kuò)頻技術(shù))和多址技術(shù)的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準(zhǔn)正交性，從而在時(shí)間、空間和頻率上都可以重疊；將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原有的數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，接收端進(jìn)行向反回路的效應(yīng)過程，進(jìn)行解擴(kuò)，增強(qiáng)了抗干擾的能力。CDMA終端是為無人值守應(yīng)用環(huán)境專門設(shè)計(jì)的一款便于集成的工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸終端產(chǎn)品，設(shè)備可嵌入到通信、電力機(jī)房等場所的重要設(shè)備中，對(duì)這些現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線實(shí)時(shí)監(jiān)測，可實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備和網(wǎng)管平臺(tái)的雙向通信，設(shè)備按照工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)采用32位處理器和工業(yè)用CDMA模塊加入了串口保護(hù)設(shè)計(jì)和EMC抗干擾設(shè)計(jì)，使CDMA終端可工作于強(qiáng)電磁干擾的封閉環(huán)境。

CDMA基本功能是掉線自動(dòng)重?fù)?，采用心跳機(jī)制，使設(shè)備永遠(yuǎn)在線，用戶自行設(shè)置掉線重?fù)軙r(shí)間間隔；休眠激活方式靈活，可采用透明傳輸、短消息業(yè)務(wù)(short message service，SMS)和電話喚醒模式；支持固定IP和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)域名服務(wù)(domain name service，DNS)方式連接；可用移動(dòng)專網(wǎng)卡搭建接入點(diǎn)名稱(access point name，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(luò)傳輸協(xié)議；支持AI指令集，數(shù)個(gè)簡單的AI指定即可完全配置DTU，可用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(jí)3.81 mm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(jí)3.81 mm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(shí)別模塊(subscriber identification module，SIM)卡操作電壓為3 V/1.8 V；微控制器單元(micro control unit，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(jì)算電路以及探頭驅(qū)動(dòng)電路3部分組成。光電流放大和去直流電路的構(gòu)造是兩級(jí)運(yùn)放，一級(jí)運(yùn)放放大光電信號(hào)為電壓信號(hào)，后者包含交流分量和較大的直流分量。探頭驅(qū)動(dòng)電路由光線對(duì)稱的兩組三極管構(gòu)成，與計(jì)算電路的兩個(gè)DA端口和兩個(gè)IO端口相連，分別控制兩路光線的幅值和交替開關(guān)，計(jì)算電路是兩個(gè)運(yùn)放的輸出，實(shí)現(xiàn)去直流電路提供參考電壓幅值和反饋探頭驅(qū)動(dòng)電路(如圖3所示)。

1.2 醫(yī)院服務(wù)器終端

醫(yī)院服務(wù)器終端設(shè)備硬件設(shè)計(jì)。醫(yī)院服務(wù)器終端是醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員與家庭用戶之間溝通的橋梁，醫(yī)院服務(wù)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(transmission control protocol，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(luò)接收到的數(shù)據(jù)解析出來存于SQL Server數(shù)據(jù)庫中以供分析處理。

圖3 脈搏血氧飽和度測量電路圖

醫(yī)院服務(wù)器終端對(duì)AI的研究。有實(shí)現(xiàn)功能模擬和生理結(jié)構(gòu)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(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力，可以通過預(yù)先提供的一批相互對(duì)應(yīng)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(jié)果，這種學(xué)習(xí)分析的過程被稱之為“訓(xùn)練”。

同生物神經(jīng)系統(tǒng)類似，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是由人工神經(jīng)元為基本單元所構(gòu)成。人工神經(jīng)元是模擬生物神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型，是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本材料單元，同時(shí)也是一個(gè)多輸入/單輸出的非線性元件。

神經(jīng)元的每一個(gè)輸入連接都有突觸連接強(qiáng)度，用一個(gè)連接權(quán)值來表示，即將產(chǎn)生的信號(hào)通過連接強(qiáng)度放大，每一個(gè)輸入量(Pi)都相應(yīng)有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的權(quán)重(Wi)。處理單元將經(jīng)過權(quán)重的輸入量化，然后相加求得其加權(quán)值之和，計(jì)算出唯一的輸出量，這個(gè)輸出量(a)是權(quán)重和的函數(shù)，一般稱此函數(shù)為傳遞函數(shù)，其計(jì)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(luò)由排列成層的處理單元組成，接收輸入信號(hào)的神經(jīng)元層稱輸入層，輸出信號(hào)的神經(jīng)元層稱輸出層，不直接與輸入和(或)輸出發(fā)生關(guān)系的神經(jīng)元層稱為中間層或隱層。當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型結(jié)構(gòu)確定之后，接下來就是學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。本研究采用有監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，即同時(shí)給出輸入和正確的輸出，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)當(dāng)前輸出與所要求的目標(biāo)輸出差來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，使網(wǎng)絡(luò)做出正確的反應(yīng)。有監(jiān)督學(xué)習(xí)算法需要大量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，即需建立標(biāo)準(zhǔn)樣本庫。極早產(chǎn)兒數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)樣本庫，即將得到的生理數(shù)據(jù)和臨床表現(xiàn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等建立的關(guān)系進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。

1.3 微信公眾平臺(tái)接口

建立極早產(chǎn)兒呵護(hù)群，創(chuàng)建微信平臺(tái)，無線連接于醫(yī)護(hù)中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫端口，將個(gè)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(dòng)監(jiān)護(hù)軟件，當(dāng)Android移動(dòng)監(jiān)護(hù)軟件在網(wǎng)絡(luò)暢通的條件下可直接訪問服務(wù)器端來獲取服務(wù)；當(dāng)處于網(wǎng)絡(luò)不暢的環(huán)境時(shí)，Android移動(dòng)監(jiān)護(hù)軟件通過籃牙與智能家庭健康終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)生理參數(shù)處理、實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)、報(bào)警、存儲(chǔ)、電子健康檔案查看等功能。

2 AI延續(xù)性護(hù)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(yuǎn)程模塊安裝于家庭式心電監(jiān)護(hù)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(hù)，并進(jìn)行AI分析，把握極早產(chǎn)兒生命狀態(tài)總趨勢。同時(shí)，把控報(bào)警信息，提醒醫(yī)護(hù)人員以此為依據(jù)，通過微信平臺(tái)實(shí)時(shí)指導(dǎo)家屬做好緊急處理，使延續(xù)性護(hù)理管理實(shí)時(shí)有效。

2.2 工作流程

安裝于家庭監(jiān)護(hù)儀上的遠(yuǎn)程模塊讀取、存儲(chǔ)生命體征數(shù)據(jù)，傳送至醫(yī)護(hù)延續(xù)性服務(wù)中心，通過AI分析，給出個(gè)性化延續(xù)性護(hù)理方案。當(dāng)傳輸過來的數(shù)據(jù)超過或低于設(shè)置范圍10%時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。醫(yī)護(hù)人員給予實(shí)時(shí)評(píng)判，決定是否需要立即給予緊急處理，并通過微信、電話實(shí)時(shí)指導(dǎo)極早產(chǎn)兒家庭。當(dāng)報(bào)警解除，繼續(xù)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，其工作流程如圖4所示。

3 討論

圖4 極早產(chǎn)兒系統(tǒng)工作流程圖

目前，我國的早產(chǎn)兒延續(xù)性護(hù)理還處在未完善的時(shí)期，尚未形成完善的延續(xù)性護(hù)理團(tuán)隊(duì)，普通的延續(xù)性護(hù)理不能總體把握監(jiān)護(hù)數(shù)值的趨勢、識(shí)別異常值的報(bào)警及實(shí)時(shí)解決突發(fā)情況。國外對(duì)家庭生理參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用主要集中在美、歐、日、韓等少數(shù)國家。美國是此項(xiàng)技術(shù)的主導(dǎo)和先行國家之一，較早開展了相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用，并成功地將基于互聯(lián)網(wǎng)的無線遠(yuǎn)程醫(yī)療信息技術(shù)應(yīng)用于家庭生理參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)；其他國家也對(duì)家庭生理參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)給予高度重視，并制定相關(guān)政策，對(duì)其發(fā)展進(jìn)行扶持與幫助。但是，家庭生理參數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)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(hù)理中的應(yīng)用在國內(nèi)鮮有報(bào)導(dǎo)。

有研究指出，早產(chǎn)兒母親焦慮、自責(zé)的負(fù)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(xiàn)報(bào)道，醫(yī)務(wù)人員通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)的在線咨詢服務(wù)，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(hù)理服務(wù)間斷的問題，并節(jié)省醫(yī)療資源和費(fèi)用[6-7]。而且，微信平臺(tái)通過滿足母親對(duì)早產(chǎn)兒相關(guān)生理、治療、護(hù)理等知識(shí)的了解，消除母親對(duì)早產(chǎn)錯(cuò)誤的認(rèn)知和及時(shí)調(diào)整消極的情緒影響，從而有效促進(jìn)母嬰互動(dòng)，明顯減輕由于信息缺乏和醫(yī)護(hù)人員的支持幫助而導(dǎo)致的恐懼、焦慮、抑郁等負(fù)性情緒，提高早產(chǎn)兒母親積極應(yīng)對(duì)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(hù)理相關(guān)知識(shí)與技能[10]。極早產(chǎn)兒家屬僅在袋鼠式護(hù)理和出院前獲得一定的照護(hù)技能，在出現(xiàn)真實(shí)問題時(shí)缺少實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，舉手無措。本研究根據(jù)近年來醫(yī)療行業(yè)在AI應(yīng)用方面的現(xiàn)狀，認(rèn)為適時(shí)創(chuàng)新AI應(yīng)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(shè)計(jì)的創(chuàng)新性延續(xù)性護(hù)理系統(tǒng)以風(fēng)險(xiǎn)事件處理為突破口，以多數(shù)極早產(chǎn)兒出院時(shí)會(huì)根據(jù)出院指導(dǎo)配置家庭監(jiān)護(hù)儀為前提，圍繞延續(xù)性護(hù)理核心理念，使出院后的生命體征繼續(xù)得到監(jiān)護(hù)，出院后的護(hù)理達(dá)到個(gè)性化和科學(xué)化。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、AI分析、報(bào)警信息的傳送、微信平臺(tái)的運(yùn)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(hù)理基礎(chǔ)上的發(fā)展。此外，該系統(tǒng)還可以提升家庭照護(hù)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(huì)負(fù)擔(dān)等。

4 結(jié)語

AI延續(xù)性護(hù)理極早產(chǎn)兒系統(tǒng)是傳統(tǒng)延續(xù)性護(hù)理的優(yōu)化和補(bǔ)充，結(jié)合微信平臺(tái)，覆蓋面廣，實(shí)效性強(qiáng)，較好地滿足極早產(chǎn)兒家屬迫切的照護(hù)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(chǔ)信號(hào)，可作為提高極早產(chǎn)兒遠(yuǎn)期生命質(zhì)量的干預(yù)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(hù)理一系列問題，具有較高的臨床使用價(jià)值。