基于边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法

1.本发明属于医疗人工智能领域，具体涉及到基于边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法。


背景技术：

2.从“双独二孩”、“单独二孩”、“全面二孩”到“生育三孩”，国家积极回应社会期待，推动生育政策优化开放的同时，高龄产妇比例升高、早产儿比例升高在多地出现，使得新生儿娩出即面临疾病的风险增加，对新生儿协同救治提出了更高的要求。新生儿转运(neonataltransport,nt)是危重新生儿救治过程的重要环节，其目的是安全地将高危新生儿转运到新生儿重症监护病房(neonatal intensive careunit,nicu)。nt是“移动中”对新生儿进行的持续救治过程。为保障转运途中患儿的生命安全，维持其体温、血糖、血压的稳定和保证呼吸道的通畅至关重要。转运医生的专业知识和技能水平在此过程中起主导作用，基于证据的规范的nt救治程序可有效降低新生儿病死率。
3.临床决策支持系统(clinical decision supporting system,cdss) 将医学知识库，即医学文献、循证知识、专家经验、行业规范等临床知识的集合，融入到计算机，模拟医护人员的诊疗护理思维，通过人工智能技术和数据库的信息存储、提取及精准的逻辑推理运算，为临床医护人员提供诊疗护理建议。cdss以管理学、控制论以及行为学为理论支撑，以计算机和信息学为技术手段，辅助医护人员在临床诊疗过程中进行决策，改善相关医疗程序的实施，提高临床工作的质量和水平。物联网和5g技术是院际转运信息化建设的有力支撑，在院前救治中的探索和应用对改善患儿结局逐渐显现出积极作用,提供了快速数据处理、数据共享、自动评估和决策支持等功能。复旦大学附属儿科医院构建了一种基于智能边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，实现了新生儿院际转运的规范化、标准化管理。
4.因此，针对危重症新生儿转运场景，如何有效融合大数据、人工智能、边缘计算等新一代信息技术，实现危重新生儿的及时安全转运，建立智能决策支持方法，对规范和优化现有转运流程与规则重构，提高转运成功率，降低患儿病死率并改善预后具有重要的意义。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明针对危重新生儿转运场景，提供一种融合大数据、人工智能、边缘计算技术的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，具体采用了如下技术方案：
6.本发明基于边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，具体包括以下步骤：步骤s1，利用120急救车载边缘计算设备，采集汇聚危重新生儿的转运数据，包括转运病历信息和生命体征监护设备数据的实时采集；步骤s2，构建危重新生儿院际转运高警示药物知识库；步骤s3，建立危重新生儿院际转运静脉补液量计算模型；步骤s4，建立危重新生儿院际转运危重症检验危急值预警模型；步骤s5，建立危重新生儿院际转运导管置管决策模型；步骤6，建立新生儿危重症院际转运早期预警评估。
7.本发明提供的基于边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，还包括如下技术特征。其中所述步骤s1包括采集危重新生儿转运病历信息和生命体征监护设备实时数据，为后续建立决策支持模型提供数据支撑，具体包括如下子步骤：步骤s1-1，120急救车载边缘计算设备通过获取转诊危重新生儿的历史病历、用药记录等信息。步骤s1-2，120急救车载边缘计算设备通过以太网、串口 (232/485)、蓝牙等通讯方式与车载专用生命体征监护设备(心率、呼吸频率、体温、血压、脉搏、氧饱和度等)、专用呼吸支持设备(常压给氧、持续气道正压(cpap)通气、呼吸机机械通气)、专用体外膜肺等急救医疗设备进行信息互联，实时采集上述设备数据。
8.本发明提供的基于边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，还包括如下技术特征。其中所述步骤s2中，构建了包括16 个条目的新生儿转运给药知识库，形成包括自动关联、自动触发、医嘱模板、提示/警示功能的决策支持关联。绘制流程图表示各条目内容的决策支持逻辑，并匹配相应的决策支持功能、通过合理的触发引擎生成相关临床推荐条目。如：当生命体征数值为x时，则触发提醒y，事件触发以弹窗形式。构建基本原则为在新生儿转运途中就所遇到的不同临床场景向医师和护士提供科学的、及时、准确的给药方案，辅助做出合理的临床决策。
9.本发明提供的基于边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，还包括如下技术特征。其中所述步骤s3中由于小儿的体液生理与成人差别很大，体液总量、细胞外液和血容量与体重之比均大于成人，液体输入过多或不足，未及时纠正水与电解质紊乱，均可引起诸多问题，较成人更易危及生命。由于新生儿心血管代偿能力差，两侧心室厚度相近，液体过荷易出现全心衰。体液丢失过多，易致低血容量、低血压，严重者可使肺血流量减少，引起低氧血症和酸中毒，致使动脉导管开放并可能恢复胎儿循环。在危重新生儿转运途中，系统持续记录患儿液体量，根据患儿体重和已用液量自动计算并控制患儿补液量，同时根据患儿生命体征监测信息综合研判患儿体液补充量，并进行提示。
10.本发明提供的基于边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，还包括如下技术特征。其中所述步骤s4中，由于危急值 (critical values)是可能危及患儿安全或生命的检查结果。目的是及时知晓患儿的重要信息，为赢得救治时间，使患儿得到及时有效的治疗。在转运途中，通过血气分析、测定凝血活酶时间项目检查，若结果不在正常范围内，系统提醒“该患儿有危急值，请及时查看”。
11.所述预警模型是通过根据医院业务实际需求，进行分析后抽象出实体关系模型，将实体关系图映射为标准化(数据完整、与应用无关、存储优化)的关系模型，从而创建对应的数据库存储设计，同时关联映射与之相关的数据表格；然后利用灵活配置 个性定制的方式，将 tnews预警表单数据存储展现；后台允许维护管理评分机制模板与分值(方便今后的扩展性与可维护性)，前端采用响应式页面适配不同场景下不同目标用户的访问。
12.在所述步骤s4中危急值预警通过以下方式实现：
13.a.对接利用安全可靠的区块链、通过安全链条传递过来的转诊舱生命体征监护仪采集的生命体征数据，存储到本地数据库。
14.b.结合已设置的危急值异常提醒报警阈值，系统开发自动触发安全报警机制，分不同紧急程度，对应不同应急预案。
15.c.为保证系统数据的及时性与有效性，我们采用延迟小的 websocket的技术方
案，确保整个应用平台能以较小的开销，实现频率较高数据量的处理。特别是在需要结合实时生命体征数据做出危急值判断的业务场景，实时交互性就显得尤为重要，在充分考虑保障安全性的前提下，采用最此消息传递方案最为合适。
16.d.最终在客户应用界面上采用图标闪烁、声音提醒、弹框提醒等各种技术手段达到提醒使用者的目的。
17.e.同时有日志记录，记录下来各种关键事件节点，方便数据的追溯与查询。
18.本发明提供的基于边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，还包括如下技术特征。其中所述步骤s5中，新生儿复苏是帮助和保障新生儿出生时平稳过渡的重要生命支持技术。
19.在所述步骤s5中，基于步骤s1和s2，当患儿需要气管插管时，系统根据患儿胎龄、体重给出推荐的气管导管内径、气管导管插入深度等信息；根据oop对象模型设计出不同胎龄、体重新生儿对应适用的气管导管型号配置数据表，允许维护管理基础数据；在具体实现的业务场景页面上，根据申请转诊医院填写的新生儿情况，系统自动匹配气管导管数据，若输入内容有异常，也可以及时通过技术手段提醒确认，从而保证操作数据的准确性与规范性；另外，异常操作数据后台有日志记录，方便追溯与查询。
20.本发明提供的基于边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，还包括如下技术特征。其中所述步骤s6中，建立新生儿转运过程中的早期风险预警与评估，做到院前与院内急救无缝隙链接，辅助急救转运的医护人员对患儿病情严重程度的快速评估，客观、标准化地识别和评估危重症患儿，避免不良事件，提高救治的成功率，提升急救转运的质量与安全性。儿童早期预警评分(pediatric earlywarning score，pews)是在总结成人早期预警评分基础上，通过对患者的呼吸、循环和意识状态三个方面进行评估，预测病情风险的评分方法。
21.发明作用与效果
22.根据本发明提供的基于边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，利用120急救车载边缘计算设备获取转运危重新生儿的历史病历信息和生命体征信息的实时采集，构建危重新生儿院际转运高警示药物知识库，建立危重新生儿院际转运静脉补液量计算模型、危重新生儿院际转运危重症检验危急值预警模型、危重新生儿院际转运导管置管决策模型，为危重新生儿转运期间的救治提供临床决策支持提供数据和模型支持。建立基于智能边缘计算的危重新生儿院级转运临床决策系统，为转运期间危重新生儿的有效救治提供辅助决策支持，提高危重新生儿的转运质量。另外，本发明还具有普适性，可以迁移应用到危重儿童，乃至危重成人的转运场景，通过建立不同的用药、补液、导管置管等预警决策模型，及时安全的实现危重患者的转运。
23.附图说明
24.图1是本发明决策支持方法的流程框图；
25.图2是本发明实施例中决策支持运行模式用例图；
26.图3是本发明实施例中决策支持运行流程图。
具体实施方式
27.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的一种基于智能边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法作具体阐述。
28.《实施例》
29.本实施例中，转运120急救车装载转运暖箱、用于持续监测新生儿心率/呼吸频率/体温/动脉血压和吸氧浓度的监护仪、经皮pao2和 paco2监护仪、持续静脉输液、救治药物、呼吸机、吸引器、脐血管插管和胸腔引流管等转运设备，车载智能边缘计算设备通过以太网、串口(232/485)、蓝牙与监护仪、呼吸机等设备进行连接，实时采集设备产生的数据。此外对转诊危重新生儿的历史电子病历进行结构化，形成危重新生儿救治决策支持的数据基础。
30.本实施例中，构建了具有16个条目的新生儿转运给药知识库(如表1所示)：
31.[0032][0033]
表1是本发明实施例中新生儿给药知识库建立
[0034]
按照如图1所示的决策支持运行模式用例进行运转，例如将血糖＜2.6mmol/l设为低血糖场景，当患者测得血糖为2.2mmol/l时，医生开具医嘱，系统以医嘱为触发源，弹框提示：“症状型低血糖： 10％gs静推2ml/kg，并开始葡萄糖静脉维持使用。非症状型低血糖： 5～10ml/kg。注意复查。”当选择“症状型低血糖/非症状型低血糖”后，系统抓取患者体重信息，给出药物剂量。
[0035]
以心电监护仪监测到的生命体征、血氧饱和度，实验室检查结果的数值等为触发起点，当系统识别到触发条件时，通过弹窗提醒或医生进行临床决策，当医生决策为无需处理则此任务结束，若医生决策为给药则自动关联至下级任务，如弹窗显示该情景下推荐使用的药物，医生做出相应选择后自动计算给药剂量，具体运行流程如图2所示。
[0036]
本实施例中，危重新生儿院际转运静脉补液量控制预警模型中，根据患儿的体重确定控制的液体量。低出生体重儿(＞1500g)的液体量为60～80ml/(kg
·
d)，例如2kg患儿，液体量120ml-160ml/天；极低出生体重儿(1000～1500g)，液体量80～100ml/(kg
·
d)；超低出生体重儿(《1000g)，液体量同极低出生体重儿。当接到转运危重新生儿起开始记录液体量，系统根据患儿体重，自动计算需要控制的液体量范围。当医生开具新医嘱时，系统自动提醒该患儿已用的液体量，以及可用液体量，对危重新生儿的用液量进行有效监测并控制。
[0037]
本实施例中，确定危重新生儿的血气分析和凝血活酶时间的危急值，即血红蛋白、血小板计数、钾、钠、总钙、葡萄糖、po2(动脉血)、pco2(动脉血)、ph、部分凝血活酶时间等指标应处于正常范围，例如患儿的血红蛋白《70g/l，则系统通过弹窗显示方式进行预警，提示转诊团队及时处置。
[0038]
表2是本发明实施例中新生儿检验项目危急值；
[0039][0040]
本实施例中，根据《新生儿转运工作指南(2017版)》指南推荐。当患儿需要气管插管时，系统根据患儿胎龄、体重给出推荐的气管导管内径，规则详见表3：
[0041]
胎龄(周)新生儿体重(g)导管内径(mm)＜28＜10002.528～34＜1000-20003.0＞34＞20003.5
[0042]
表3是本发明实施例中不同胎龄、体重新生儿气管导管型号
[0043]
同时给出推荐气管导管插入深度，计算公式：口插深度cm＝体重 (kg) 6，鼻插深度＝体重(kg) 7。例如患儿2kg，系统推荐，导管内径选择3.0mm，经口插管8cm，经鼻插管9cm。
[0044]
本实施例中，设计新生儿转运早期预警评估(tnews)量表。将观察指标分为：体温、心率、血压、毛细血管充盈时间、呼吸、呼吸困难、氧分压、意识水平、ph值、血糖。由转运护士接到患儿时开始测评，护士根据患者情况，对每项条目进行选择，每个小时评分1 次，具体内容见表4：
[0045][0046]
表4是本发明实施例中tnews评分标准
[0047]
根据本实施例提供的一种基于智能边缘计算的危重新生儿院际转运临床决策支持方法，可实现院际间的危重新生儿的及时安全转运，在转运途中，利用智能边缘计算设备实现转运新生儿的历史病历数据和患儿生命体征信息实时采集，建立高警示药物知识库，构建静脉补液量控制预警、危重症检验危急值预警、新生儿导管置管、早期风险预警与评估模型，并建立了临床决策支持系统，为转运途中危重新生儿的及时有效救治提供辅助决策支持，能有效弥补转运团队救治水平与经验的不足，有效降低新生儿病死率。
[0048]
本实施例提供的智能边缘计算与决策支持方法拓展至危重儿童与成人的院际转运场景时，边缘计算设备需要采集的转运设备数据和预警决策支持模型，可根据具体需求进行调整。