- 數字孿生智慧醫院：構建三維醫療管控系統
- 發布者：北京思杰佳通信息技術有限公司 發布時間：2022/11/16 0:00:00
前言
隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對于提升醫療服務水平有著越來越高的要求，醫療機構管理者也希望通過信息化手段提高管理效率。醫院逐漸向智能化的方向轉型，在新興技術的助推下，智慧醫院、互聯網+醫療、移動醫療、遠程醫療、大數據與智能可穿戴設備在醫療行業開始嶄露頭角。高度分散的設備環境、不斷演變的平臺架構以及海量的數據分析都將通過科技技術向數字化醫療轉型。
圖撲軟件應用自主研發的 HT 產品，無縫融合 2D、3D 技術，搭建了一套輕量化的 3D 可視化智慧醫院管控系統。由三個模塊拼合成一個大長屏，圍繞醫療看板、科室監測、醫院園區等模塊進行展示。使醫院原本獨立的各系統根據各自特性形成聯動預案與管理一體化。
效果展示
本次案例一改以往的一屏展示形式，通過三個大屏模塊組合成為一個大長屏的方式呈現，中間為主大屏，兩邊為副屏，每個大屏模塊獨立且融合，可通過 HT 自帶交互左右任意切換場景，實現三個模塊場景的旋轉、平移、拉近拉遠操作以及 360 度全方位無死角瀏覽。
HT 可視化支持編輯器的自定義風格、布局和菜單工具條等內容。可將 2D 和 3D 場景在編輯器上互相嵌套疊加、旋轉和縮放，高度組件化無縫融合，承載十萬以上級別的 2D、3D 及 UI 的表格樹通用組件圖元量，滿足海量物聯網設備和數據場景需求。
界面初始化后，案例主場景由線框樓宇逐漸向寫實場景過渡，整體設計以寫實風格為主基調，通過對醫院內建筑、道路等進行三維建模，結合豐富的 2D、3D 組態，仿真還原了數字化醫院整體效果與數據展現。利用圖撲軟件（Hightopo）自主研發的引擎渲染，讓場景在 Web 中高效流暢地加載運行以及保證場景優秀的可視化效果。
園區漫游場景
初始畫面對場景進行了漫游，可支持 360 度全方位無死角瀏覽園區，通過 HT 自帶交互，即可實現鼠標的旋轉、平移、拉近拉遠操作。同時也支持跨平臺瀏覽，任何移動終端均可輕松打開，這是 C 端平臺所不具備的優勢，并實現了觸屏設備的單指旋轉、雙指縮放、三指平移操作不必再為跨平臺的不同交互模式而煩
園區信息可視將 HT 可視化與園區管理系統相結合，接入園區管理數據至可視化平臺，實時更新園區內占地面積、樓宇數、標準床位數及科室數等信息以及院內人員在社區衛生服務中心的坐診情況。社區醫療服務系統，可提供一般疾病的基本治療，慢性病的社區護理，大病向上轉診，接收恢復轉診的服務。
點擊科室信息可查看各樓層的診室情況，方便看病人員進行樓層科室的選擇。
點擊醫院建筑可顯示該樓宇的溫濕度情況，以及該區域的風速、PM 值、粉塵情況，可幫助相關的維護人員進行監測以及合理調整院內溫濕度情況，滿足院內人員的需求，保持公共區始終處于較為舒適的環境、讓病房的環境處于一種可監控的狀態。
核酸檢測可視化
隨著新冠疫情常規化的發展趨勢，實時監測及時防疫變得尤為重要。通過核酸檢測管理系統與 HT 的結合，實現全流程無紙化智能采集、快速檢測、云端管理、電子報告、可視化展示等眾多功能的呈現。有效助力疫情防控工作，讓核酸檢測全面實現信息化管理。通過 HT 可視化 2D 面板展示核酸檢測預約人數、檢測人數以及核酸結果。
能耗管理
醫院因其工作的特殊性，對醫院供配電與安全提出了特殊而且嚴格的要求，各種電器設備超負荷運轉可能導致停電、手術中斷、設備故障等嚴重后果從而給醫院和患者帶來重大損失，實時對醫院的供配用電能耗情況進行監測，實現甚至手機端都可隨時隨地查看的 2D 組態效果。通過搜集相關用電限額標準，對全面數據進行匯總，對于超限電狀態設備進行實時預警。
電梯運行監測
通過 2D 面板對電梯進行實時運行監測，點擊各不同樓宇可查看醫用電梯、貨運電梯、客運電梯的數據更新情況。以便于院內人員對電梯進行使用，以及運維人員對電梯進行預警監測與及時設備安全檢測。
車位/車輛信息
介于醫院的特殊性，出入車流量較多。通過 HT 可視化進行有效地管控與疏導。對于不同區域的車輛進行統一管理。支持結合物聯網、視頻監控、車輛定位等相關技術，獲取園區出入車輛實時位置，車主信息、停車時間、車牌信息等各類監控信息，并對園區內的車位信息進行實時匯總體現，包括園區內機動車位數、充電樁使用情況、能源車輛占比情況進行數據可視化。
視頻監控模塊
醫院作為公眾場所，人員復雜，雖然有園區巡邏安保設置，但是無法達到全園區實時覆蓋及 24 小時不間斷巡視，通過結合可視化即可實現全天全方位實時監測，對全天各時段人流量進行統計匯總、對園區內各區域的可疑人員進行實時信息抓取、并通過結合城市安保系統對可疑人員進行信息的提取對比與監測管理，賦予管理者對園區安保工作進行流程化、制度化、全局化的數字管理，保證園區內人員的生命財產安全。
為提升園區的安全管控效力，HT 支持無縫融合 HTML5 各項多媒體功能，聯動各安防子系統，對公共、辦公、設備間等全區域展開安防動態監測，并對各區域的視頻設備進行了定位以及運行狀態的監測。通過設備的編號、名稱等信息查詢監控畫面，了解監控狀態的 PIN、FPS、運行時間等信息。
傳統視頻監控無法對大場景進行有效直觀的實時監測，沒有態勢感知。在其他案例中 HT 視頻融合解決方案可以將 2D 圖像融合到場景的 3D 模型中，為操作員提供直觀的視頻圖像和簡單的視圖控制。HT 視頻融合技術采用 WebGL 技術， 利用 GPU 高性能計算能力對視頻圖像進行實時處理，圖像處理不占用 CPU 資源，整個方案畫面流暢。
智慧園區管控系統基于物聯網生態體系操控平臺架構，利用新一代信息與通信技術來感知、監測、分析、控制、整合園區各個關鍵環節的資源，使各系統之間互聯、共享、智慧，實現了多信息協同聯動，為園區安全管理、用戶便捷生活、醫療信息化管理提供了有力保障。有效降低了園區運營成本，提高工作效率，加強各類智慧醫療創新、服務和管理能力。
醫院樓層管理
基于空間、時間、指標等多維度數據，對院內各樓層環境信息、工作人員、科室掛號人員等數據展開實時動態刷新。同步各樓層科室人員分布、手術室使用情況、水電能耗、監控系統、消防報警等多重信息，創建多參數實時在線監測。全面促進醫院各樓層多項業務的深度融合、資源共享、聯動控制，達成樓層之間宏觀綜合監管的目的。
HT 2D 可與 3D 在三維空間無縫融合復用素材資源，點擊右側面板的科室可切換至相對應的科室，對不同科室的環境信息、科室情況、以及科室的具體不同信息都可通過面板進行展示，讓醫院運維人員更智慧化管理。
逃生路線
各樓層場景逃生路線規劃圖，可依照 CAD 圖紙導入 HT 平臺中，并做到醒目的高亮處理，同時還可提供科學的逃生路線指引規劃。
放射科室監測
CT 檢查操作演示
即電子計算機斷層掃描（Computed Tomography，CT），它是利用精確準直的 X 線束、γ 射線、超聲波等，與靈敏度極高的探測器一同圍繞人體的某一部位作一個接一個的斷面掃描，具有掃描時間快，圖像清晰等特點，可用于多種疾病的檢查。通過計算機系統將掃描收集到的信息數據進行貯存運算，圖像顯示和存儲系統，將經計算機處理、重建的圖像顯示在電視屏上或用多幅照相機或激光照相機將圖像攝下。
HT 是基于 HTML5 的 2D、3D 圖形渲染引擎，有著豐富的展示形式和效果，案例中我們搭建了 CT 檢查時的三維動畫演示以及 CT 控制臺的操作設置場景。通過 HT 可視化讓用戶更加直觀清晰了解檢查的畫面場景，也可以利用 HT 來控制 CT 檢查時的顏色、切面等信息調整問題。
支持整合醫院內 CT 檢查室的管理系統數據，對室內外環境、用電情況、設備問題、患者與醫師情況等關鍵信息進行綜合監測，提供多種可視化分析手段，輔助管理者綜合掌握檢查室的各類信息，為醫療資源調配以及病患治療方案調整提供決策依據。
智能取藥
設立智慧藥房模塊可為醫院藥房藥品的采購、存儲、庫房、分揀、傳送等提供全流程數字化服務。患者進行繳費后，其處方信息會隨之傳送至發藥機端，發藥機將根據獲取到的所需處方信息自主挑選藥品，再通過傳送帶傳送藥品至藥房窗口，藥師只需核對藥單即可發放至患者。智慧藥房讓原本幾分鐘的處理時長，縮減至十幾秒鐘解決，大幅度提升了醫師繁瑣的調配發藥效率，縮短患者等候時長，避免取藥環節交叉感染的風險。
HT 數據可視化藥房直觀簡潔的管理形式，在很大程度上規范了藥品盤點、入庫、發放等一系列問題。實現對每盒藥品流向追蹤、入庫類型比例登記、暢銷或滯銷藥品提示、麻醉藥品及第一類精神藥品五專記錄管理等多元化功能。智能盤點支持增添自定義趨勢查看、數據分析、消耗曲線對比等功能，按需進行多方位并行分析，一改往日人工藥品盤點耗時費力且帳貨相符率低下的問題。助力醫院門診藥房實現精細化、智能化、流程化的管理形式。
選擇搭載智能傳感器，對存取藥柜及藥架、加藥系統、水平動力藥槽和皮帶傳輸系統進行實時設備監測。針對藥品缺貨、補位、傳輸帶跑偏或急停等多類型問題，系統設有自主分析預判、定位定量補藥、異常報警停機、異物智能識別告警等功能，滿足面對潛在問題時的急速響應速率。加強藥房從藥品補位-藥品發放的數據閉環，構造一體化感知體系。
人體監測
科室監測
HT 3D 可視化人體監測板塊遵照人體性別差異，采用線框工藝高精度構建還原男女兩種三維立體模型。接入人體各部位常見病癥庫信息后，點擊左側按鈕切換不同科室，可在模型對應部位進行病癥顯示，如顯示患者患病部位、儀器檢測提示的問題部位、患者主訴部位等數據，同時也為科室遠程會診智能化打下鋪墊。支持提供與相關部位癥狀的查詢比對，醫生可根據反饋的數據信息對病情風險予以評估和提早干預，科學推斷最佳的治療途徑。
點擊面板兩側患者信息即可彈出相應的編號、病史、醫囑、藥物等相關信息，結合 HT 多樣可視化圖表，展示所統計出的患者等候時長、實時客流數據或其他信息，根據數據統計有效提升看診效率。
電子病歷
圖撲軟件智慧醫院可視化系統支持集成電子病歷，將多源、異構、海量數據進行時空校準，對患者病況、治療、轉歸等數據進行多維度綜合監控。構建電子檔案可視化，一方面提升了醫護與患者的就醫舒適度和數據地域性分享的局限，另一方面完善了存儲信息的能用性，使得醫療數據更加嚴謹。以智慧服務為抓手，電子病歷為核心，強化線上線下診療服務一體化，提升患者就醫體驗。
肺部監測
傳統 CT 圖像顏色單一、數據量大、處理時間較長且解讀難度大。據悉，每位新冠肺炎患者的 CT 影像，從入院拍片評估-查看進展-治愈出院，少則拍片兩次，多則拍片四次，而單張片子多達 600 至 800 幀。這對于患者集中的地區，復雜的閱片程序既耗時又費力，很容易讓醫護人員措手不及。
生命當前，分秒必爭。HT 3D 可視化大屏幫助呈現常規器官檢測的影像和結果分析，并將對應器官的組織結構進行清晰逼真繪制渲染，以此提供其空間位置和大小、形態等三維特征，在視覺上幫助患者和醫生對病理變化情況的生動形象了解。
運用 HT 對肺部進行 CT 圖像三維重建技術，精準復現肺葉肺段等局部特征，結合 HT 豐富的圖形組件，在大屏中實時呈現雙肺肺炎的受累程度、胸肺三維量化分析、人體綜合指標等 2D 圖表，協助臨床醫生快速對比分析和規劃診療方案。為幫助患者對病毒的有效了解，可結合需求設置小窗口視頻，根據診斷到的肺部病毒類型及入侵狀態，播放相應的科普視頻。實現從病灶檢出、病情程度判定、結構化智能報告的全流程可視化監管。
充分利用 2D、3D 視覺圖像協助醫生對組織形態進行綜合研判，減少漏診誤診幾率，在減輕工作量的同時提高工作效率，為醫生創造全新的工作模式。
手術方案
由于人體內部構造極為復雜且存在個性化、差異化血管變異情況，所以確保術前術中看清、摸透病灶及相連關系是不可或缺的。從技術角度來說，醫療數據可視化的存在提高了審查的效率和觀察數據的準確性。
HT 手術方案可視化支持覆蓋診、療、愈全流程，從醫學影像切入，生成心腦血管、肝臟脾胃肺、神經肌骨系統等多部位可分析、可感知、可操作的智能影像。可輔助生成生物組織微血管血流灌注、血流速度、紅細胞密度信號在特征頻段的三維分布圖，自主促進醫生對患者身體內部病變組織的直觀深入了解。
注：上方為圖撲醫療可視化的另一案例，可通過圖撲軟件官網進行查看了解更多相關信息。
術前
以骨科手術術前為例，針對肌骨患者可通過設置骨骼的透明化來觀察手臂內部靜動脈、肌肉、神經的分布位置關系與損傷程度，結合醫學影像報告，幫助醫生正確判斷患者手術診療后續。
虛擬仿真手術
針對需要手術的部位，運用 HT 引擎強大的渲染功能結合影像學數據，通過建模模型在虛擬環境下進行虛擬仿真手術，幫助患者切實了解手術過程詳情。點擊手術部位旋轉模型，選擇前、后、左、右、上、下等任意角度，多視角、立體化、全方位地觀察病癥的詳細位置關系。虛擬外科手術支持反復操作和修正，可幫助醫生降低術中思考決策時間和手術風險，輔助臨床治療實現術前方案預設規劃、術中演練和術中指導評估，從而進一步提高手術成功率。
不僅如此，該場景還能為臨床教學提供 3D 人體解剖手術訓練，幫助直觀查看人體結構。HT 支持結合 WebVR 進行展示，通過適配 VR 設備，用戶匹配頭戴式設備與手柄，實現通過手柄對設備進行抓取、挪動等功能，進行沉浸式手術訓練體驗。再現病況區域的真實情況，克服了過去教學中學生動手機會少、只看不練的問題，縮短手術學習曲線，高效協同學生理解組織結構及病癥特征。虛擬手術方案可視化較傳統手術教學相比，擁有無損傷性、可重復性、可指定性等優勢，對醫療信息視覺內容的完整性、準確性、科學性方面都至關重要。
術中
手術情況
心臟：
以冠狀動脈旁路移植手術（心臟搭橋手術）為例，心臟三維可視化手術形式可避免以往憑借經驗來完成復雜的手術定位。將接收到的心臟超聲圖像和探頭姿態數據進行分析處理，再通過 HT 可視化圖像顯示獲取到的病灶靶點位置關系，醫護可通過大屏對畫面進行任意縮放、平移、旋轉，多時間、全方位、透明化的觀察病灶位置、大小、形態及手術詳細記錄。2D 面板則同步呈現患者的血壓心跳、注射針劑及呼吸機、體外循環機、離心泵輔助器所監測到的濃度、血液溫度、血流量或設備運作功率等。
不間斷地實時監測，在一定程度上避免了心臟搭橋術、瓣膜置換術或某些微創手術術中大出血、呼吸驟停、心律失常等意外的發生。輔助提高手術成功幾率，縮短手術時長，也為進一步開展虛擬現實數字智能化診療發揮了重要的臨床價值。眼科：
眼部準分子激光手術可視化，是將患者術眼、角膜、醫療機械的三維立體影像呈現于大屏界面之上，聯動兩側 2D 面板呈現患者術前的基本檢查信息、左右眼角膜地形圖、角膜深度分析數據、激光參數以及五維眼球跟蹤圖，確保沿著軌跡準確實施治療。激光手術可視化實現從目標監測-多維影像-精準診療，為醫生打造一站式全新工作體驗。
環境：支持對術中運行指標環節各個方面部署動態監測，如手術室環境（室內溫濕度、換氣系統）、患者信息（病因、術前體檢信息）、患者生命體征監測情況、麻醉詳情及術中耗材等方面予以術中信息數據采集，并實時展示于兩側 2D 面板上。當監測值超過標準的臨界值時立即呈【橙色】字樣并發出告警，告知相關醫護人員及時關注應對。
滿足醫護人員對患者術中狀態的實時態勢感知、應急處理預案、歷史數據回溯等監測需求，更加直觀展現記錄治療過程的操作。可隨時隨地瀏覽 CT、MRI 及核醫學圖像，無需移步至專用工作站，即可完成 3D 交互讀片和診斷。為日后亟需的遠程影像、遠程會診、雙向轉診等遠程服務，提供上下聯動的堅實數據保障。
術后
搭載多類型智能傳感器和無線通信技術，整合醫院內部醫療系統的設備數據，對入院病情監測、費用支收統計、床位冗余統計，或對患者實施 24 小時全天候的生命體征監測、體液監測、微循環監測等多維度數據監測。同時醫護可參考電子病例內容，掌握患者的過往病史、敏感藥物、注意事項等醫囑內容，支撐醫護人員完成配藥計量、輸液間隔、護理記錄等全流程作業。
應用 HT 創新的 3D 可視化建模技術，搭建遠程開關設備可交互式環境，遠程操控設備的啟停或其他功能。系統可根據預設條件，進行患者術后狀態自主監控，當臨近設定閾值時立即觸發告警裝置，通知醫護人員及時發現及時前往。
醫療看板
初始場景利用了圖撲自主研發的引擎渲染，呈現了酷炫的組態效果，從 Hightopo logo 轉變為地球場景，HT 將 2D 和 3D 場景在編輯器上互相嵌套疊加、旋轉和縮放，高度組件化無縫融合。
主畫面展示看板模塊采用了科幻風格，將醫院運營所涉及各類主題中軟硬件資源進行集中管理，以二三維可視化的形式將醫院的基礎設施、手術情況、全球患者情況多維度數字化的進行管理展現。在醫療元宇宙中打造一套醫療統一管理載體。
通過 Hightopo 自研引擎 HT 結合 GIS 呈現球面地圖，對整個地球表層空間中的有關地理分布數據進行顯示和描述，點擊城市高亮部分可顯示地點、輸入患者數、平均年齡、性別等相關信息。
HT for Web GIS 產品意在解決用戶 GIS 類項目的實現，減少用戶對 GIS 的學習和投入成本。結合 HT 強大的可視化引擎技術，實現不同的地圖瓦片數據、傾斜攝影實景、三維精細化人工建模模型、POI 等數據的疊加展示。顛覆傳統的 GIS 系統的開發，讓開發變得更加便捷，數據更直觀，展現更多樣化。
將醫療基礎信息通過數據可視化形式一屏展示，更便于對各類手術監測、手術時長、手術統計、床位管理、出院率等信息的了解。案例中，圖撲設置了 VAP 預防/發病（VAP 即呼吸機相關肺炎）、血流病感病毒、泌尿感染、重癥死亡、壓瘡發生的手術監測，該內容可針對項目實際情況進行調整修改，以符合每個醫院的不同需求。手術室監測
手術室是醫院最繁忙最重要的部門之一，每臺手術都牽動著眾多人的心，手術中的每一個紕漏都可能造成無法估量的損失。智能化的管理是醫院的迫切需求，通過 HT 可視化管理平臺將手術信息管理、設備信息管理、科室運營管理等功能模塊與醫院各信息系統互聯互通，并采集各類醫療設備數據，實現多角度、多維度的患者診療信息的集中展示與數據分析，輔助醫護人員進行診療決策以及運維人員對科室進行管理維護。
抬頭顯示（Head Up Display，HUD），又被叫做平視顯示系統，是指以車輛駕駛員為中心、盲操作、多功能儀表盤。把時速、導航等重要的行車信息，投影到駕駛員前面的風擋玻璃上，讓駕駛員盡量做到不低頭、不轉頭就能看到時速、導航等重要的駕駛信息。
圖撲將 HUD 結合至醫療的數據可視化中，引用其思路，對科室的手術時間，手術臺數、房間使用狀態、房間閑置狀態進行線條形式的展示，輔以 2D 面板將手術總手術量、手術情況、設備巡檢、巡檢維護數量以及巡檢次數、維護率等數據進行展示。
設備結算
醫療設備是指單獨或者組合使用于人體的儀器、設備、器具、材料或者其他物品，也包括所需要的軟件。醫療設備不斷提高醫學科學技術水平的基本條件，也是現代化程度的重要標志，醫療設備已成為現代醫療的一個重要領域。可接入醫療數據庫，通過 HT 可視化面板對全球以及本市的輸入患者，對今日門診、急診人數進行實時展示。對園區內不同區域的設備保修信息與進展進行實時匯總統計，以便運維人員可以更加快速了解設備維修情況。讓設備管理人員對不同科室的設備檢修費用進行統計管理。對結算的支付方式以及結算統計也進行相應的展示。
機房監控
圖撲軟件自主研發的 HT 是基于 HTML5 標準技術的 Web 前端 2D 和 3D 圖形界面開發框架。提供從 SDK 的 API 組件庫到行業圖標和三維模型資源庫。提供針對監控領域的數據可視化圖形組件中間件。具有輕量、高效、易用和跨平臺等特性。真正做到了 2D 和 3D 無縫融合，設計師和程序員統一工具協同開發模式，達到產品開發的高速迭代，快速將想法變成 2D、2.5D 和 3D 的最終界面成果。機房能為管理者提供數據的查詢以及能夠快速了解機房整體的運行方式，也能夠為管理者提供有效的數據依據，假如機房出現了第一異常情報，也能快速的通知管理者和快速的定位來處理方面。機房監控系統的目的就是為了降低人工的成本以及提高機房的安全，為機房提供著 7*24 小時不中斷監控，也能確保安全以及保障服務。通過 HT 可視化實現對線路/接口狀態、儲存空間占用情況、服務器的實時監測、電力系統的剩余情況等機房內所有設備里面運行的情況到整體的監控，并且能夠對重點的設備進行內部實時監控與告警預案。
告警情況匯總
機房報警是機房最大的發生事件，在出現故障以及危害之后能夠快速的報警來提示管理人員，通過 HT 可視化可以將告警信息如時間、系統名稱、告警來源、告警內容、級別進行實時展示，及時的發送報警提示能夠縮短故障時間，也能夠最大化的防止故障發生現象，也會減少最大的損失。通過計入告警后臺對一周內的告警數量進行統計并以數據可視化形式展示。
綜合看板
醫院的互聯互通是通過數據資源標準化建設、互聯互通基礎設施建設，實現醫療信息共享、資源共享，優化醫療資源配置
數字化賦能下醫院園區綜合信息管理解決方案一方面可滿足科室內數字化管理的需求，全面涵蓋年綜合統計、在線咨詢統計、突發事件處理情況、每日掛號統計數量、人員管理、科室醫院統計等信息的數字化；另一方面也滿足全院各科室、各部門間的信息共享和質控管理需求。比如人員、科室、病歷、藥品、設備費用信息的共享、結合 HT 可視化讓綜合信息更加多樣化展示，實現資源透明化管理與共享。也可以通過面板直接搜索科室人員的值班等信息，便于管理者統一管理與資源調配。總結
在互聯網+的時代背景下，瞄準現有醫療痛點，以數據為驅動，以感、知、行為核心，大力推進智慧醫院設施設備之間的互聯融合、開放共享，打破時間和空間上的壁壘，實現患者與醫務人員、醫療設備、醫療機構之間的互動。
圖撲軟件（Hightopo）數據可視化助力醫院在集中監控、輔助決策、安防管理、業務聯動等多層面，構建感知、融合、分析、決策、執行、安全的統一管理，提升醫院現代化管理水平和品牌服務形象。以優質、安全、便利的診療方式，實現醫療資源下沉，逐步形成醫療、服務、管理一體化的智慧醫院系統。
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