数字孪生智慧医院场景建设实践和探索

“十四五”规划提出，聚焦教育、医疗、养老、抚幼、就业、文体、 助残等重点领域，推动数字化服务普惠应用，持续提升群众获得感。2019年3月，国家卫健委首次提出了包含 “智慧医疗”， “智慧服务”， “智慧管理”的“智慧医院”的概念：将云计算、大数据、AI、物联网等技术应用于医疗服务领域，围绕患者就医体验、临床诊疗水平、医院管理三方面，全方位提升医疗服务效率和质量。当前，我们正处于健康中国2030战略目标的关键期，也是我国数字医疗发展的黄金时期。在疫情变量的叠加下，数字化转型已经成为医疗体系满足国民健康需求的必然选择，也是医疗体系贯彻新发展理念、推动高质量发展的重要战略支撑。由此，智慧医院建设，再次提档加速。

智慧医疗是医疗行业改革的必然方向，数字化是其核心动力。智慧医疗是利用先进的物联网等技术，实现患者、医务人员、医疗机构以及医疗设备之间的互动，以实现高度信息化的新型医疗系统。目前，虽然很多医院在智慧化建设方案中，已开始着手实施一些关于医院管理和运行的智能化措施，但总体缺少一种提供优化决策和风险预估的新方法，数字孪生技术的应用将对智慧医院建设提供很好的补充。数字孪生打破了真实与虚拟世界的边界，作为具有革命性意义的新型交互方式，为医疗领域带来了巨大的想象空间，伴随着技术的不断进步，合理运用数字孪生技术，能为实现医疗行业智慧化提供更有效的解决方案。

一、数字孪生为核心的新型基础设施与数字化基座

数字化时代，基于真实业务数据的决策智能和基于合理决策的业务执行闭环是实现智慧医院的核心，而数字孪生开启了一个全新的围绕着智慧决策的建模、管理行动的全新方式，帮助医院完整认知和理解医院业务，提高决策质量和效率、优化资源利用，从而提高医疗质量、优化患者体验以及降低运营成本，更重要的是支持医院实现可持续的高质量发展和数字化创新能力。

１、打造智慧医院“数字底座、基板”

实现数字孪生医院的最佳数智底座，基于全新一代数字孪生技术打造的L５仿真级医院“数字孪生体”，覆盖医院院区、建筑、楼层、区域、房间、设备六级交互，实现医院环境“宏观统筹掌控，微观逐层缩放，主动式运营管理，最大程度发掘建筑功能价值。，从建筑到设备，从能耗到消防，从视频监控到停车管理，所有数据全部触达，一个平台清晰展示。建立数字化医院数字底盘，医院建筑与空间、设备、管线、安全、能耗、温度、湿度、物资、病床、导诊等系统都直接建立信息间的关联关系，应用时叠加多系统业务数据，对每个科室、手术室、设备间、公共区域等进行统一、高效、精细化管理。

２、智慧医院综合运管指挥中心、智能运营中心IOC

将医院运营过程中的各个系统以数字孪生模型为载体统一整合，实现统一门户、多系统集成，数据互联互通，一站式平台部署，可视化运管调度。集“观、管、防”为一体，实现“一屏观全院，一网管全局”。推动医院核心业务工作与运营管理工作深度融合，实现对医疗服务、资源统筹、安防管理等全方位实时动态数据展示和分级治理，从而提升整个医院的运营管理精细化水平和医疗运行管理水平和效率。

构建基于指挥大屏构建监、管、控一体化智慧管理体系，基于数字孪生+物联网感知，打造综合运营分析平台，对院区、楼宇、楼层、房间、设施进行高精度三维建模；对医院的人流、安防、疫情等进行运行态势感知和呈现；对院区人流密度、患者体检、安防、疫情防控等进行全方位监测预警；对医疗、护理、人事、财务、物资、安保等实行跨部门联动应急。全面掌控环境安全、设备监控、事件预警、医患与就诊、医护负荷、人流量、患者流量等细节。

３、基础设施一体化运营管理

整体基于数字孪生技术，采用物联网整体架构，通过打破设施设备、能耗、消防、安防等系统数据孤岛，融合各系统的方式打造集约化信息管理模式，实现互联互通、信息共享，建立预警、应急响应与疏散指挥平台，提升单位应急指挥处置能力及安防消防防控整体水平，实现一体化管理、智能监控预警、应急联动：

1）综合安防管理。医院具有对外开放性强、人流量大、面积大等特点，安全管理尤为重要，需求更为复杂。综合安防将原本分散在不同系统中的安全相关报警及数据关联起来，为医院提供全天候可视化安全运营管理和态势控制能力，做到事前预防、事中处理、事后分析，AI主动预防，实现医院建筑、设备、人身、财产以及医疗的全方位安全保障，满足医院对智能化安全管理的需求。

2）能耗管理。医院是能耗大户,具有用能系统复杂、医疗电气设备多、基础设备运行时间长、环境要求特殊等特点。根据医院能耗特点，通过多能协同互补、能效综合最优、数字全面赋能等节能路径，建设绿色低碳智慧医院能源体系，实现医院“安全可靠、智慧低碳”的总体目标；利用数字孪生和大数据技术，构建专业的用户行为模型和全方位的数字化能源管控平台，助力医院绿色节能和数字化转型，最终实现“双碳”目标。

3）资产管理。使用室内定位技术，可达房间级定位精度，病区基站与院区系统对接，准确定位资产位置。

4）医疗供应链管理。通过建立“一物一码”的物联智能管理体系，实现全流程可追溯，优化医院耗材库存，降低综合成本。

5）冷冻冷藏管理。可对冷藏设备的温度进行监测，温度超限及时报警，保证冷藏物品的低温环境要求。

6）空气净化管理。后疫情时代，对医院环境的温湿度、洁净度、送排风量、压力梯度等均有更严格的标准。空气净化系统能够对室内空气进行有效的换风和洁净处理。

7）医疗废弃物管理。对医疗废弃物的收集、储存、运输、处理过程实行全程监管，精细化、规范化管理，做到可溯源、可追踪。

8）医用气体管理。主要对医用气体和相关设备的进行实时在线监控，监测气体的液位、压力、流量、温度参数和供气设备的运行状态，保障医用气体供输系统安全稳定运行。

9）智慧病房运动检测。利用红外摄像头、普通高清摄像头进行的运动姿态监测，不仅可以对患者进行连续、无干扰的自然状态下的运动数据采集，开展真实世界数据研究，还能通过研究数据智能分析，对患者进行高质量真实评估。

10）人脸识别，人员轨迹。对院内医护人员及病人进行精确识别，实时掌握不同患者的活动区域，对传染病隔离区的人员情况进行严格管控。

11）电梯运行管理。对电梯进行实时运行监测，点击各不同楼宇可查看医用电梯、货运电梯、客运电梯的数据更新情况。以便于院内人员对电梯进行使用，以及运维人员对电梯进行预警监测与及时设备安全检测。

12）车位/车辆管理。介于医院的特殊性，出入车流量较多，进行有效地管控与疏导非常有必要。对于不同区域的车辆进行统一管理。支持结合物联网、视频监控、车辆定位等相关技术，获取园区出入车辆实时位置，车主信息、停车时间、车牌信息等各类监控信息，并对园区内的车位信息进行实时汇总体现，包括园区内机动车位数、充电桩使用情况、能源车辆占比情况进行精准管理。

13）应急逃生管理。各楼层场景逃生路线规划，并做到醒目的高亮路线导引，同时还可提供科学的逃生路线指引规划。

二、数字孪生技术驱动下人与科技的高效协同

2022年6月29日，深圳大学附属华南医院提出了“医学数字孪生人”的概念，并成立了国内首家医学数字孪生人实验室（Medical Digital Twin Lab，MDTL）。该实验室拟基于患者真实的多维度多模态大数据，结合5G、VR/AR、人工智能、柔性传感等高新技术，构建患者的数字孪生模型即“虚拟病人”，并期望从临床实际需求出发，对“虚拟病人”进行各种临床试验或医疗测试，从而开发更为精准的疾病诊断、疗效预测、健康管理的新方法新模式。

１、患者便捷就医沉浸式体验

以第一人称视角的“元宇宙”模式，实现线下服务设施线上触及，在院区、楼宇、诊区、检查、治疗等设置多维度场景漫游和模拟，设置自由随行模式，实现线上走遍医院。在多场景数字化就医服务的基础上，聚焦智慧诊室、智慧病房、智慧居家健康管理，纳入未来医院建设。一个诊室、一个病区或者一个家庭，都可以在未来成为智慧场景，让患者、家属等拥有沉浸式就医体验，是数字化智慧医院构建中的重要方面。

２、在线沉浸式精准导航、教育及培训

利用人工智能、数字知识图谱等手段，实现患者的精准化健康教育。利用AR、VR沉浸式教学手段，面向医学专业人才实现一体化综合教学管理，打造社会亟需的医卫健康从业者“云学院”等。空间导航、路线规划，根据医院内导诊系统或来访人员选择的目的地，提取室内空间路网数据，一键导出最短最优路径，实现精准导航；空间数据结合设备的定位数据，还能够智能化分析出不同情况下的疏散路线、人流引导方案。

３、手术模拟与远程医疗

结合Apple Vision Pro、Microsoft HoloLens数字终端智能产品，实现临床手术模拟、远程医疗、培训、教学。数字孪生可以模拟外科手术过程，帮助医生更好地了解患者的疾病并选择最佳的手术方案。数字孪生还可以预测手术后的效果，并为医生提供参考。这可以减少手术风险并提高效率。在远程医疗中，数字孪生可以模拟患者的体征、症状和疾病，帮助医生进行诊断和治疗。数字孪生可以在健康数据、图像和影像等方面进行匹配和分享，从而提高疗效。

利用强大的引擎渲染功能和成像数据，通过建模模型在虚拟环境中进行模拟手术，帮助患者了解手术过程的细节。点击手术部位旋转模型，选择前、后、左、右、上、下等任意角度，从多角度、立体、全方位观察疾病的详细位置关系。通过虚拟手术也可以帮助医生减少手术过程中的思考和决策时间以及手术风险，并协助临床治疗实现术前计划预设、术中演练和术中指导评估，从而进一步提高手术成功率。

４、人体数字孪生重建

数字孪生技术可以采用基于DICOM数据的重建技术，高精度构建人体三维立体模型。接入人体各部位常见病症库信息后，切换不同部位，可在模型对应部位进行病症显示，如显示患者患病部位、仪器检测提示的问题部位、患者主诉部位等数据，同时也为科室远程会诊智能化打下铺垫。数字孪生平台支持提供与相关部位症状的查询比对，医生可根据反馈的数据信息对病情风险予以评估和提早干预，科学推断最佳的治疗途径。、

在数字时代背景下，瞄准现有医疗痛点，以数据为驱动，以“感、知、行”为核心，数字孪生助力医院在集中监控、辅助决策、安防管理、业务联动等多层面，构建感知、融合、分析、决策、执行、安全的统一管理，提升医院现代化管理水平和品牌服务形象。以优质、安全、便利的诊疗方式，实现医疗资源下沉，逐步形成医疗、服务、管理一体化的智慧医院系统。

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