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基于高效急救需求的救护车智能座舱设计发展现状及未来趋势探究
摘 要:目的:随着智能化的发展,以及人工智能、自动驾驶技术等众多技术的突破,医疗救护车也跟随着现代医疗水平的进步不断发展,本文将对现阶段医疗救护车智能座舱的发展的情况进行分析,并对医疗救护车智能座舱进行未来趋势进行展望,对救护车的发展提供参考。方法:总结相关文献发表概况,梳理救护车的发展历程及现状并阐释救护车智能座舱的含义,对救护车智能座舱的研究现状、关键技术、设计案例等进行梳理和归纳。结果:分析得出救护车座舱当前面临的问题和救护车智能座舱未来发展的趋势。结论:目前智能座舱交互设计面临着交互性与安全性的矛盾平衡、舱内与舱外的协同交互、智能座舱与 其他智慧生活形态的有机连接、智能交互的应用实现等四个主要问题,并呈现出交互模态多元化、复合化,交互方式人性化、情感化,交互设计场景化,交互相关技术日益成熟的发展趋势。
关键词:智能座舱;救护车
随着智能化的发展,以及人工智能、自动驾驶技术等众多技术的突破,智能化的车载电子系统也成为了行车配备,功能也日渐完备。汽车座舱内界面的设计开始变得复杂、涵盖的信息也逐渐变多、车载功能也不断的增多并融合集成等,这种模式的发展都使得汽车智能座舱人机交互的设计发展到一个新阶段。
与此同时,医疗救护车也跟随着现代医疗水平的进步不断发展。这样一个大背景下,智能医疗救护舱也应运而生,它是一种具有特定功能的救护车。在《中华人民共和国行业标准》里,将救护车分为了运送型救护车、监护型救护车、智能型救护车、特殊型救护车、传染病防护救护车等九个类型。其中,对智能型救护车的解释是:接入公共或专用通信网络实现实时移动交互式通信及对车载医疗仪器、设备进行数据采集、记录、实时转发的功能,并装备急救智能辅助系统和急救调度计算机辅助管理系统的救护车。目前的救护舱已经开始采用了无人驾驶以及其他的新一代的新兴技术,实现了智能型救护车的信息化、通信化、集成化、自动化。例如:采用GPS导航定位、4G/5G通信传输、RFID识别标识、无人驾驶避障对标准化流程进行协同作业,将各部门之间的信息集成汇总, 使得急救行动变得快速准确, 更好地帮助伤者就医。然而,对于医疗救护车内部而言,尽管智能型医疗救护车上的座舱已经配备了一些基本的医疗设备,但是因为这些座舱配备了多个科室所需要的大量的急救药品、物品、器械,且就作为“载运工具”的救护车本身而言,智能型救护车的内部空间十分有限,这造就了一些救护车内各物品的放置位置不合理、护士管理耗时耗力、医疗设备并不能得到充分的利用的现象。
智能座舱不仅要能够对伤员进行全面的评估、帮助医生进行整车管理、诊断和治疗,而且还能够为患者提供方便、快捷、安全的医疗服务。目前, 医疗救护车的座舱设计仍然停留在传统的“人机界面”模式。随着人工智能、物联网、大数据、云计算等技术的飞速发展, 医疗救护车座舱将迎来一场革命性的变化。有人曾提出过在救护舱内部采用大数据分析和人工智能来帮助急救者快速评估伤者情况并提供准确的急救方法。或许,未来医疗救护车座舱将逐步实现“以人为本”, “以信息为中心”, “以服务为核心”的目标。
1.医疗救护车智能座舱简介
随着物联网和人工智能技术的发展, 医疗救护领域也进入了一个全新的阶段。目前, 传统的医疗救护车已经逐渐被智能型救护车所取代。智能型救护车与普通救护车相比,除了将病人运输至医院这一主要目的外,还增添了远程诊断、远程医疗和一些其他的智能辅助系统。它能够在最短的时间内将伤员送到医院, 并且在途中能够为伤员提供必要的急救。同时, 智能型救护车还能够根据伤员的情况实时调整座舱内部的微环境条件, 使伤员得到最佳的医疗保障。此外,智能型救护车还能够实现救护车、车载医疗设备与医院的信息互联,是院前院内急诊急救信息化建设的关键节点。
医疗救护车智能座舱是智能型救护车进一步信息化的产物,医疗救护车智能座舱通过信息化改造,除了能够做到自动采集车辆运行数据、仪器监测数据、现场音视频、车辆GPS定位和人员活动路径等数据之外,还能够进行座舱环境控制、提供智能驾驶辅助和交通信息服务。这些功能的开发可以被利用以减少救援所需时间、帮助急救专家进行远程救援、提高整体医疗座舱的机械性能及其安全性和舒适性。医疗救护车智能座舱的出现是汽车行业进行数字化、智能化发展的大潮流趋势,该种救护车的发展方向从急救人员的角度、需求以及使用的场景等方面较全面的构建了一个相对新颖的人机交互沟通智能体系,而且该类发展模式的出现也是为了提高急救资源利用率、增加患者的生存几率,同时也做到了综合考虑人性化、可靠性、智能化和可持续性等多个方面。
从设计角度而言,医疗救护车智能座舱的出发点和汽车智能座舱大体相同。汽车智能座舱的设计是基于人机交互体验进行的,会根据不同场景下用户的驾驶需求和娱乐等其他的需要,提前模拟用户的行为习惯,对智能座舱的空间和功能进行一定的设计优化,从而良好的提升用户的驾驶体验。而医疗救护车智能座舱的设计,则是在医疗救助的场景下聚焦诸如医护工作者、患者类型的用户,满足高效实现院前救助的特定功能。作为急救医护工作者的驾乘载体和工作空间,医疗救护车智能座舱的智能化水平的提高会导致急救医护工作者的工作重心的迁移。大量医疗座舱的引进使用固然使得急救医护工作者的工作更加便捷顺利,但工作者与智能座舱进行人机交互的时间也越来越长,这可能会引发很多例如安全问题、疲劳问题、操作紊乱问题等一系列的潜在问题。如何解决这些潜在问题便是医疗救护车智能座舱的另一层设计目的。
2.医疗救护车智能座舱的发展现状分析
2.1现阶段智能型救护车的关键技术
在灾难事故、意外伤害、突发事件面前,救护车就是院前急救服务体系的重要急救资源,为日常院外发生的急、危、重症等急救医疗需求提供了迅速、有效的支持。救护车上配备的监护设备、治疗设备、消毒设备和其它先进的医疗设备、指挥调度成为一大难题。为了解决这一问题,智能型救护车将现代信息技术融入传统的普通救护车内,建立一套车载急救智能辅助系统,对医疗急救中心所辖的救护车进行统一的自动化监控和管理。
2.1.1仪器自检程序
在日常生活中,无论是哪一种仪器仪表的元器件都会随着时间的推移和环境的改变而老化,这种现象在一些例如热敏电阻一类的敏感元件上尤为明显,仪器仪表也会出现测量不准甚至失灵的情况。这时,仪器自检程序显得尤为重要。所谓自检就是利用事先编制好的检测程序对仪器的主要部分进行自动检测,并对仪器故障部分进行定位,仪器自检功能给仪器的使用和维护带来了很大的方便,是提高仪器可靠性的必要手段。仪器便可以通过自检模块来判断其状态是否正常,其功能是否出现故障。将仪器自检程序应用到医疗救护车智能型座舱上,能实现座舱内的重要医疗仪器设备的自动化检测和故障诊断,代替人工故障排查、节省人力资源,并将自检结果通过无线网络上报到指挥调度中心,帮助急救指挥中心实现医疗设备的最大调度。
2.1.2 RFID智能识别
RFID无限射频识别技术是一种利用辐射到空间的高频交流变化的电磁波进行非接触式双向通信,以达到无线数据交互的目的,是目前潜力较大的新型技术之一。通过配带RFID腕带,可实现对随车医护人员的自动身份识别和区域定位。利用车载WIFI信号的覆盖,急救指挥中心可以跟踪定位医护人员、司机的位置和行动路径,以实现对病患到达情况的全面掌控和交通规划路线的最优解。
2.1.3智能数据采集
智能数据采集作为一种利用现代化智能手段采集所需数据的实用电子技术,被广泛地运用到信号的检测、设备的监测、信号的处理、仪器和仪表的检测等等很多领域。通过智能数据采集技术采集患者的生命体征参数(如心电、血压 、呼吸频率等),对患者提前进行治疗和专业看护,并上传到急救指挥中心,帮助急诊科医生初步评估,与救护车上的工作人员讨论治疗方案、进行远程指导。
2.1.4 人机交互技术
汽车不仅在动力源、驱动方式和驾驶体验上发生了变化,驾驶舱也告别了传统的枯燥机械和电子空间,智能化水平飙升,成为继家庭和办公室以外人们生活之后的“第三空间”。通过人脸;指纹识别、语音/手势交互、多屏联动等高新技术,使当今汽车智能座舱在环境感知、信息采集和处理方面的能力显著增强,成为人类驾驶的“智能助手”。人机交互技术现以应用到医疗救护车领域,它可以帮助智能型救护车的工作人员精准定位识别抢救药品、器材,确保药品摆放位置的高准确性;除保证速度外,借助数字化技术提升抢救安全性,是智能型救护车的另一大特色。
2.3我国救护车现阶段缺陷
救护车在院前急救环节有着非常大的作用。在新冠疫情防护期间,更是在有效转运病人的工作上做出了非常大的贡献。但现阶段,院前急救存在着的设备、人员、系统、技术和救助以及管理等方面的诸多问题仍不能被忽视。大部分的急救中心和急救站使用的救护车及其上装设备都非常落后,缺少专业急救和监护设备设施。
我国院前急救系统及基础设施发展水平不高。信息化、智能化、自动化技术没有没有发挥很大程度的价值。现阶段医疗一些机构仍采用的传统急救模式为:接收求救电话→120急救车前往求救地点→救护车将患者带回→医院医师诊断→救治→转院再救治等。该工作模式效率很低,会导致无法及时救治、抢救效果低迷、抢救行为不标准、信息传递出现谬误等多种弊端,一定程度上会导致患者没有在最佳抢救时间内得到救助。
3.医疗救护车智能座舱的未来趋势及展望
3.1 救护车行业市场发展现状与发展前景分析
随着社会发展和人们健康自我管理意识,由于这些改变120在人们生活中的使用频率也在变高。国家规定按卫生部医疗机构基本标准要求,每5万人口应配1辆急救车,目前中国救护车配置远未达到此标准,因此救护车市场存在较大的扩容空间。尤其是人口向大城市集中以后城市急救车的需求也越来越高,同比国外,欧洲救护车达到每一万人就有一辆救护车,远远高于中国的水平,从欧美发达国家的救护车市场判断,中国的救护车发展尚有有很多不足的地方。在非典疫情以后中国救护车产量有明显增加但是基本上稳定在8000-10000辆/年,而由于新冠肺炎疫情的出现,救护车特别是负压救护车作为抗击疫情的重点车辆。医疗用车是一个存量市场。在过去的40年里,救护车发生了巨大的变化。直到20世纪60年代后期,救护车的主要任务还仅仅是将人们从事故现场尽快运送到医院。车内空间十分狭窄,只有一些非常基本的急救设备。然而从那以后,救护车和救护人员都发生了变化。现代救护车的内部比较宽敞,使救护人员有足够的空间去往医院的途中对患者进行救护处理。现代救护车内还携带了大量的绷带和外敷用品,可以帮助止血、清洗伤口、预防感染。
3.2智能座舱发展
随着着5G通信、人工智能、大数据、硬件架构与软件算法等技术的进步及产业变革,使得汽车产品有了更多的发展空间已经更多的功能出现,电动化、智能化、网联化和共享化成为当今汽车产业的发展趋势,汽车正逐渐从简单的交通工具转变为智能终端。这一变化给人们的出行方式和生活习惯带来了非常重要的影响。当做购买者整车和驾驶座舱的体验必然应是占了购买者心里的极其一部分,其表现形式、基本功能、交互方式的变化往往不会带给乘客不一样的体验,随着科技的发展现在其发生了巨大变化,过去的汽车座舱是以机械按钮为主、功能相对简单、交互方式单一小空间为主的,如今的汽车座舱不再是冷冰冰的乘坐空间,它还能够包罗诸如人脸识别、语音交互等众多先进技术,愈发变得智能化,使人与车之间的互动更有温度.智能座舱主要涵盖座舱内饰和座舱电子领域的改变将两者互相融合创造出一种更加智能的功能产物是汽车产业数字化、智能化发展的新型趋势,它从消费者需求及在各种各样的场景下出发构建了一套更加新颖智能的人机交互体系其目的在于提高座舱内的安全性舒适性和实现更加多的功能例如电影,唱歌等娱乐方式。
对于智能座舱,目前没有标准化的定义,业内主要有两种不同的定义方法。其中第一种将智能座舱定义为智能服务系统,从终端消费者需求及应用场景出发,智能座舱能主动洞察和理解用户需求,又能满足用户需求。一种将智能座舱定义为智能移动空间。在这种具有未来感的定义下,汽车将彻底告别仅仅作为出行工具的角色,目标是实现座舱与人车、路的智能交互,相比现在的驾驶座舱,这种形态的智能座舱将更加智能化和人性化,业内将其看作是汽车和房间组合而成的一个全新的产品品类。智能座舱的发展阶段从不同的角度有不同的发展方向,就根据汽车自动驾驶程度分级智能座舱的发展过程可大致分为三个阶段:电子座舱、智能助理以及智能移动空间。目前,智能座舱的发展正处于智能助理的初级阶段。首先,在硬件方面,座舱内部的实体按键被简化大屏化、多屏化趋势显着:另外在软件方面,语音交互技术被广泛应用,人脸识别技术和手势识别技术也被尝试,座舱所能实现的功能趋于多样化。
3.3医疗与智能座舱相结合
科技的发展就是为了能够更好的服务于社会,智能座舱的发展可以让我们将其运用到方方面面,将其运用到救护车上是一个非常不错的选择,随着社会的发展医疗条间件也在不断完善但仍会出现各种各样的问题,所以希望通过将智能座舱和救护车相结合可以去解决一些由于信息传递不及时,道路拥挤等情况造成的医疗事故,通过两者的结合让其功能更加齐全,不仅仅把它运用到日常的医疗救护上当遇到地震,泥石流,洪水等自然灾害的时候也可以发挥出更多的作用。
3.3.1救护辅助系统的设想
通过智能座舱的加入我们可以将汽车加入例如重症救护车急救智能辅助系统。重症救护车急救智能辅助系统是以急救为中心,集成了实时监控病情诊断远程医疗等功能的系统。该系统依据急救急诊学并融合无线网络数据库传感音视频GPS等多项技术,功能强大稳定性好,对降低病人死亡率和伤残率提供了有效保障,具有很高的实用价值。在此基础上,系统还能进一步完善和扩展。比如在急救中心端增加生理参数数据记录和分析功能,还可添加脑电分析,进而形成一个全方位的医疗监测和诊断辅助系统。另外,可把急救中心端独立出来设置一个可以专门为救护车运输时传输画面的一个辅助治疗系统,使专家远程诊断不受地域限制。本系统的设计方案在多种医用救护场景也有很大的可扩展性,例如,可以在遇到自然灾害时及时传输画面给专家了解实地场景从而做出更优的问题解决方案,在其他领域也可广泛应用。但是在偏远地方类似山区,农村等地由于发展较为落后,或者交通不发达等外部因素造成无法想及时救援,这仍然是现在急救所面临的一个严峻问题。抛开这些外部因素不谈,如何将其他方面提高是救护车未来发展所应该考虑的一个问题。
3.3.2 机械担架结构及驾驶室优化
根据了解现在的担架结依然有些简陋,对于医疗人员的工作使用存在困难设计救护车病床平衡系统的机械系统,实现救护车病床在行进中保持水平状态,而无须顾忌地形的变化。[4]利用平衡状态检测装置将病床状态送至单片机,控制步进电机的转动,并设计出独特的机器人关节将滚珠导轨与病床相连接,实现病床三个支脚的升降,从而达到保持水平平衡的目的。救护车病床平衡系统最大可以消除35倾角、水平误差在由“以内,反应速度0.3s。该救护车病床平衡系统成功实现了在行进中保持病床水平状态,避免了因救护车在上下坡过程中倾斜而使患者病情加重的情况。这样不仅方便了医疗人员的使用而且在很大程度上避免了外科患者,类似骨折,扭伤等患者病情的恶化,减轻了医疗负担。同时可以优化救护车驾驶座的椅子减轻驾驶员的疲劳以及预防疲劳驾驶以及防止颈部或者腰部的疲劳损伤。
4. 结语
随着我国经济的发展,我国救护车产业也在不断升级和进步。虽然与国外的技术有一定的差距,但就国内市场而言,我国的救护车技术也在不断进步。笔者认为,国产救护车的发展,首先要在设计理念上保持科学性,思维要从传统医学模式向现代医学模式转变,并应向以患者为中心的服务观念转变。同时,还应借鉴国外救护车的标准和改装厂的技术,提高自身的研发能力;设计要人性化,医疗舱的布局要合理,要方便患者、方便医务人员的现场抢救工作,为患者提供一个舒适、安全的医疗环境。
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