多院区医院中无人机医疗标本递送的标准化方案

摘要

本方案概述了无人飞行器（UAV）物流网络的实施方法，用于在多院区医院之间快速、安全且兼顾成本地运输医学标本，提供了一个标准化框架，涵盖需求评估、航线审批、硬件验证、基站部署、人员培训、应急管理及持续监测。

摘要

在多院区医院网络中，医疗标本的高效转运常常受到城市交通拥堵和传统车辆延误的阻碍。本方案详细阐述了一套建立基于无人机（UAV）的医疗物流系统的综合方法，以实现快速、安全且成本效益高的标本递送。该流程涵盖了端到端的实施框架，首先进行定量需求评估和战略合作建模。后续关键步骤包括飞行航线规划、监管空域审批、无人机型号选择、基站建设以及标准化人员培训。此外，本方案还涵盖了正式部署前必要的试运行操作以及健全应急响应机制的建立。该方案在一家三级医院的应用成功构建了一个覆盖三个院区的无人机网络。代表性结果表明，该方法使平均运输时间减少了近三分之二，运营成本降低了62%，同时保持了100%的标本完整性。通过提供对技术、运营和管理流程的多维度分析，这一标准化框架使其他医疗机构能够在复杂的城市环境中无缝复制并扩展低空智能医疗物流网络。

引言

医疗标本的安全高效运输对于医疗质量和患者安全至关重要，尤其是在现代医疗机构的多院区网络中^1,2。实验室样本、血液制品和病理标本的及时送达直接影响临床决策、手术结果以及患者的预后。目前，院内标本运输主要依赖地面车辆运输。然而，这种方法极易受到城市交通拥堵、天气条件和人员可用性的限制。这些因素常常导致不可预测的延误，进而引起标本降解、分析结果错误，并可能引发不良临床事件。

随着飞行性能和自主导航技术的持续进步，无人机（UAV）已成为复杂物流任务的一种可行解决方案³。在国际范围内，无人机已被用于在从农村地区到医院间网络的各种场景中运输血液、疫苗、急救物资和临床样本^4,5,6。这些项目展示了空中运输在节省时间方面的潜力，但许多已发表的报告侧重于单一路线试点、农村地区覆盖、应急物资配送或商业演示，而非可复制的医院实施协议。

近期医疗物流研究还表明，无人机的常规采用依赖于航线密度、需求时间、有效载荷异质性、容器审批、空域授权以及与工作人员工作流程的整合^7,8。因此，医院需要一种实用的方案，将临床需求转化为招标规范、航线风险评估、包装验证、 dispatch 流程以及维护标准。本方法的显著特点是将这些要素整合为一个分阶段、由医院主导的工作流程，适用于密集的城市多院区运营，其中需同时管理监管审批、地面交接和标本完整性控制。

为应对这些时空挑战，无人机（UAV）递送系统相较于传统的地面运输方式，在技术、运行和环境方面均具有显著优势。从技术角度看，无人机通过直接飞行路径进行导航，可避开地面障碍物、交通路口以及不可预测的道路状况。在典型的城区环境中，这种空中运输方式可将原本通常需要40至60分钟的往返行程缩短至约12至15分钟。这一提速对于时间敏感的医疗操作至关重要，例如术中冰冻切片病理检查——即在患者仍处于手术室期间，将手术切除的组织快速冷冻、切片、转运并由病理科人员进行检查。从经济角度看，自动化空中运输可通过减少专用车辆出行次数、驾驶员工时、燃料消耗和车辆折旧，从而降低直接运输成本；然而，节约幅度取决于路线使用率、调度密度、人员配置模式以及无人机服务固定成本与常规物流成本之间的平衡⁷。此外，环境效益同样重要，因为电动无人机在使用点不产生直接尾气排放，且可减少短途紧急运输中的道路行驶；但在规划航线和基站布局时，仍需评估其带来的噪声暴露及第三方安全风险⁹。

该技术的实际应用在很大程度上取决于各地区的空域法规和基础设施^10,11。近年来，有针对性的经济策略已简化了空域审批程序，并建立了超视距（BVLOS）飞行的试点区域^11,12。与其他地区的监管框架相比，本地化的政策支持通过公私合作模式促进了试点项目的快速实施^10,11。本研究依托中国自贡地区的航空基础设施和科研能力，在一家三级医院实现了该技术的真实场景应用¹³。

本方法的总体目标是为在多院区医院环境中建立基于无人机的医学标本运输网络，提供一套全面且标准化的操作规程。通过明确关键操作步骤——包括定量需求评估、飞行路线规划、硬件选型以及应急预案制定——该规程旨在为医院管理人员和物流管理者提供必要的运营蓝图，以评估并实施无人机系统的整合应用。最终，该框架提供了一种可复制的策略，用以突破城市物流障碍，优化资源配置，并提升智慧医疗递送的效率。

方案

本方案中所述的操作与研究均遵循自贡市第一人民医院的指导原则，并已获得自贡市第一人民医院机构伦理委员会批准（伦理审批编号：(M)2026-032；批准日期：2026年4月22日）。该方案涉及运输流程评估及去标识化的运营物流数据；未对患者进行直接干预。

1. 需求评估与操作可行性

1. 组建一个跨部门的实施团队，成员包括物流、临床科室、检验医学、输血科、药剂科、无菌药品服务（如适用）、信息技术、感染控制、医院安全/安保以及无人机技术人员。
2. 指定一名项目负责人，并明确记录需求收集、包装验证、航线审批、调度、维护、应急响应和数据审查等职责分工。
3. 从各参与科室提取至少三个月的常规物流记录。记录每批货物的起始地与目的地配对信息、取件时间、要求送达时限、每日及高峰时段运输频次、货物类型、包装尺寸、总质量、温控要求以及所使用的经批准的包装系统。
4. 对临床工作人员及护工或运输人员开展调研，识别关键运输目标，例如需在30分钟内送达的术中冰冻切片，以及需在20分钟内送达的急诊血气分析样本。在同一项调研中，记录交接地点、人员可交接时间段、人工运输的工作负荷瓶颈，以及用于请求紧急运输的沟通方式。
5. 在航线设计前对每类货物进行分类。明确常规生物样本、血液制品、病理材料、急诊或加急请求，以及任何被归类为认证危险品或无菌药品的物品。
6. 对于生物物质，确认其包装符合联合国UN3373 B类标准的三层防漏系统，并确认在航线风险文件中已考虑对防撞容器的要求⁸。
7. 使用通过、有条件通过或不通过的评估矩阵，从四个维度评估操作可行性：临床需求、技术可行性、安全/法规可行性以及物流经济性。确保最低接受标准包括：航线距离在无人机验证航程范围内、有效载荷在验证货物质量范围内、样本温度控制已验证、空域风险可被主管部门接受、具备可到达的应急着陆区域、交接人员可到位，以及单次运输成本相较于常规服务可接受。
8. 将需求评估转化为用户需求书及招标文件。在选择无人机物流服务提供商前，文件中应包含航线清单、服务时间、货物类别、包装规格、数据安全要求、超视距飞行（BVLOS）审批责任、保险要求、维护义务、应急响应义务以及关键绩效指标。

2. 合作与专业团队组建

1. 在完成技术和监管审查后，与合格的无人机物流供应商签署正式合作协议。要求提供民用无人机运营许可证明、超视距（BVLOS）飞行能力或适用的本地审批路径、持证远程飞行员或认证操作员资质、维护记录、数据安全控制措施、应急响应能力，以及充分的第三方责任保险。
2. 组建专门的运营团队，明确医院管理方、临床使用人员、调度协调员、地面操作员、信息技术人员及无人机技术支持人员的职责分工。
3. 采用书面值班表，确保每次飞行请求均有指定的申请人员、调度人员、包装处理人员、起飞地点操作人员、接收地点操作人员以及无人机技术联络人员。
4. 实施与医院电子病历系统或物流接口集成的实时调度系统，用于管理运输任务（图1）。在调度模块中，申请人选择标本类别、紧急程度、起始地点、目的地、温度要求、包装标识号及期望送达时间；调度员确认资格后，分配航线，并将任务发送至无人机供应商接口。
   注：系统将记录下单时间、接单时间、起飞时间、降落时间、操作人员身份、容器标识号、飞行状态以及任何异常事件。
5. 指定并培训专门的地面操作人员，负责标本采集、包装、交接确认以及基本的现场无人机操作（图2）。在项目启动前，评估现有运送员和地面操作人员的工作负荷；明确替补人员以应对病假或班次空缺，并使用医院批准的通信渠道，避免仅依赖个人手机进行工作流程沟通。

3. 飞行航线规划与监管审批

1. 根据基线需求评估、起讫点频率、紧急程度特征和货物质量，确定连接主要医院设施的核心运输路线。优先选择兼具高临床紧急性、可预测交接点以及可行应急改道选项的路线。
2. 对每个航点执行全面的地理、环境和空中勘测。记录建筑物高度、电力线路、树木、起重机、直升机停机坪、敏感医疗病房、学校、繁忙道路、野生动物或鸟类活动、电磁干扰、全球定位系统（GPS）信号质量、蜂窝网络信号强度、风道效应以及可能的噪声暴露区域。
3. 向当地空中交通管制机构提交详细的飞行路径图、高度剖面图、风险控制措施、应急着陆区坐标和地面站位置，以获得超视距（BVLOS）运行的正式空域批准。
4. 将飞行高度设定在监管机构批准的超视距（BVLOS）运行包络范围内，并低于管辖区域的低空高度上限，该上限在多数无人机操作中通常为距地面120 m，但需根据当地规定确认^10,11。针对每条航线，记录最小障碍物净空距离、禁飞航段、通信丢失返回路径以及气象限制条件。
5. 根据已批准航线的风险评估和类似特定运行风险评估（SORA）的地面风险缓冲原则，在每条获批航线上以适当间隔设立应急着陆区^10,11。
   1. 在本实施方案中，目标为每约3 km间隔设置至少4 m × 4 m的平坦开阔区域，远离人群、氧气或燃料储存区、架空电线、高压线路及医院出入口；确认GPS/蜂窝网络覆盖情况以及回收人员的地面可达性，并记录对已批准航线文件的任何偏离。
6. 在试飞前开展利益相关方咨询。通知医院安保部门、临近着陆区的临床科室、物业管理方、当地航空管理机构以及面向社区的办公室；记录与噪声、隐私、行人流动或医院安全相关的任何必要调整。

4. 无人机型号选择与硬件配置

1. 使用加权模型评估矩阵，根据航线和货物包络条件对无人机进行评估¹⁴。评估内容应包括最大航线距离、验证后的有效载荷质量、转弯半径、悬停稳定性、定位精度、抗风及阵风能力、降水限制、电池余量、降落伞或同等风险缓解系统、地理围栏功能、故障安全返航行为、维护间隔，以及与已验证货物容器的兼容性。
2. 通过比较分析，选择满足已评估的有效载荷、环境和监管标准的无人机型号，以实现城市医疗物流的最优平衡¹⁵。
3. 作为方案记录的一部分，确认所选型号具备冗余推进系统或同等故障缓解设计、航线地理围栏、实时遥测功能以及紧急位置广播功能（图3）。
4. 在运输临床标本前，验证货物容器的适用性。使用二级防漏包装，并配备适合货物类别的刚性或吸震外容器；若适用危险品运输要求，需确认批准的包装或抗撞击保护容器配置与航线风险档案相符^8,15,16。
5. 使用经校准的数据记录仪验证温控性能。利用相变材料对容器进行预处理，以预期最大总质量装载模拟载荷，并确认内部温度在至少最长预期飞行时间加30分钟安全余量内保持在2–8 °C范围内^15,16。
6. 评估易碎货物、血液制品、无菌药品及其他敏感材料所面临的振动和冲击风险。依据本地政策和现有文献，判断在超出常规标本运输范围之前，是否需要额外缓冲、方向控制或针对特定货物的验证^17,18。

5. 基站选址与建设

1. 在选址过程中，施工前需核实医院的规划许可、消防安全要求、人行道隔离、应急通道以及周边临床活动情况。
2. 根据本地平台尺寸、避障需求及已批准的航线风险文件^10,11,13，选择一个平坦且无遮挡、面积不小于6,000 mm × 4,000 mm的区域作为本实施方案的无人机基站。确保该位置具备良好的GPS和移动通信信号，并可接入稳定的220 V交流电源。应避免靠近氧气储存区、燃料储存区、急诊入口、精神科病房、住院患者密集窗户区域以及人流量大的走廊。
3. 建造一个坚固、防滑的起降平台，配备持续实时监控系统、自动气象传感器、醒目的警示标识、灭火设备、电池充放电与存储控制系统以及安全围栏（图4）。维护区域应设置在无需让未经授权的医院人员接近无人机即可完成常规检查的位置。
4. 在航线文件中标注每一处应急着陆区，并在实地演练中予以确认。记录其坐标、地面状况、无障碍半径、回收人员的通行路径、通信覆盖情况，以及是否需要获得物业管理人员或地方主管部门的许可。
5. 通过设定运行时间、航线偏移、高度控制及起降程序，减轻噪音和下洗气流对环境的影响。对于电动无人机，无需设置湿性燃料储存；应实施电池防火措施、充电记录管理，以及对损坏电池的安全处置流程。

6. 人员培训与认证

1. 为所有操作人员提供全面的培训计划，内容涵盖无人机操作原理、航线图、主管部门批准的飞行限制、调度工作流程、样本保管链、隐私保护、天气暂停标准、自动故障保护程序以及应急通信。
2. 对地面操作人员进行标准样本采集、特殊标签标识、次级防漏包装、适用情况下的符合联合国编号3373（UN3373）的三层包装原则，以及生物安全二级（BSL-2）操作规范的培训^15,16,19。仅当航线获批运输无菌药品或危险品时，才需包含相应的模块培训。
3. 指导人员执行飞行前检查清单，包括螺旋桨完整性、电机功能、电池电量、电池温度、气象传感器读数、GPS/蜂窝信号、航线授权、货物重量、货舱密封性、包裹识别码以及接收站点准备情况的确认。
4. 要求操作或监督无人机任务的人员满足当地民用无人机操作员执照或认证的相关要求。所有医院地面操作人员和调度员须通过书面考核、模拟调度考核和实际交接考核后，方可执行实际任务。
5. 保存培训记录、能力评估清单、事故演练记录及年度再认证文件。对于未能通过周期性考核或多次出现交接偏差的人员，应暂停其独立上岗资格，直至完成重新培训。

7. 试验操作与系统校准

1. 在运输与患者相关的样本之前，需进行特定航线的试运行。进行无载货的空载试飞、模拟最大预期包装质量的负载试飞，以及包含GPS信号减弱、调度延迟、突发阵风和接收地点不可用等情景的模拟测试。
2. 在每次试飞过程中，监测飞行时长、起降准确性、航线偏离情况、着陆时的电池余量、指令链路稳定性、GPS/蜂窝信号强度、载荷舱温度、货物锁定状态、可用的振动或冲击指示器，以及异常警报。
3. 在试运行开始前定义合格标准。仅当试飞满足临床样本送达时间要求、在规定的时间窗口内到达、在需要冷链运输时维持所需的2–8 °C载货温度、着陆时电池余量不低于无人机供应商规定的最低值，并且在无包装损坏、封条失效或计划外航线偏离的情况下完成交接时，方可批准该航线。
4. 根据初步测试中收集的实测数据，调整飞行路径、交接点、电池安全余量、包装方式或工作人员工作流程。重复试运行，直至所有预设标准均被满足，并记录所有纠正措施。

8. 正式运行与持续监测

1. 从集中式指挥中心持续监控无人机飞行轨迹、载荷状态、调度状态、通信链路、天气状况和电池电量，以便快速识别并解决潜在异常情况。
2. 执行三个层级的维护工作。
   1. 每次飞行前，检查机体结构、螺旋桨、电机、电池锁扣、货舱、降落伞或安全模块、遥测链路以及天气限制条件。
   2. 每周检查充电设备、电池循环次数、固件状态、容器密封性、着陆平台状况及监控覆盖范围。
   3. 每月或发生任何异常事件后，须由无人机服务提供商进行技术检查，并出具书面许可后方可继续运行。
3. 跟踪关键性能指标，包括请求至起飞时间、飞行时长、总运输时间、准时送达率、航线偏离程度、剩余电量、温度超标频率、样本完整性率、飞行失败或取消率、因天气导致的备降率、包装错误率、单次运输成本以及用户满意度（图5 和 表1）。
4. 将所有异常情况记录在标准化的维护与事件登记表中。记录内容应包括日期、航线、货物类型、飞行阶段、异常信号、操作员应对措施、临床影响、纠正措施，以及该事件是否需要向监管机构或伦理委员会报告。
5. 至少每月与临床、物流及无人机服务提供商代表共同审查关键绩效指标（KPI）仪表板。利用审查结果调整运输计划、优化包装方式、重新培训人员、更新航线风险档案，并评估是否可安全新增运输航线。

9. 应急响应与风险管理

1. 建立一个多层次的应急响应系统，将事件分类为天气暂停、调度或交接偏差、包装泄漏或温度超标、通信中断、航线偏离、迫降、坠毁、人身伤害或数据安全事件。
2. 配置无人机在通信中断、航线偏离超过预设阈值，或内部压力下降表明容器破损时，自动返回出发基站或飞往预设的应急降落区。
3. 配置系统在电池电量达到临界阈值或发生不可避免的碰撞时，自动启动应急降落伞或等效的风险缓解装置，并通过蜂窝网络广播其位置。
4. 定期组织调度员、地面操作人员、医院安保、临床接收部门及无人机服务提供商员工开展应急演练。每次事件或演练结束后，须完成根本原因分析，并在恢复常规运行前更新操作规程、培训记录和航线风险档案。

结果

飞行操作、投递效率及作业范围

初始运行阶段（2024年5月28日至2024年7月19日）的代表性结果表明，已成功建立一个连接主院区与两个分院区的无人机运输网络（表1）。在此期间，系统共完成239次飞行，累计飞行距离达1,678公里。平均飞行时长为12分钟，样本抵达时完整性达到100%。与传统的陆路运输相比（在交通状况理想时通常需要30至40分钟），该无人机运输方案使平均转运时间缩短了约66%。

标本分布与操作可靠性

飞行日志分析显示，运输物资的种类分布广泛：常规实验室标本占比最高，达47%（112次飞行），其次是血液制品，占28%（68次飞行），病理标本占15%（35次飞行），紧急或急诊请求占10%（24次飞行）。每日最大飞行量达到14次操作。最长的既定航线（至中心血站，8.2 km）耗时18分钟完成，而最短航线（至东部分院，3.8 km）需9分钟。在运行方面，系统保持了...

讨论

本方案详细阐述了一种在复杂城市医疗网络中部署基于无人机的医学标本递送系统的综合方法。与传统的地面运输相比，当紧急标本在可预测的起止点之间运送，且交通拥堵可能影响临床检测周转时间时，该方法最具价值。与以往许多侧重于可行性验证、单一路线模型或事后性能评估的无人机医疗物流研究报告相比，本方案明确了将临床需求转化为航线审批、包装验证、调度整合、人员培训、应急响应及维护管理等医院端所需的具体步骤^7,8,20。

决定成功的关键步骤包括需求评估、路线风险评估、主管部门审批、样本包装、无人机及容器验证、人员培训、试运行校准以及异常情况记录。早期需求分析中的错误可能导致所选无人机无法承载所需的经批准包装，或无法满足规定的时间表。同样，路线和基站评估不完整可能引发不可接受的噪声、隐私、障碍物或行人安全风险。因此，本方案要求在正式运输开始前，必须具备书面的可行性标准和试运行通过标准。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
自动化气象监测系统	杭州迅翼网络科技有限公司	https://helichuangxing.com/eVTOL/4	实时气象传感器系统
电池储能与快速充电设备	杭州迅翼网络科技有限公司	https://helichuangxing.com/eVTOL/4	适用于无人机的充电与电池存储系统
集中式指挥平台	杭州迅翼网络科技有限公司	https://helichuangxing.com/eVTOL/4	无人机实时监控平台
应急降落伞与定位模块	杭州迅翼网络科技有限公司	https://x-droners.com/uav/productInfo/18100002	集成于无人机的应急响应系统
飞行航线审批文件	当地空中交通管制机构	不适用	已批准的超视距飞行航线文件
维护与异常记录日志	自贡市第一人民医院/杭州迅翼网络科技有限公司	不适用	标准化的维护与事件登记册
医学标本二级包装	自贡市第一人民医院	不适用	符合BSL-2标准的防泄漏二级包装
相变冷却材料	医疗冷链供应商/杭州迅翼网络科技有限公司	不适用	2–8 °C被动冷却材料
RA3物流无人机	X-Droners/杭州迅翼网络科技有限公司	https://x-droners.com/uav/productInfo/18100002; https://helichuangxing.com/eVTOL/4	无人驾驶航空器（UAV）
实时调度系统	医院信息技术部门/杭州迅翼网络科技有限公司	https://helichuangxing.com/eVTOL/4	与电子病历系统集成的调度平台
减震温控货箱	杭州迅翼网络科技有限公司	https://helichuangxing.com/eVTOL/5	具备被动冷却与减震功能的货箱
温度数据记录仪	自贡市第一人民医院	不适用	经过校准的数据记录仪
无人机基站起降平台	自贡市第一人民医院	不适用	6,000 mm × 4,000 mm 配备220 V交流电源的平台
无人机操作员培训与能力认证材料	自贡市第一人民医院/杭州迅翼网络科技有限公司	不适用	书面、模拟及实操考核认证材料