宋景國，牟強(qiáng)善（通信作者），郭洪棟，亓玉龍，李基臣

1 日照市中心醫(yī)院 （山東日照 276800）；2 日照市人民醫(yī)院 （山東日照 276800）；3 日照市中醫(yī)醫(yī)院 （山東日照 276800）；4 日照心臟病醫(yī)院 （山東日照 276800）

X 線正電子發(fā)射斷層掃描儀、內(nèi)窺鏡手術(shù)器械控制系統(tǒng)（手術(shù)機(jī)器人）、64排及以上X 線計(jì)算機(jī)斷層掃描儀、磁共振成像系統(tǒng)、直線加速器等大型醫(yī)療設(shè)備在當(dāng)前的醫(yī)院診療工作中發(fā)揮著重要的作用，因此，降低設(shè)備故障率、減少維修費(fèi)用支出一直是醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備管理部門關(guān)注的重點(diǎn)。針對(duì)如此數(shù)量眾多的大型醫(yī)療設(shè)備，采用更加可靠的方法進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，可提高設(shè)備的開機(jī)率，保證規(guī)劃內(nèi)的每臺(tái)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。

目前，大部分醫(yī)院均重點(diǎn)關(guān)注醫(yī)師工作房間和患者檢查室的溫濕度及空氣潔凈程度，但是對(duì)于大型醫(yī)療設(shè)備的主機(jī)或主機(jī)柜及關(guān)鍵輔助設(shè)備所在場(chǎng)所的電力供應(yīng)、溫濕度、水循環(huán)溫度、電纜溝是否積水、電纜溝是否有鼠害等事關(guān)安全運(yùn)行情況的監(jiān)管缺乏足夠的重視[2]，在監(jiān)管措施上沿用傳統(tǒng)的人工定期巡檢、書面記錄，發(fā)現(xiàn)明顯異常后才進(jìn)行干預(yù)[3]，存在實(shí)時(shí)安全監(jiān)管的盲區(qū)[4]。如果將每家醫(yī)院的每臺(tái)大型醫(yī)療設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)即時(shí)顯示在中控室的大屏幕顯示器上，則工作人員可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)每臺(tái)設(shè)備的異常狀態(tài)，在異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生后系統(tǒng)推送報(bào)警信息給事先設(shè)定的設(shè)備授權(quán)管理人，便于遠(yuǎn)程接收信息，尤其是對(duì)于未實(shí)現(xiàn)24 h 值守的大型精密設(shè)備，在發(fā)生異常情況時(shí)及時(shí)進(jìn)行干預(yù)，對(duì)減少故障損失具有重要的意義[5]。

本研究主要介紹基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大型醫(yī)療設(shè)備安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用情況。

1 大型醫(yī)療設(shè)備遠(yuǎn)程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件研發(fā)

單臺(tái)設(shè)備的硬件應(yīng)使用各類傳感器監(jiān)測(cè)工作時(shí)的溫濕度、循環(huán)風(fēng)量、空氣質(zhì)量、三相電壓數(shù)值與三相平衡情況、循環(huán)水流溫度、關(guān)鍵輔助設(shè)備工作情況等，并實(shí)時(shí)上傳網(wǎng)絡(luò)，采用軟件管理與分析，實(shí)時(shí)記錄并上傳，以確保上傳的及時(shí)性和科學(xué)性[6-7]。

醫(yī)用直線加速器的關(guān)鍵參數(shù)為機(jī)房溫濕度、循環(huán)風(fēng)量、塵埃顆粒、三相電壓超壓及欠壓和不平衡情況、循環(huán)水流溫度，關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)為循環(huán)水泵和離子泵[8]；磁共振成像設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)為機(jī)房溫濕度、循環(huán)風(fēng)量、塵埃顆粒、三相電壓超壓及欠壓和不平衡情況、循環(huán)水流溫度，關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)為氦壓機(jī)和射頻電源[9]；X 線計(jì)算機(jī)斷層掃描儀的關(guān)鍵參數(shù)為機(jī)房溫濕度、循環(huán)風(fēng)量、塵埃顆粒、三相電壓超壓及欠壓和不平衡情況、循環(huán)水流溫度，關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)為電源分配單元（power distribution unit，PDU）[10]。本研究將以上大型醫(yī)療設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)（表1）納入常規(guī)監(jiān)測(cè)范圍，再選擇適合的傳感器，設(shè)計(jì)配套電路，測(cè)試數(shù)據(jù)曲線，準(zhǔn)備接入主機(jī)信號(hào)輸入端。

表1 大型醫(yī)療設(shè)備關(guān)鍵監(jiān)測(cè)參數(shù)的選取

1.1 采用DED194型多功能電力儀表對(duì)三相電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)

多功能電力儀表作為一種先進(jìn)的智能化、數(shù)字化電網(wǎng)前端采集元件，可編程測(cè)量顯示、數(shù)字通信，集多種輸出功能于一體[11]。DED194型多功能電力儀表通過實(shí)時(shí)傳輸電網(wǎng)中的三相電壓的數(shù)值，即通過RS485的數(shù)字接口可實(shí)現(xiàn)儀表組網(wǎng)絡(luò)的通信功能，并借用軟件的統(tǒng)計(jì)與運(yùn)算功能，實(shí)現(xiàn)停電報(bào)警、三相不平衡報(bào)警、波動(dòng)過快報(bào)警等實(shí)用功能，可根據(jù)需要靈活選用。

1.2 采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20對(duì)多路溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)

美國Dellas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，采用導(dǎo)熱性高的密封膠灌封，保證了傳感器的高靈敏性，且僅有極小的溫度延遲。該溫度傳感器支持“一線總線”接口，溫度范圍為-55～125 ℃，在-10～85 ℃范圍內(nèi)，精度為±0.5 ℃，現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，極大地提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。DS18B20溫度傳感器具有唯一的編號(hào)，溫度釆集設(shè)備通過編號(hào)識(shí)別對(duì)應(yīng)的溫度傳感器，不銹鋼外殼面積6 mm×50 mm，引線長度100 cm，芯片采用DS18B20，3.3 V 或5 V供電，分辨率9～12位可調(diào)，無需外部元件，支持獨(dú)特的單總線接口，溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)有循環(huán)水流的進(jìn)水和出水口、平板探測(cè)器等[12]。

1.3 采用AM2311濕敏電容數(shù)字溫濕度模塊對(duì)設(shè)備間溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)

AM2311濕敏電容數(shù)字溫濕度模塊是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，釆用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與長期穩(wěn)定性。該傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)高精度測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)連接[13]，具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在單片機(jī)中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中會(huì)調(diào)用這些系數(shù)。該傳感器標(biāo)準(zhǔn)的單總線接口，使系統(tǒng)集成變得簡單、快捷；超小的體積、極低的功耗，且信號(hào)傳輸距離可達(dá)20 m 以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。模塊為4引線，連接方便，供電電壓為DC 3.3～5.5 V，輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)輸出，濕度量程0～99.9% RH，溫度量程-40～80 ℃，濕度檢測(cè)精度±3% RH，溫度檢測(cè)精度0.5 ℃，分辨率0.1% RH，采樣周期2 s。

1.4 采用電容式土壤濕度傳感器對(duì)電纜溝內(nèi)積水進(jìn)行及時(shí)報(bào)警

電容式土壤濕度傳感器的供電電壓為5 V，采集范圍為0～100%，采集方式為模擬量釆集，用于監(jiān)測(cè)土壤水分。該傳感器采用電容感應(yīng)原理檢測(cè)土壤濕度，區(qū)別于其他絕大部分的電阻式傳感器，避免了電阻式傳感器極易被腐蝕的問題，極大地延長了工作壽命；將該傳感器置入電纜溝底部，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)水路滴、滲、跑水及冷凝水的風(fēng)險(xiǎn)[14]。

1.5 采用塵埃粒子檢測(cè)模塊對(duì)設(shè)備間空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)

本產(chǎn)品利用微小顆粒物對(duì)光的散射原理，當(dāng)微小顆粒物經(jīng)過檢測(cè)孔時(shí)，對(duì)光線形成散射，散射光線的一部分通過光軸，經(jīng)透鏡聚集到感光元件，感光元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出[15]。

顆粒物測(cè)量范圍為0.3～1.0 μm，響應(yīng)時(shí)間可達(dá)10 ms，顆粒物計(jì)數(shù)效率50%=0.3 μm、98%≥0.5 μm，顆粒物質(zhì)量濃度有效量程（PM2.5標(biāo)準(zhǔn)值）為500 μg/m3，顆粒物質(zhì)量濃度分辨率為1 μg/m3，工作電流＜100 mA，待機(jī)電流為200 μA，工作濕度范圍為0～99% RH。

1.6 采用HR-SR501熱釋紅外線對(duì)電纜溝內(nèi)鼠害進(jìn)行監(jiān)測(cè)

HR-SR501熱釋紅外線，采用兩個(gè)單元的傳感器，且在使用時(shí)按照橫置方向排列，采用3.3～5.0 V 的超低電壓電源工作模式，感應(yīng)距離＜7 m，能夠瞬時(shí)發(fā)現(xiàn)可能的鼠害，便于及時(shí)采取措施，防止老鼠咬斷電纜，造成本可以避免的疑難故障而影響正常診療工作的開展。

相關(guān)人員在完成樣機(jī)的組裝工作后，梳理與整合數(shù)據(jù)流程，使整機(jī)工作流暢無異常，并修正整體電源、活動(dòng)部件、關(guān)鍵機(jī)械固定位置，保證設(shè)備可以全天候地工作和不間斷地被監(jiān)測(cè)；此外，將樣機(jī)的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)參數(shù)與校準(zhǔn)后的計(jì)量器具進(jìn)行比對(duì)，認(rèn)真調(diào)整數(shù)據(jù)曲線，使其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保成品儀器具有臨床使用價(jià)值。

2 大型醫(yī)療設(shè)備遠(yuǎn)程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件研發(fā)

2.1 軟件接口的分類

根據(jù)事先設(shè)想的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)，遵循先硬件后軟件的原則，逐項(xiàng)改造實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，逐一實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，使其符合預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，其中軟件提供三類管理人員接口：（1）使用科室授權(quán)的設(shè)備管理人員實(shí)時(shí)查看異常報(bào)警；（2）醫(yī)院的醫(yī)學(xué)裝備管理部門匯總分析各科室每臺(tái)設(shè)備的工作情況，對(duì)全院各科室月度工作情況進(jìn)行考核，對(duì)每臺(tái)設(shè)備的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行原因分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題[16]；（3）醫(yī)學(xué)工程技術(shù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每臺(tái)設(shè)備的工作數(shù)據(jù)，做好預(yù)防性維修。

2.2 數(shù)據(jù)的傳輸與分析

2.2.1 數(shù)據(jù)的傳輸

為了實(shí)現(xiàn)每臺(tái)大型醫(yī)療設(shè)備的工作數(shù)據(jù)24 h 無縫隙實(shí)時(shí)上傳，使用的管理軟件應(yīng)能夠保證醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備管理部門對(duì)于自家醫(yī)院所有的大型醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并能形成匯總表進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，精細(xì)化管理每臺(tái)設(shè)備每秒鐘的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)。

2.2.2 管理軟件功能的設(shè)計(jì)

相關(guān)人員按照設(shè)想的軟件結(jié)構(gòu)編制管理軟件，并經(jīng)常與醫(yī)院大型醫(yī)療設(shè)備使用科室進(jìn)行溝通，聽取關(guān)于醫(yī)院大型醫(yī)療設(shè)備管理的流程與關(guān)鍵數(shù)據(jù)設(shè)置意見，并注意用戶體驗(yàn)的反饋與整改。

對(duì)于現(xiàn)有產(chǎn)品的傳感器的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)化管理的系統(tǒng)調(diào)試，通過實(shí)驗(yàn)-試用-實(shí)驗(yàn)的循環(huán)模式解決研究過程中出現(xiàn)的每個(gè)問題；通過研究單臺(tái)設(shè)備的傳感器配置與系統(tǒng)運(yùn)行、開發(fā)實(shí)用的參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理軟件、進(jìn)行單臺(tái)設(shè)備與工作終端的無線網(wǎng)絡(luò)配置，使得系統(tǒng)內(nèi)部主要組成部分具有參數(shù)檢測(cè)與報(bào)警功能。

2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大型醫(yī)療設(shè)備安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）規(guī)范化管理大型醫(yī)療設(shè)備，變粗放管理為精準(zhǔn)管理；（2）保護(hù)大型醫(yī)療設(shè)備的外部使用環(huán)境，及時(shí)報(bào)警、快速干預(yù)，從而減少故障的發(fā)生；（3）數(shù)據(jù)不取自原廠的遠(yuǎn)程診斷接口，可以脫離原廠的保修合同限制，對(duì)于脫保的大型醫(yī)療設(shè)備起到相同的作用，降低運(yùn)營費(fèi)用[17]；（4）模塊化設(shè)計(jì)，通用性好，監(jiān)測(cè)參數(shù)的種類和數(shù)量可以簡單堆積。

2.4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大型醫(yī)療設(shè)備安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的先進(jìn)性

（1）選用通用款wifi 監(jiān)控器，配合不同的傳感器，降低總體研發(fā)費(fèi)用，故障時(shí)互換性好；（2）管理軟件與實(shí)際工作貼合度較高，便于使用，可以在手機(jī)上隨時(shí)查看，接收?qǐng)?bào)警信息；（3）市場(chǎng)上僅見到單臺(tái)專用設(shè)備監(jiān)控裝置，技術(shù)煩瑣、成本高，未見到同類高性價(jià)比產(chǎn)品。

3 小結(jié)

本研究通過多次組織醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備管理部門、設(shè)備使用科室、維修工程師進(jìn)行業(yè)務(wù)對(duì)接，對(duì)在用醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備管理規(guī)范進(jìn)行解讀，對(duì)醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備管理部門對(duì)設(shè)備日常的管理盲區(qū)進(jìn)行分析，認(rèn)為該系統(tǒng)具有先進(jìn)性、可行性、科學(xué)性和實(shí)用性，對(duì)于提高醫(yī)院大型醫(yī)療設(shè)備管理的效率和可靠性具有重要的意義[18]。醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備管理部門和使用科室認(rèn)為此技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目具有可行性，能夠更加科學(xué)地管理日常工作。

該系統(tǒng)在幾家醫(yī)院的實(shí)用效果證明，其可提高大型醫(yī)療設(shè)備安全管理（醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備基礎(chǔ)性管理）工作的規(guī)范性、科學(xué)性和可追溯性，使用科室能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控每臺(tái)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使其成為醫(yī)學(xué)裝備管理部門對(duì)于全院大型醫(yī)療設(shè)備的預(yù)防性保養(yǎng)管理工具。醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備管理部門以檢查手工表格進(jìn)行的匯總分析為一鍵式數(shù)據(jù)庫分析，優(yōu)化了整個(gè)流程，保證了每次考核工作的可靠性。