朱宗達(dá)，藍(lán)建汀，范夏彬，胡永獅（通信作者）

1 廈門大學(xué)附屬翔安醫(yī)院 （福建廈門 361101）；2 廈門市兒童醫(yī)院 （福建廈門 361001）；3 廈門大學(xué)附屬心血管病醫(yī)院 （福建廈門 361001）

核酸檢測和放射影像（CT或胸片）在新型冠狀病毒肺炎的診斷和預(yù)后評價(jià)起著重要作用，且效果顯著，而隨著近年來醫(yī)學(xué)科技的進(jìn)步，超聲影像在肺部疾病診斷中的作用日益凸顯，含氣的空腔性臟器不再是醫(yī)學(xué)超聲的“禁區(qū)”。隨著超聲診斷實(shí)例在此次疫情中的不斷出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)超聲技術(shù)和設(shè)備可以在疫情防控中發(fā)揮更加重要的作用[1]。本研究首先分析超聲設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，然后對超聲設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)進(jìn)行思考，進(jìn)而做出超聲設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1 超聲設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

超聲設(shè)備主要由以下幾部分組成：后端圖像處理模塊、前端信號采集模塊、顯示模塊、探頭模塊、電源模塊、外設(shè)模塊（包括打印機(jī)、錄像機(jī)等）[2]。

超聲設(shè)備的理論基礎(chǔ)是振動(dòng)與波，利用超聲物理學(xué)所研究的超聲波在生物組織中的傳播特性和規(guī)律，通過向人體中發(fā)射超聲波，獲取人體組織或血液的超聲回波信息，并根據(jù)回波信息建立的圖像進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷。由于人體各組織有聲學(xué)的特性差異，超聲波在人體內(nèi)傳播時(shí)，會(huì)在兩種不同組織界面處產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射、衰減，且聲源與接收器相對運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移等物理特性。超聲設(shè)備采用各種掃查方法，接收這些反射、散射信號，可顯示各種組織及其病變的形態(tài)，從而對病變部位、性質(zhì)和功能障礙程度作出診斷[3]。

2 超聲設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)的思考

隨著醫(yī)療科技的不斷發(fā)展，超聲設(shè)備以操作簡便、易消毒、無創(chuàng)、無放射損傷等特點(diǎn)，已被證實(shí)在危重癥肺炎的診治中可發(fā)揮重要作用，同時(shí)結(jié)合臨床應(yīng)用實(shí)際情況進(jìn)行不斷改進(jìn)和完善，將為新型冠狀病毒肺炎臨床診療提供更大幫助。但超聲設(shè)備因高頻次的使用，以及受如人為操作不規(guī)范等諸多因素的影響，在實(shí)際使用中不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障。既往由于缺乏良好的預(yù)警手段，大部分故障都只能在事后處理，很難有效規(guī)避故障損失；同時(shí)，設(shè)備使用人員和維修人員無法預(yù)知超聲設(shè)備故障發(fā)生的時(shí)間，設(shè)備出現(xiàn)故障后維修周期過長，對于較偏遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，維修周期可能會(huì)更長；此外，超聲設(shè)備中電路板交叉組合，且包含海量的數(shù)據(jù)信息，其要求維修人員具備很強(qiáng)的專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)，但當(dāng)發(fā)生此類故障時(shí)，即便是有經(jīng)驗(yàn)的維護(hù)人員，也很難圓滿地解決問題。因此，超聲設(shè)備故障的解決和大部分的醫(yī)學(xué)設(shè)備一樣，需要相關(guān)維護(hù)人員長時(shí)間專業(yè)經(jīng)驗(yàn)的積累[4]。

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算等技術(shù)的飛速發(fā)展，目前已研發(fā)出超聲機(jī)器人，醫(yī)師可以結(jié)合先進(jìn)的遠(yuǎn)程超聲診療技術(shù)，通過5G 無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制超聲機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，基于云平臺進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程操控和會(huì)診，同步顯示檢查圖像，有專業(yè)醫(yī)療人員遠(yuǎn)程進(jìn)行診斷，并指導(dǎo)現(xiàn)場醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程診療，有效避免醫(yī)務(wù)工作者發(fā)生交叉感染[5]。在新冠肺炎防控期間，工作在一線的設(shè)備工程師面臨極大的職業(yè)暴露風(fēng)險(xiǎn)，如將臨床遠(yuǎn)程診療的思路引入超聲設(shè)備維護(hù)管理中，可以突破傳統(tǒng)維護(hù)管理模式的局限性，將各種品牌超聲設(shè)備聯(lián)通，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等最新技術(shù)，通過數(shù)據(jù)采集、云計(jì)算、遠(yuǎn)程指導(dǎo)等手段，設(shè)計(jì)一套超聲設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)，提高維護(hù)效率，有效地降低設(shè)備工程師的交叉感染風(fēng)險(xiǎn)。

3 超聲設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

近年來，超聲設(shè)備有以下兩方面的發(fā)展和突破：（1）硬件集成度越來越高，性能不斷提升，可靠性穩(wěn)步提高，成本也逐漸下降；（2）通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等軟件技術(shù)快速發(fā)展，為在線監(jiān)測、收集、存儲(chǔ)、分析處理大數(shù)據(jù)并快速響應(yīng)帶來有力的保障[6]。

超聲設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)是利用數(shù)據(jù)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等采集超聲設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在線智能檢測、遠(yuǎn)程故障預(yù)測、遠(yuǎn)程診斷管理、設(shè)備健康狀態(tài)評價(jià)、大數(shù)據(jù)挖掘等，形成智能檢測、遠(yuǎn)程診斷、設(shè)備全生命周期管理等新型能力，以及維護(hù)管理各環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通，提升維護(hù)管理水平[7]。

超聲設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)主要由監(jiān)測模塊、傳輸模塊、分析模塊、維護(hù)模塊及自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊等組成，見圖1[7]。

圖1 超聲設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)模塊圖

3.1 監(jiān)測模塊

監(jiān)測模塊通過集成不同類型的傳感器和處理器，可兼容不同品牌超聲設(shè)備的數(shù)據(jù)接口和通信協(xié)議，實(shí)時(shí)采集各種超聲設(shè)備的電壓、電流、溫濕度、日志等設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)置物聯(lián)網(wǎng)卡為后續(xù)工作傳輸數(shù)據(jù)。監(jiān)測模塊的電源供給通過USB 提供。

3.2 傳輸模塊

傳輸模塊將監(jiān)測模塊采集到的超聲設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，傳輸至分析模塊，改模塊可自定義設(shè)置傳輸時(shí)間，保證數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)募皶r(shí)性。

3.3 分析和維護(hù)模塊及自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊

分析模塊基于大數(shù)據(jù)、專家知識庫等技術(shù)對接收到的設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，通過對比設(shè)備正常參數(shù)，判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并預(yù)測未來發(fā)展趨勢。對比對象分為單機(jī)及集群對比。單機(jī)對比是指以設(shè)備自身健康狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)為參照，通過機(jī)器自學(xué)習(xí)等方式建立基準(zhǔn)模型，當(dāng)監(jiān)測到設(shè)備參數(shù)有不健康趨勢時(shí)予以提醒；但單機(jī)對比有一定的局限性，如由于采集數(shù)據(jù)種類等的不全面容易導(dǎo)致預(yù)測不準(zhǔn)確。集群對比是通過互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，對同類機(jī)臺之間的差異性進(jìn)行比較與分析，從而提供更加可靠的健康評估和診斷結(jié)果，實(shí)現(xiàn)整個(gè)科室超聲設(shè)備甚至更大范圍的集群管理與預(yù)測。

超聲設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)基于知識庫及相關(guān)算法，根據(jù)分析模塊的分析結(jié)果進(jìn)行維護(hù)可行性分析，以可視化手段給出維護(hù)計(jì)劃，包括維護(hù)的時(shí)間、地點(diǎn)、人員和內(nèi)容等。當(dāng)超聲設(shè)備出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，維護(hù)模塊可通過強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，根據(jù)問題的大小，顯示待定、提醒、報(bào)警、報(bào)錯(cuò)等不同類型的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)涉及過熱、參數(shù)設(shè)置、磁盤空間過小等小問題時(shí)，管理系統(tǒng)可發(fā)送指令，完成自動(dòng)調(diào)節(jié)；如果遇到系統(tǒng)無法自動(dòng)調(diào)節(jié)解決的問題，參考維護(hù)模塊給出的診斷參考，工程師可采取人工干預(yù)，選擇遠(yuǎn)程在線處理或者現(xiàn)場解決問題。

4 小結(jié)

新型冠狀病毒肺炎疫情是我國繼2003年“非典”之后發(fā)生的又一次重大突發(fā)性公共衛(wèi)生事件，現(xiàn)代化的醫(yī)療設(shè)備是保障抗疫成功的關(guān)鍵。本研究基于物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)思了超聲設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對超聲設(shè)備使用情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且通過云計(jì)算數(shù)據(jù)分析，判斷超聲設(shè)備狀態(tài)并可快速解決問題。該系統(tǒng)不僅可以提升超聲設(shè)備維護(hù)管理效率，延長設(shè)備的使用壽命，還可以節(jié)省費(fèi)用，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[8-11]；同時(shí)，該應(yīng)用設(shè)計(jì)也可為其他醫(yī)學(xué)設(shè)備的管理提供借鑒。