皇甫德俊,張 玉,穆小蘇,皇甫賢敏,張 月
隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,大量先進(jìn)、精密、復(fù)雜的醫(yī)療器械逐漸裝備各醫(yī)療單位,這些設(shè)備在大大提高醫(yī)院診療水平和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),其使用風(fēng)險(xiǎn)也呈現(xiàn)不斷上升趨勢[1]。如何保障醫(yī)療設(shè)備安全正常運(yùn)行,控制醫(yī)療設(shè)備使用風(fēng)險(xiǎn)是所有醫(yī)療機(jī)構(gòu)管理層和醫(yī)學(xué)工程部門人員必須引起重視并切實(shí)思考的問題。物聯(lián)網(wǎng)是近年來發(fā)展起來的一種物-物互聯(lián)新技術(shù),基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測,可以打破傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備管理模式,把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控機(jī)制密切結(jié)合起來,推動(dòng)醫(yī)療設(shè)備管理水平的整體提升。
隨著醫(yī)療設(shè)備整體技術(shù)水平的提升以及在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和深入,大量技術(shù)先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備引入到了醫(yī)院,促進(jìn)了醫(yī)院醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步和醫(yī)療水平的提高。但是,目前醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行管理水平提高的速度卻普遍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于醫(yī)療設(shè)備引進(jìn)的速度,醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行監(jiān)管現(xiàn)狀與醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備整體技術(shù)水平并不相稱,也不適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要[2]。多數(shù)醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行管理理念仍然停留在醫(yī)療設(shè)備故障維修及定期保養(yǎng)模式階段也是造成這種局面的一個(gè)重要原因。
醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行管理模式隨著觀念改變和技術(shù)進(jìn)步在不斷地發(fā)展,醫(yī)療設(shè)備維修管理模式也由初級(jí)事后維修、預(yù)防性維修向基于狀態(tài)維修發(fā)展。
醫(yī)療設(shè)備事后維修是在設(shè)備發(fā)生故障后,使其恢復(fù)到技術(shù)規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動(dòng)[3]。在醫(yī)療設(shè)備事后維修理念下,設(shè)備只有在不得不進(jìn)行維修的時(shí)候,才對(duì)其進(jìn)行維修,這種維修模式是目前最常見和最常用的維修管理模式,但也存在著明顯的不足。與事后維修相比,醫(yī)療設(shè)備預(yù)防性維修是一種主動(dòng)的、有計(jì)劃進(jìn)行的維修管理方式。工程人員根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備本身的風(fēng)險(xiǎn)程度、使用頻率、運(yùn)行環(huán)境、故障發(fā)生率等統(tǒng)計(jì)資料綜合考慮對(duì)部分設(shè)備實(shí)施周期性檢查、定檢、再調(diào)整,發(fā)現(xiàn)故障征兆并采取措施以防止故障發(fā)生[4]。這種檢修方式具有一定的科學(xué)性和實(shí)踐性,但同時(shí)也存在2種不可避免的缺陷:一種是對(duì)偶然性事件造成的設(shè)備損害的失修;另一種是對(duì)正常設(shè)備的過度檢修,即“維修不足”和“維修過?!钡默F(xiàn)象。這就決定了該種檢修方式必然會(huì)造成檢修的時(shí)間損失、人力損失、設(shè)備損失以及財(cái)力和物力的嚴(yán)重浪費(fèi)。如何充分發(fā)揮醫(yī)療設(shè)備預(yù)防性維修的優(yōu)勢,有效避免其“維修不足”和“維修過?!钡娜毕?,是醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備技術(shù)保障部門面臨的一個(gè)兩難課題。
基于狀態(tài)維修(condition based maintenance,CBM)是一種以設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)的維修方式[5]?;跔顟B(tài)維修建立的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測技術(shù)、在線診斷技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)的融合,其核心是在線監(jiān)測和分析診斷技術(shù)[6],其目的是在不影響設(shè)備正常運(yùn)行或盡量減少影響的前提下,通過在線精確測量得到醫(yī)療設(shè)備相關(guān)技術(shù)參數(shù)。經(jīng)過狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的分析,提煉出設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的早期征兆和特征,對(duì)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的故障點(diǎn)、故障深度以及發(fā)生故障的發(fā)展趨勢作出準(zhǔn)確的判斷,指導(dǎo)檢修計(jì)劃的制定,使得設(shè)備能夠得到更好的維修和保養(yǎng)。通過醫(yī)療設(shè)備的狀態(tài)檢修能夠減少定期的設(shè)備檢修造成的過度檢修或者失修的問題,是一種耗費(fèi)低、技術(shù)先進(jìn)的檢修方法,能夠最大限度地確保設(shè)備的安全性和可靠性,建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測體系就是一個(gè)有益的嘗試。
物聯(lián)網(wǎng)一般是指“物-物相連的互聯(lián)網(wǎng)”[7],是通過射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[8]。物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療領(lǐng)域具有非常良好的應(yīng)用前景,一直備受美國、日本、韓國等世界發(fā)達(dá)國家的關(guān)注。
從架構(gòu)上看,物聯(lián)網(wǎng)可以劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。在感知層,各醫(yī)療設(shè)備終端根據(jù)監(jiān)控物理量的不同分別部署各種光敏、溫濕、壓力傳感器等,通過監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置和智能傳感網(wǎng)絡(luò),實(shí)時(shí)采集正在運(yùn)行的醫(yī)療設(shè)備的各種狀態(tài)信息;在網(wǎng)絡(luò)層,醫(yī)療設(shè)備智能監(jiān)測裝置之間實(shí)現(xiàn)信息匯聚和交互后,通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)狀態(tài)信息傳送至服務(wù)器和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測中心;在應(yīng)用層,醫(yī)療設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)平臺(tái)及其輔助系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集后進(jìn)行數(shù)據(jù)的多方位綜合分析,并作出相應(yīng)處理。
建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測體系就是在醫(yī)院內(nèi)部局域網(wǎng)平臺(tái)基礎(chǔ)上,借助物聯(lián)網(wǎng)的多種接入方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)的監(jiān)控、傳輸、存儲(chǔ)和管理,利用網(wǎng)絡(luò)將分散、獨(dú)立的醫(yī)療設(shè)備物聯(lián)對(duì)象進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),構(gòu)建一個(gè)能提供不同醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀況的具備統(tǒng)一接入、集中存儲(chǔ)、分級(jí)管理、資源共享特點(diǎn)的物聯(lián)監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)[9]。
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),其末端為采集不同醫(yī)療設(shè)備不同運(yùn)行狀況參數(shù)的各種傳感器,利用有線或無線數(shù)據(jù)傳輸方式,借助院內(nèi)現(xiàn)有的局域網(wǎng)絡(luò),將傳感器連結(jié)成網(wǎng),并將各個(gè)傳感器采集到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)指令服務(wù)器,在指令服務(wù)器中對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析和處理,同時(shí)把設(shè)備數(shù)據(jù)運(yùn)行情況以Web形式發(fā)布,通過網(wǎng)頁瀏覽能看到所監(jiān)測設(shè)備的所有數(shù)據(jù)。另外,指令服務(wù)器通過對(duì)設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備明顯或潛在的運(yùn)行異常,并對(duì)不同的異常狀況,作出不同的應(yīng)對(duì)策略。比如,通過GSM/CDMA接口模塊,發(fā)送報(bào)警短信至一個(gè)或多個(gè)醫(yī)學(xué)工程技術(shù)人員移動(dòng)數(shù)據(jù)接收終端(手機(jī))上,使得技術(shù)人員能夠在第一時(shí)間獲得醫(yī)療設(shè)備異常情況,及時(shí)作出應(yīng)對(duì)處理,防止設(shè)備運(yùn)行異常進(jìn)一步惡化為故障,或者設(shè)備局部小故障引發(fā)設(shè)備整體故障?;谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能如圖1所示。
圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能圖
2.2.1 數(shù)據(jù)采集端
數(shù)據(jù)采集端主要由數(shù)據(jù)采集器構(gòu)成,數(shù)據(jù)采集器主要采集包括液位、壓力、通斷、溫度、濕度等數(shù)據(jù),需要各種類型的傳感器。為了便于傳感器同數(shù)據(jù)采集器無縫對(duì)接,在數(shù)據(jù)采集器上預(yù)留多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)傳感器接口,只要使用合適精度且?guī)в袠?biāo)準(zhǔn)接口的所需傳感器,并選擇需要監(jiān)測設(shè)備的正確采集部位,即可正常開展采集工作。同時(shí)在數(shù)據(jù)采集器中設(shè)置對(duì)應(yīng)的傳感器序號(hào)和采集相關(guān)參數(shù)設(shè)置,做到采集參數(shù)同所需采集設(shè)備一一對(duì)應(yīng),整體清晰。數(shù)據(jù)采集器對(duì)于需要監(jiān)測設(shè)備的鄰接處有網(wǎng)絡(luò)接口的,則可以通過數(shù)據(jù)采集器上預(yù)留的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)口RJ45接口進(jìn)行對(duì)接,通過院內(nèi)的局域網(wǎng)建立數(shù)據(jù)采集器同服務(wù)器兩者的互通。這樣既可以把采集到的異常信號(hào)傳給服務(wù)器,也可以通過服務(wù)器對(duì)各個(gè)采集端進(jìn)行定期巡檢和數(shù)據(jù)采集,確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常。對(duì)于移動(dòng)不固定的或鄰接處無網(wǎng)絡(luò)接口的監(jiān)測設(shè)備,則選擇無線傳輸功能。在數(shù)據(jù)采集器中也預(yù)留了無線傳輸功能,需要用時(shí)把鏈接模式設(shè)置成無線模式則可進(jìn)行無線鏈接。通過無線傳輸同最近點(diǎn)的Wi-Fi收發(fā)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。一個(gè)Wi-Fi收發(fā)器能覆蓋有效直徑范圍內(nèi)的無線數(shù)據(jù),避免了重新布線的麻煩。Wi-Fi收發(fā)器的RJ45接口同局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口直接對(duì)接,這樣就解決了有線和無線的矛盾。而數(shù)據(jù)采集器中的處理器采用基于MSP430或者ARM結(jié)構(gòu)的嵌入式處理器,這樣軟件編程方便,增加了靈活度。
2.2.2 網(wǎng)絡(luò)組建
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與控制指令全部由Intranet網(wǎng)絡(luò)傳輸。傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換,可以由移動(dòng)或固定端口等方式接入Intranet網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和分析,同樣,從服務(wù)器發(fā)出的相應(yīng)信息可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)以Web服務(wù)的方式進(jìn)行發(fā)布,也可以通過服務(wù)器的GSM或CDMA接口發(fā)向指定的移動(dòng)數(shù)據(jù)終端(手機(jī)或其他智能終端),實(shí)現(xiàn)簡單控制信息逆向傳輸。
整體數(shù)據(jù)傳輸和控制傳輸網(wǎng)絡(luò)基于目前醫(yī)院現(xiàn)有的Intranet網(wǎng)絡(luò),采用有線和無線靈活組網(wǎng)的方式,只需在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上添加有限設(shè)備即可,施工費(fèi)用低廉,組網(wǎng)方式靈活。另外,也可以借助移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施數(shù)據(jù)通信,只需在服務(wù)器端增加各移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供的網(wǎng)絡(luò)接口即可。
2.2.3 Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)、指令服務(wù)器
Web服務(wù)器采用B/S模式編程,主要承擔(dān)信息查詢和設(shè)備有限控制任務(wù),服務(wù)器軟件采用開源免費(fèi)TOMCAT系統(tǒng),使用JavaWeb實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站開發(fā),可以進(jìn)一步地節(jié)省網(wǎng)站建設(shè)費(fèi)用。數(shù)據(jù)、指令服務(wù)器方案采用C/S模式編程,主要承擔(dān)設(shè)備巡檢、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析與有限報(bào)警任務(wù),該系統(tǒng)用.NET進(jìn)行服務(wù)器軟件開發(fā),主要完成網(wǎng)絡(luò)程序搭建和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)驅(qū)動(dòng)編程。
2.2.4 數(shù)據(jù)信息發(fā)布
系統(tǒng)采用Web服務(wù)的方式發(fā)布數(shù)據(jù),并管理設(shè)備;通過網(wǎng)頁實(shí)時(shí)發(fā)布設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù),并通過網(wǎng)頁實(shí)施一定的控制和報(bào)警。
2.2.5 GSM/CDMA接口與移動(dòng)終端系統(tǒng)
服務(wù)器系統(tǒng)通過GSM或CDMA接口,通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向指定手機(jī)或移動(dòng)設(shè)備發(fā)布數(shù)據(jù)和警報(bào),各種移動(dòng)終端通過固定形式的短消息,也可以向各個(gè)故障點(diǎn)實(shí)施有限主動(dòng)控制干預(yù)。
GSM/CDMA接口方案采用各移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供的網(wǎng)絡(luò)接口,技術(shù)成熟,接口通信編程規(guī)范,易于實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)終端系統(tǒng)方案一般采用短消息業(yè)務(wù),無需額外投資,若使用移動(dòng)智能終端,只需開發(fā)移動(dòng)智能終端客戶端系統(tǒng)軟件即可。
2.2.6 設(shè)備故障診斷技術(shù)
設(shè)備故障診斷技術(shù)包括信息庫和知識(shí)庫的建立以及信號(hào)采集、加工處理、異常分析和預(yù)報(bào)決策等4個(gè)工作程序。(1)信號(hào)采集:使用傳感器、數(shù)據(jù)采集器等技術(shù)手段,對(duì)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)加以監(jiān)測與采集。由此建立起來的是狀態(tài)信號(hào)的數(shù)據(jù)庫,屬于初始模式。(2)加工處理:將采集到的狀態(tài)信號(hào)通過信號(hào)處理,進(jìn)行放大或壓縮、去除噪聲干擾等操作,以提取故障特征,形成待檢模式。(3)異常分析:以數(shù)據(jù)庫技術(shù)所建立起來的故障檔案庫為基準(zhǔn),根據(jù)理論分析結(jié)合故障案例,把待檢信號(hào)數(shù)據(jù)庫與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較和分類,分析設(shè)備的正常與異常。(4)預(yù)報(bào)決策:經(jīng)過判別,對(duì)屬于正常狀態(tài)的繼續(xù)監(jiān)視,重復(fù)以上程序,對(duì)屬于異常狀態(tài)的,查明故障情況,作出趨勢分析,估計(jì)今后發(fā)展和可繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間以及根據(jù)問題提出控制措施和維修決策。
系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案原則上采用現(xiàn)行的成熟技術(shù),充分利用現(xiàn)有的局域網(wǎng)基礎(chǔ)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò),因此整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、安全性和高效性都得到了全面的提升。
系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備集中監(jiān)測管控。通過無縫跨越不同平臺(tái)之間物理上的間隔,實(shí)現(xiàn)各設(shè)備系統(tǒng)之間應(yīng)用上的監(jiān)測連接,管理上的互通,為管理人員提供一個(gè)集中的監(jiān)控平臺(tái)中心,從而對(duì)多個(gè)獨(dú)立運(yùn)行管理系統(tǒng)中重要數(shù)據(jù)、工作進(jìn)程的掌握有著重要實(shí)際意義。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無人值守的定向報(bào)警和有限的主動(dòng)危機(jī)管控。系統(tǒng)采用服務(wù)器巡檢和終端突發(fā)警報(bào)2種數(shù)據(jù)傳輸模式,終端突發(fā)警報(bào)數(shù)據(jù)流將優(yōu)先于服務(wù)器巡檢優(yōu)先級(jí),服務(wù)器可將警報(bào)數(shù)據(jù)傳送給指定故障排除人員;另外,對(duì)一些簡易故障,智能終端還可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)危機(jī)管控控制,并將控制后的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器建檔。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)判,指導(dǎo)檢修人員定時(shí)巡檢。本系統(tǒng)可以為易故障設(shè)備建立故障檔案,統(tǒng)計(jì)設(shè)備使用年限、檢修記錄,進(jìn)行分析預(yù)警。根據(jù)設(shè)備檢修周期,設(shè)定不同預(yù)警周期,提醒并指導(dǎo)檢修人員合理安排工作。
開展基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究,將降低醫(yī)療設(shè)備技術(shù)保障人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高工作效率,進(jìn)而提高醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行的安全性,有效降低醫(yī)療設(shè)備使用風(fēng)險(xiǎn)?;谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是醫(yī)院信息化建設(shè)的重要組成部分,系統(tǒng)的建立與投入運(yùn)行,有效提升了醫(yī)療設(shè)備技術(shù)保障能力,提高設(shè)備了運(yùn)行管理精益化水平。
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