□ 李玉峰 Li Yu-feng 高翔 Gao Xiang 閆亭亭 Yan Ting-ting 張璐璐 Zhang Lu-lu

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是醫(yī)用設(shè)備的主要部分，數(shù)字化X線(xiàn)攝影(digital radiography，DR)和核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)等多種影像設(shè)備已在各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用，為患者提供精確診斷和有效治療發(fā)揮著不可替代的作用[1]。由于構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)格昂貴，為了使設(shè)備保持良好狀態(tài)，需要制定完善的維護(hù)和管理計(jì)劃。

2019年1月，國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于加強(qiáng)三級(jí)公立醫(yī)院績(jī)效考核工作的意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)〔2019〕4號(hào))對(duì)大型醫(yī)用設(shè)備維修和保養(yǎng)及質(zhì)控管理提出“引導(dǎo)醫(yī)院關(guān)注醫(yī)用設(shè)備的維修保養(yǎng)和質(zhì)量控制，有巡檢、保養(yǎng)、維修等相關(guān)記錄及設(shè)備管理部門(mén)對(duì)臨床使用部門(mén)的監(jiān)管、培訓(xùn)記錄”的要求[2]。醫(yī)療設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)(preventive maintenance，PM)就是通過(guò)對(duì)醫(yī)療設(shè)備定期的檢查、檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)故障征兆或?yàn)榉乐构收习l(fā)生，使其保持規(guī)定功能狀態(tài)，定期進(jìn)行的各種維護(hù)活動(dòng)[3]。

目前，各主流廠(chǎng)家對(duì)CT設(shè)備采取等周期預(yù)防維護(hù)策略，即不考慮設(shè)備使用頻率、故障次數(shù)，到期即進(jìn)行保養(yǎng)，優(yōu)點(diǎn)在于方便，缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮設(shè)備實(shí)際使用情況，缺乏靈活性。為此本研究提出基于CT過(guò)往報(bào)修記錄，推算出其故障統(tǒng)計(jì)模型，得出基于可靠度的保養(yǎng)周期，探索基于回退因子的彈性保養(yǎng)周期策略。

研究方法與模型建立

從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度進(jìn)行可靠性分析，通過(guò)CT設(shè)備報(bào)修數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理，提出系統(tǒng)分布模型假設(shè)，利用參數(shù)估計(jì)方法，對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)及優(yōu)化，求得量化指標(biāo)，為后續(xù)相關(guān)分析打下基礎(chǔ)，見(jiàn)圖1。

圖1 模型建立流程

1.數(shù)據(jù)預(yù)處理分析。選取醫(yī)院2017年至2020年CT報(bào)修數(shù)據(jù)，包含報(bào)修時(shí)間、故障現(xiàn)象等。報(bào)修數(shù)據(jù)沒(méi)有規(guī)律和次序，須經(jīng)過(guò)人工處理與分析，才能顯示出其內(nèi)在的規(guī)律性。研究首先提取出故障累計(jì)時(shí)間序列，其次，計(jì)算出故障分布函數(shù)F n 的估計(jì)值由于數(shù)據(jù)較少，利用中位秩公式〔公式(1)〕計(jì)算。數(shù)據(jù)處理結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 CT故障數(shù)據(jù)

2.故障分布模型選擇[4]

累積失效概率，是產(chǎn)品在要求的條件和要求的時(shí)間內(nèi)失效的概率，其值等于1減可靠度，表示為F(t)。累積失效密度，為累積失效函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，也稱(chēng)累積失效密度函數(shù)。

可靠度，指產(chǎn)品在要求的條件下和要求的時(shí)間內(nèi)完成要求功能的概率，表示為R(t)。

故障率函數(shù)，表示工作到某個(gè)時(shí)刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率，稱(chēng)為故障率，表達(dá)式

在可靠性評(píng)價(jià)中，常用兩參數(shù)威布爾分布、指數(shù)分布和正態(tài)分布進(jìn)行評(píng)價(jià)，見(jiàn)表2。

表2 常見(jiàn)分布的可靠度、累積失效概率、累積失效密度

3.模型參數(shù)估計(jì)和擬合檢驗(yàn)。參數(shù)估計(jì)遵守?zé)o偏性、一致性、有效性和充分性。目前常用的估計(jì)樣本總體參數(shù)方法主要有：極大似然估計(jì)、最小二乘估計(jì)(Least Squares Estimates，LSE)和矩量估計(jì)等。本研究采用最小二乘法，其求解思路為使擬合函數(shù)值與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和最小。經(jīng)過(guò)最小二乘法估計(jì)的參數(shù)和分布擬合，結(jié)果見(jiàn)表3和圖2。

圖2 各分布擬合圖

表3 LSE分布參數(shù)

本研究采用K-S檢驗(yàn)法對(duì)樣本分布進(jìn)行檢驗(yàn)，以樣本數(shù)據(jù)的累計(jì)頻數(shù)分布與特定理論分布比較。當(dāng)兩者間的差距很小時(shí)，則推論該樣本屬于特定分布族[5]，它的判斷公式如下：

4.故障分布模型選優(yōu)。由于K-S檢驗(yàn)時(shí)，僅考慮累積分布函數(shù)的最大誤差，未考慮概率密度函數(shù)的誤差和累積分布函數(shù)的累積誤差，很可能出現(xiàn)同一組測(cè)試數(shù)據(jù)的不同分布，均通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)的情況[6]。這里就需要引入擬合優(yōu)度指標(biāo)，計(jì)算相關(guān)指數(shù)R來(lái)衡量分布擬合的程度，它的計(jì)算公式如下：

R∈ (0，1)，R的值越接近于1，分布函數(shù)曲線(xiàn)的擬合越好。最終指數(shù)分布0.9764，威布爾分布0.9847，正態(tài)分布0.9797。

可以看出，CT故障分布較好地服從威布爾分布，其次是正態(tài)分布，服從指數(shù)分布的可能性比較小。最終得到CT的故障分布函數(shù)為：

基于可靠性的保養(yǎng)周期

在設(shè)備保養(yǎng)周期的研究中，成本始終是使用單位關(guān)心的話(huà)題，其他如安全性、有效性也是需要考慮的因素，但基于大型影像設(shè)備對(duì)醫(yī)院及疾病診斷的重要性和不可替代性，往往將設(shè)備的可靠性放在首位。

在確立可靠性為優(yōu)先目標(biāo)后，CT設(shè)備可靠性與維護(hù)周期存在下述關(guān)系。

設(shè)定不同的可靠性參數(shù)，可以得到不同保養(yǎng)周期的天數(shù)。趨勢(shì)是設(shè)備可靠性水平越高，保養(yǎng)周期越短，見(jiàn)表4。但在實(shí)踐中，保養(yǎng)周期過(guò)短會(huì)造成設(shè)備運(yùn)用效率的下降，經(jīng)濟(jì)性受到影響，而保養(yǎng)周期過(guò)長(zhǎng)，則可能引起設(shè)備損傷加劇或損壞，增加維修次數(shù)和時(shí)間。因此，保養(yǎng)周期需要醫(yī)院工程部門(mén)在設(shè)備安全使用與維修成本的平衡中做出決策。

表4 設(shè)備可靠性與保養(yǎng)周期的關(guān)系

基于役齡回退因子的保養(yǎng)周期

CT的保養(yǎng)工作可分為電源分配柜、操作臺(tái)、滑環(huán)、機(jī)架、掃描床、安全測(cè)試、圖像質(zhì)量、定位燈和準(zhǔn)直器、機(jī)架驅(qū)動(dòng)等部分，從工作量上可分為小保養(yǎng)和大保養(yǎng)。小保養(yǎng)即進(jìn)行圖像檢查、校正和檢查報(bào)錯(cuò)信息，大保養(yǎng)即進(jìn)行拆機(jī)除塵、更換過(guò)濾網(wǎng)和碳刷、機(jī)架和檢查床上油、驅(qū)動(dòng)皮帶張力檢查等和所有小保養(yǎng)項(xiàng)目。在實(shí)際工作中，無(wú)論進(jìn)行哪個(gè)項(xiàng)目或程度的保養(yǎng)，都不會(huì)使設(shè)備恢復(fù)如新，并出現(xiàn)回退現(xiàn)象。

根據(jù)保養(yǎng)工作對(duì)設(shè)備恢復(fù)程度的不同，周期性的保養(yǎng)作業(yè)可分為下述不同的類(lèi)型[7]，見(jiàn)圖3。

圖3 不同保養(yǎng)策略對(duì)應(yīng)的可靠性曲線(xiàn)

完美保養(yǎng)：保養(yǎng)工作可以讓設(shè)備系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。

最小保養(yǎng)：保養(yǎng)工作不能改變?cè)O(shè)備壽命分布，只使其工作能力及技術(shù)狀況維持在保養(yǎng)維護(hù)前的水平。

不完美保養(yǎng)：保養(yǎng)工作雖然做不到讓設(shè)備系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)，但有助于延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，使其性能回退到保養(yǎng)前某時(shí)刻的狀態(tài)。

惡化保養(yǎng)：保養(yǎng)工作后設(shè)備的故障率出現(xiàn)增加，而且運(yùn)行狀況比保養(yǎng)工作前更加劣化。

破壞保養(yǎng)：保養(yǎng)作業(yè)后設(shè)備不能維持其原有技術(shù)狀況，使設(shè)備出現(xiàn)故障或不能使用。

通常CT的保養(yǎng)既有更換配件項(xiàng)目、又有加油除塵保養(yǎng)項(xiàng)目，屬于不完美保養(yǎng)。對(duì)于不完美保養(yǎng)，需要引入相關(guān)參數(shù)描述不完美保養(yǎng)的程度。目前，常用改善因子或役齡回退因子進(jìn)行描述。1979年，Malik提出了改善因子的方法，并將其用于描述維修行為對(duì)失效率(故障率)的影響作用[8]，

圖4 不完美保養(yǎng)中，各保養(yǎng)周期內(nèi)可靠性曲線(xiàn)變化

從表5可以看出，隨著時(shí)間推移，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)老化，出現(xiàn)性能回退現(xiàn)象，為了維持較高的可靠水平，需要不斷縮短保養(yǎng)周期，增加維護(hù)次數(shù)，制定彈性的保養(yǎng)策略。

表5 不同回退因子對(duì)應(yīng)的保養(yǎng)周期（R=0.9）

結(jié)語(yǔ)

CT是醫(yī)學(xué)影像學(xué)重要的檢查設(shè)備，也是新型冠狀病毒影像檢查的必備設(shè)備。它的圖像診斷質(zhì)量直接影響到診斷結(jié)果。本文在分析CT廠(chǎng)家的保養(yǎng)策略基礎(chǔ)上，提出了基于設(shè)備工作可靠性的保養(yǎng)策略，并探索了基于役齡回退因子的彈性保養(yǎng)策略，以確保設(shè)備的正常高效使用。