李雅瓊，倪健，駱星九，邵壯超，張孝強

近年來，海軍戰(zhàn)略由“近海防御”向“近海防御、遠海防衛(wèi)”快速轉(zhuǎn)型，我海上編隊規(guī)模不斷擴大，與之匹配的海上衛(wèi)勤保障能力也在穩(wěn)步提高。諸多新型海上醫(yī)療衛(wèi)生裝備陸續(xù)配備至部隊，為提升海上艦船戰(zhàn)斗力提供了有力支撐。海上醫(yī)療衛(wèi)生裝備長期處于高溫、高濕、高鹽等海洋氣候條件下，以及處在搖擺、傾斜、震動和沖擊等復雜的機械環(huán)境下，因此，故障率比陸地醫(yī)院醫(yī)療設備故障率高20%～40%，嚴重影響了海上醫(yī)療保障任務能力［1］，同時還面臨著維護保養(yǎng)人員不足、設備狀態(tài)缺乏定時查驗等問題［2］。因此，對海上艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備的狀態(tài)檢測、效能評估提出了更高要求。本研究基于艦載網(wǎng)絡及智能傳感器技術(shù)在艦船環(huán)境下的應用，分析艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備管理現(xiàn)狀與前沿技術(shù)，提出艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備監(jiān)測技術(shù)在配發(fā)、管理、使用、維護過程中的發(fā)展趨勢。

1 艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備管理現(xiàn)狀

近年來，隨著衛(wèi)生裝備的數(shù)量與價值快速提升，相應的管理要求也需要同步提升。雖然醫(yī)院船、航母、兩棲攻擊艦等大型艦船配備的醫(yī)療設備逐漸增加，但缺乏專職管理人員，醫(yī)院船醫(yī)療中心常駐僅20 余人，兩棲攻擊艦平時僅配備1 名軍醫(yī)和2 名衛(wèi)生員［3］。這些艦艇衛(wèi)生人員主要擔負駐艦官兵的健康維護工作，在醫(yī)療設備的管理與維護方面，難以達到專業(yè)水平。據(jù)某船相關(guān)從業(yè)人員描述，在停航期間，所有設備日常開、關(guān)機維護一次，就要近5 個小時。現(xiàn)階段醫(yī)療裝備的管理大多停留在賬目相符、設備堪用的層次，設備的狀態(tài)、維修、使用頻率、保養(yǎng)等數(shù)據(jù)缺失嚴重［4］。

當前，海上艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備運行監(jiān)管狀況難以適應現(xiàn)代艦船裝備管理的需要，多數(shù)醫(yī)療衛(wèi)生裝備的運行理念仍停留在醫(yī)療設備故障維修及定期保養(yǎng)模式上，甚至有些裝備由于使用率低，缺乏維護與保養(yǎng)，長期處于封存狀態(tài)。因此，如何提高設備使用效率，降低設備管理成本，有效服務于戰(zhàn)場環(huán)境，是當前海上醫(yī)療衛(wèi)生裝備管理面臨的難題。

2 醫(yī)療衛(wèi)生裝備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 艦載醫(yī)療衛(wèi)生裝備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

當前艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備的狀態(tài)監(jiān)測仍為傳統(tǒng)統(tǒng)計方式，由衛(wèi)生人員負責醫(yī)療衛(wèi)生裝備的維護及簡單維修，采取人工周期性檢查的方式，發(fā)現(xiàn)故障風險時才采取措施。這種維護方式有2 個弊端，一是突發(fā)偶然故障無法及時排除，二是過度的定期巡檢浪費人力并增加設備損耗。目前尚沒有成熟的可以實時監(jiān)測的艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備管理系統(tǒng)，主要原因：一是當前大部分海上救治平臺均采用有線網(wǎng)絡連接，限制了現(xiàn)階段各種無線傳感器技術(shù)的使用推廣［5］；二是數(shù)量龐大，經(jīng)費負擔重。

2.2 陸上醫(yī)療衛(wèi)生裝備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

陸上醫(yī)院針對醫(yī)療設備狀態(tài)監(jiān)測方式主要包括以下幾種方式。（1）軟件統(tǒng)計法：從醫(yī)療HIS 中提取設備使用信息，通過分析軟件形成數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計報表，可以一定程度上描繪設備使用狀態(tài)。但是軟件統(tǒng)計法不能定位到某個設備，主要是從功能角度來統(tǒng)計分析，不針對單一設備。（2）數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)：探討醫(yī)療設備故障模式與設備使用環(huán)境因素、電氣因素及氣路因素的潛在關(guān)系，構(gòu)建粗糙神經(jīng)網(wǎng)絡模型對采集的故障因素數(shù)據(jù)進行訓練和測試。（3）傳感器監(jiān)測技術(shù)：通過無線網(wǎng)絡（ZigBee、藍牙、無線、物聯(lián)網(wǎng)等形式）傳輸由單片機從各類傳感器收集來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)計報表，用來反映醫(yī)療設備各功能的利用情況。

3 艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 基于非接觸傳感器的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

當前，某大型海上救治平臺計劃進行5G 應用試點。5G網(wǎng)絡有著高速率、低時延、廣連接等特性，在封閉的艦船艙室條件下，可以打破原有有線網(wǎng)絡和低帶寬的限制，實時傳輸數(shù)千臺醫(yī)療設備的狀態(tài)信息以及環(huán)境信息，實現(xiàn)超高頻、超大數(shù)據(jù)量的醫(yī)療設備資產(chǎn)運行數(shù)據(jù)采集及分析計算。利用5G 網(wǎng)絡，將來艦載通信能力有望迎來重大突破。

以5G 網(wǎng)絡為基礎，可對艦船醫(yī)療設備的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進行設計。如圖1 所示，系統(tǒng)主要由前端傳感器設備、數(shù)據(jù)中臺、客戶端設備組成。通過加載設備狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測終端、環(huán)境動態(tài)監(jiān)測終端、電氣指標超高頻智能采集控制終端，實時采集并傳輸設備位置、實時狀態(tài)、異常預警、使用效率等設備狀態(tài)信息，依托5G 網(wǎng)絡傳輸至艦艇醫(yī)療衛(wèi)生裝備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)中臺，衛(wèi)生人員可以通過手持PDA 或計算機客戶端監(jiān)控設備與環(huán)境狀態(tài)、排查設備故障、生成統(tǒng)計報表、評估設備運行趨勢。衛(wèi)生裝備管理人員可統(tǒng)籌查看設備整體使用情況，評估裝備效能。

圖1 基于非接觸傳感器的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 新型傳感器的廣泛應用

隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，設備狀態(tài)傳感器將綜合集成多種監(jiān)測數(shù)據(jù)，如電信號、運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，同時兼顧小型化與低功耗的特點，通過外掛方式加裝設備參數(shù)傳感器采集設備數(shù)據(jù)，并發(fā)送至管理云平臺進行數(shù)據(jù)分析與處理［5］。艦載傳感器的使用瓶頸在于艙內(nèi)無線信號屏蔽與環(huán)境的適應性。

3.2.1 設備狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測終端 設備狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測終端主要針對有源設備，設備通電后，可實時采集和上傳設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)匯總到服務器后，實現(xiàn)對單臺設備、同類設備進行數(shù)據(jù)化管理和分析。針對艦船的復雜環(huán)境，動態(tài)監(jiān)測終端應采用物理綁定，確保醫(yī)療設備與監(jiān)測模塊全生命周期始終連接在一起；內(nèi)置電池，即使設備不通電，也能實現(xiàn)設備定位，當設備超過設定時間不通電時，將發(fā)出終端報警；采用旁路監(jiān)測技術(shù)，即使監(jiān)測模塊發(fā)生故障，也不影響醫(yī)療設備的使用。見圖2。

圖2 設備狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測終端

3.2.2 環(huán)境動態(tài)監(jiān)測終端 環(huán)境動態(tài)監(jiān)測終端是一種醫(yī)療空間環(huán)境質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測終端。艦船經(jīng)常處于高溫高濕環(huán)境，對醫(yī)療設備的運行狀態(tài)影響非常大，一些醫(yī)療設備通常不是使用造成的損壞，而是高濕環(huán)境造成的損壞。在設備放置的艙室部署一臺環(huán)境動態(tài)監(jiān)測終端，即可實現(xiàn)醫(yī)療空間環(huán)境溫度、濕度、氣壓等指標實時采集和上傳，數(shù)據(jù)匯總到服務器后，即可實現(xiàn)對單個醫(yī)療空間、科室環(huán)境質(zhì)量進行數(shù)據(jù)化管理和分析，超出設置的溫濕度閾值就會在手持PDA 上發(fā)出警報，見圖3。

圖3 環(huán)境動態(tài)監(jiān)測終端

3.2.3 電氣指標超高頻智能采集控制終端 電氣指標超高頻智能采集控制終端是一種可以監(jiān)測低電壓、短路、斷電等電路狀態(tài)的終端，可以手持PDA 終端遠程控制設備開關(guān)機、設備閑置期自檢，減輕艦船醫(yī)務人員的工作負擔。將電氣指標超高頻智能采集控制終端安裝到重點監(jiān)測的設備處，進行實時在線故障監(jiān)測分析，發(fā)現(xiàn)故障第一時間報警。系統(tǒng)可精確獲取故障發(fā)生前后各電氣量的實時故障曲線，艦船醫(yī)務人員可快速進行故障判斷并處置，見圖4。

圖4 故障錄波圖

3.3 個人手持PDA 終端

海上艦船手持PDA 應具備防水、防潮、防鹽霧、抗震、防摔、電磁兼容等基本特性。依托艦載網(wǎng)絡，PDA 與衛(wèi)生裝備有源傳感器形成數(shù)據(jù)專網(wǎng)，便捷掃描無源設備的信息二維碼。PDA 主要應用于如下場景：一是首次完成設備智能傳感器標志與醫(yī)療設備的快速綁定；二是日常巡檢設備與環(huán)境狀態(tài)，查看由傳感器匯總的數(shù)據(jù)信息；三是通過電源加裝的傳感器實現(xiàn)設備遠程控制開關(guān)機、自檢。手持PDA 提高了艦船衛(wèi)生管理人員的工作效率，節(jié)約了數(shù)據(jù)采集時間，減少了采集步驟，改變了原有的固定計算機錄入查詢統(tǒng)計方式。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 基于機器學習的醫(yī)療設備狀態(tài)鑒別算法

由傳感器獲取的艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)，需要梳理分析才能可視化展示。因此，需要用到分類問題的機器學習理論［6］。機器學習可以分為監(jiān)督學習、無監(jiān)督學習與半監(jiān)督學習。基于機器學習的醫(yī)療設備狀態(tài)鑒別算法采用的正是基于聚類假設的半監(jiān)督學習思想，即當2 個樣例位于同一聚類簇時，它們在很大的概率下有相同的類標簽。這個假設的等價定義為低密度分離假設（low density separation assumption），即分類決策邊界應該穿過稀疏數(shù)據(jù)區(qū)域，而避免將稠密數(shù)據(jù)區(qū)域的樣例分到?jīng)Q策邊界兩側(cè)［7］。通過傳感器采集設備的業(yè)務狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對業(yè)務狀態(tài)進行聚類標注，將聚類狀態(tài)與設備的業(yè)務狀態(tài)進行匹配，確定聚類中心及距離算法，從而得到基于半監(jiān)督學習的聚類算法，結(jié)合自動機理論中的有限狀態(tài)自動機，創(chuàng)建設備運行狀態(tài)無監(jiān)督學習模型，來提高設備運行狀態(tài)識別的準確率及可靠性。圖5 為監(jiān)測一臺呼吸機的電流狀態(tài)，由機器學習算法得出開機情況的波形圖。

圖5 某呼吸機開機情況的波形圖

4.2 基于大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備狀態(tài)可視化

通過可視化可使數(shù)據(jù)中隱含的數(shù)據(jù)與規(guī)律以圖形化、表格化的形式展現(xiàn)出來。艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備通常沒有專職管理人員、兼職管理人員較少。人們的認知能力受到傳統(tǒng)可視化形式的限制，而隱藏在這些數(shù)據(jù)背后的價值更需要大數(shù)據(jù)可視化來幫助管理人員快速掌握衛(wèi)生裝備狀態(tài)。通過設計數(shù)據(jù)采集、存儲、分析和戰(zhàn)時的全套解決方案與框架，實現(xiàn)監(jiān)控衛(wèi)生裝備的整體運行情況，并做出效能分析。

5 結(jié)語

通過艦船醫(yī)療衛(wèi)生裝備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)艦船衛(wèi)生裝備的自動化管理，實現(xiàn)在線監(jiān)測、預警報知管控、裝備效能評估等功能。單艦艇云平臺作為一個平臺節(jié)點，對全船醫(yī)療衛(wèi)生裝備進行精準定位與性能分析，及時排查故障與安全隱患，降低維護人員工作強度，提高設備信息反饋效率。未來，通過海上數(shù)據(jù)傳輸通路的建設運行，可以使艦艇編隊多個節(jié)點信息互通，實現(xiàn)各級管理部門對編隊衛(wèi)生裝備的自動化管理，進而實現(xiàn)在線監(jiān)測、預警報知管控、裝備效能評估等功能。管理者在云平臺即可實時查詢各艦船及整個編隊的衛(wèi)生裝備運行狀態(tài)、位置等信息，對海上醫(yī)療衛(wèi)生裝備的精確配備、更新?lián)Q代、設計提升都將起到重要作用。