張 磊,袁鑒辭,李 靜
(南京市江寧醫(yī)院,江蘇南京 211100)
國(guó)務(wù)院辦公廳2019 年發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)三級(jí)公立醫(yī)院績(jī)效考核工作的意見》明確指出,各大公立醫(yī)院需積極開展系統(tǒng)化醫(yī)學(xué)裝備巡檢、保養(yǎng)、維護(hù)等工作,提升醫(yī)院的績(jī)效與醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量[1]。醫(yī)學(xué)裝備包含諸多重型醫(yī)療儀器,技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格高昂,需要專門人員進(jìn)行專業(yè)化精細(xì)管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)日新月異,為醫(yī)學(xué)裝備的信息化管理帶來了新的設(shè)計(jì)靈感[2],各等級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)紛紛借助信息技術(shù)提高醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理的系統(tǒng)化與精細(xì)化水平[3]。該研究以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)為手段,綜合運(yùn)用頻繁項(xiàng)集挖掘技術(shù)、粒子群算法、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái)設(shè)計(jì),加強(qiáng)醫(yī)療設(shè)備維修效率、提高現(xiàn)代醫(yī)院的信息化管理水平。
物聯(lián)網(wǎng)能夠讓獨(dú)立的普通物理對(duì)象形成一個(gè)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò),方便事物的信息共享與統(tǒng)一管理。為此基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái),基于B/S 模式布局網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架[4-5],以隨時(shí)獲悉醫(yī)學(xué)裝備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),提高醫(yī)學(xué)裝備管理與維修的智能化水平,及時(shí)把控醫(yī)學(xué)裝備的質(zhì)量應(yīng)用情況?;谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái)架構(gòu)如圖1 所示。
圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái)架構(gòu)
該架構(gòu)中,感知層負(fù)責(zé)采集醫(yī)學(xué)裝備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)并上傳至網(wǎng)絡(luò)層,大量傳感器采集設(shè)備的基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù),由于醫(yī)學(xué)裝備應(yīng)用具有分散性,為集中獲取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù),在采集層集成了一體化數(shù)據(jù)采集模組,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中處理與高效率擴(kuò)展[6];網(wǎng)絡(luò)層配備以太網(wǎng)、通信協(xié)議以及專有網(wǎng)絡(luò),完成醫(yī)療設(shè)備使用信息的傳輸;在傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、轉(zhuǎn)化、清洗操作,再上傳到平臺(tái)層進(jìn)行存儲(chǔ)和分析[7],最后在應(yīng)用層顯示數(shù)據(jù),方便遠(yuǎn)程醫(yī)療、維修管理、質(zhì)量監(jiān)控、預(yù)警監(jiān)測(cè)等操作進(jìn)行應(yīng)用。此外,如有新的醫(yī)學(xué)裝備添加至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí),將新設(shè)備IP地址、編號(hào)等信息輸入系統(tǒng),并選擇對(duì)應(yīng)的型號(hào)參數(shù)配置模板[8];平臺(tái)配備標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)模型,實(shí)現(xiàn)了外部設(shè)備同物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)裝備平臺(tái)內(nèi)部數(shù)據(jù)的相互傳輸。
在醫(yī)學(xué)裝備數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié),基于頻繁事項(xiàng)集對(duì)醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘,獲悉醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)行過程中的高頻狀況,為設(shè)備維修、質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù),掌控醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。
1)借助物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)采集醫(yī)學(xué)裝備的運(yùn)行數(shù)據(jù),構(gòu)建醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)營(yíng)管理事項(xiàng)集合X,X={Mij,1≤i≤3,j≥1}={醫(yī)學(xué)裝備型號(hào),運(yùn)營(yíng)事項(xiàng),有效(無效)}[9]。其中,事項(xiàng)元素與事項(xiàng)的類別分別用i、j表示。當(dāng)醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)營(yíng)過程符合規(guī)定與常理,且有效解決了醫(yī)療問題,認(rèn)定其為“有效運(yùn)營(yíng)”,反之認(rèn)定為“無效運(yùn)營(yíng)”。
2)基于期望加權(quán)支持度挖掘醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)營(yíng)的頻繁項(xiàng)集。定義項(xiàng)集X在數(shù)據(jù)庫D內(nèi)的期望加權(quán)支持度為exp wSup(X)[10],即為項(xiàng)集X期望支持度與其權(quán)重值的成績(jī),如式(1)所示:
式中,k為項(xiàng)集X內(nèi)的項(xiàng)目總數(shù);事務(wù)Tq中項(xiàng)集X出現(xiàn)的概率用p(X,Tq)表示;項(xiàng)目Ij的權(quán)重值用w(Ij)表示,w(Ij)∈(0,1],w(X)為各項(xiàng)目權(quán)重的平均值。求取事項(xiàng)的支持度后,頻繁項(xiàng)集即為不小于支持度的事項(xiàng),利用支持度最小值約束獲取醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目的頻繁項(xiàng)集,將挖掘出的頻繁項(xiàng)集作為醫(yī)學(xué)裝備精細(xì)化運(yùn)營(yíng)的管理依據(jù)。
物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái)集成RFID 定位設(shè)備,負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集醫(yī)療設(shè)備的定位信息、監(jiān)測(cè)使用狀態(tài),醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)。硬件介質(zhì)為固定的RFID 讀取器、手持RFID 信息分析器、RIFD桌面發(fā)卡終端。RFID 定位模塊以STM32 硬件為核心,由室內(nèi)外定位硬件、通信單元、顯示單元有機(jī)組成。醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行以下設(shè)計(jì):首先在醫(yī)療設(shè)備端安裝RFID 標(biāo)簽與RFID 遠(yuǎn)程讀寫器,射頻模塊自動(dòng)識(shí)別RFID 芯片位置,RFID標(biāo)簽可發(fā)送高頻射頻信號(hào)[11];其次,由讀寫器實(shí)時(shí)采集到位置信息及使用狀態(tài),通過局域網(wǎng)將信息傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)。
RFID 定位設(shè)備基于粒子優(yōu)化濾波算法實(shí)現(xiàn)醫(yī)療裝備定位,具有較強(qiáng)的環(huán)境自適應(yīng)性,能準(zhǔn)確獲得醫(yī)療裝備的位置信息。RFID 定位設(shè)備通過估算待測(cè)標(biāo)簽位置來確定醫(yī)學(xué)裝備的位置信息,基于鄰近標(biāo)簽坐標(biāo)描述待測(cè)標(biāo)簽坐標(biāo)值,表達(dá)式如下:
其中,wi表示鄰近標(biāo)簽對(duì)待測(cè)標(biāo)簽坐標(biāo)定位的權(quán)值,待測(cè)標(biāo)簽坐標(biāo)與鄰近標(biāo)簽坐標(biāo)分別采用(x,y,z)、(xi,yi,zi) 表示。為了精準(zhǔn)定位故障醫(yī)療裝備所在位置,高精度估算待測(cè)標(biāo)簽的坐標(biāo)值,將RFID定位問題視為求取“待測(cè)標(biāo)簽同鄰近參考標(biāo)簽之間距離誤差最小值”的問題[12-13],基于式(3)最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)來實(shí)現(xiàn),表達(dá)式如下:
式中,Pi是待測(cè)標(biāo)簽與參考標(biāo)簽之間的歐氏距離。應(yīng)用粒子群優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)的求解,將粒子視為RFID 待測(cè)標(biāo)簽,粒子的位置則對(duì)應(yīng)待測(cè)標(biāo)簽的位置,求解目標(biāo)函數(shù)后即可得到待測(cè)標(biāo)簽同鄰近參考標(biāo)簽之間的最小距離誤差,獲得最佳的RFID位置信息并估算結(jié)果,進(jìn)而準(zhǔn)確定位醫(yī)學(xué)裝備所在位置。
醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測(cè)模塊應(yīng)用流程如下:1)醫(yī)療裝備進(jìn)入工作區(qū)域前需經(jīng)過RFID 讀寫器讀取設(shè)備信息,同時(shí)記錄其所在位置信息;2)設(shè)備進(jìn)入工作狀態(tài)后,定位模塊自動(dòng)采集設(shè)備開機(jī)與關(guān)機(jī)信號(hào),分別將醫(yī)療設(shè)備的狀態(tài)定義為“使用中”、“空閑”;當(dāng)醫(yī)療裝備處于需維修、保養(yǎng)等待處理狀態(tài)時(shí),定位模塊將采集相應(yīng)的狀態(tài)信息發(fā)送至后臺(tái),以上狀態(tài)信息可在物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái)后清晰查看。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái)具備工程自動(dòng)巡檢功能,預(yù)設(shè)醫(yī)學(xué)裝備巡檢的時(shí)間、人員信息,平臺(tái)將自動(dòng)向?qū)?yīng)醫(yī)學(xué)裝備工程師發(fā)送巡檢提醒,醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測(cè)模塊采集的設(shè)備位置信息與狀態(tài)信息為自動(dòng)巡檢提供了參考依據(jù);同時(shí)工程師巡檢信息將安全存儲(chǔ)在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中,作為醫(yī)學(xué)裝備后期維修與保養(yǎng)的根據(jù)。自動(dòng)化巡檢包含如下幾項(xiàng)功能:
1)故障自動(dòng)診斷及預(yù)警。平臺(tái)基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法識(shí)別醫(yī)療裝備的故障信號(hào),及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題并進(jìn)行預(yù)警。利用高精度傳感器采集醫(yī)療裝備的電壓信號(hào),標(biāo)簽處理后作為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法診斷的樣本數(shù)據(jù)。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷模型包含卷積層、批歸一化層、降采樣層、全連接層,模型需要學(xué)習(xí)醫(yī)療裝備故障特征后才能對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行故障識(shí)別[14],定義醫(yī)療裝備故障診斷訓(xùn)練集包含m個(gè)樣本、c個(gè)故障類型,{(xi,yi),…,(xm,ym)}則為訓(xùn)練集的輸入形式,對(duì)應(yīng)歸屬類別的標(biāo)簽定義為yi、xi,故障診斷樣本目標(biāo)函數(shù)如下:
卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷模型的卷積層和降采樣層負(fù)責(zé)提取醫(yī)學(xué)裝備的故障特征,全連接層負(fù)責(zé)將提取的故障特征進(jìn)行映射分類,輸出醫(yī)學(xué)裝備的故障診斷結(jié)果。
2)自動(dòng)報(bào)修功能。平臺(tái)的自動(dòng)報(bào)修功能可一鍵實(shí)現(xiàn),不局限于手機(jī)短信文本報(bào)修,還包括手機(jī)語音、手機(jī)圖片、微信等提醒方式。維修指令直接下達(dá)到維修團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人手中,可以自主維修的內(nèi)容內(nèi)部解決,無法自主完成的維修工作需繼續(xù)向維修商報(bào)備,并且自動(dòng)生成線上信息化的維修報(bào)表、維修記錄、分析報(bào)告等內(nèi)容。
3)醫(yī)院信息共享功能。物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái)內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口,實(shí)現(xiàn)各種醫(yī)學(xué)裝備之間的數(shù)據(jù)傳輸與共享,醫(yī)院信息管理系統(tǒng)、放射學(xué)信息系統(tǒng)、影像信息系統(tǒng)、檢驗(yàn)信息系統(tǒng)之間互相聯(lián)動(dòng),實(shí)時(shí)共享各科室的醫(yī)學(xué)裝備數(shù)據(jù);例如監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)配備醫(yī)療數(shù)據(jù)傳感器,由數(shù)據(jù)采集模組獲取設(shè)備的原始狀態(tài)數(shù)據(jù),通過通信模組上傳到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān),經(jīng)過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗等預(yù)處理操作[15],并更新為當(dāng)前最新的醫(yī)療裝備信息;共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在平臺(tái)中,自動(dòng)巡檢工程師可按需提取數(shù)據(jù),指導(dǎo)醫(yī)療裝備的維修工作。
4)巡檢數(shù)據(jù)分析功能。物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái)集成了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、RFID 射頻等技術(shù),網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為HTTP 協(xié)議,實(shí)時(shí)采集的醫(yī)學(xué)裝備信息經(jīng)過預(yù)處理與安全認(rèn)證[16],數(shù)據(jù)真實(shí)可靠,物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集中整合各個(gè)分散的硬件設(shè)備信息,動(dòng)態(tài)連接數(shù)據(jù)庫;云計(jì)算提供并行化、分布式大數(shù)據(jù)計(jì)算模型,加速醫(yī)學(xué)裝備的質(zhì)控效率;RFID 射頻技術(shù)實(shí)時(shí)定位精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)裝備的位置信息,為臨床救治爭(zhēng)取大量時(shí)間。
將文中設(shè)計(jì)的醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái)用于醫(yī)學(xué)裝備管理實(shí)踐,平臺(tái)“維修管理”功能界面如圖2 所示。采用物聯(lián)網(wǎng)信息化管理平臺(tái)取代原有的半數(shù)字化信息記錄方法(人工記錄+文檔記錄),完成全部醫(yī)學(xué)裝備的歸檔工作;利用兩個(gè)月時(shí)間對(duì)使用人員進(jìn)行醫(yī)療設(shè)備管理培訓(xùn)、對(duì)工程部技術(shù)人員實(shí)施維修培訓(xùn);最后展開多次考核,確保相關(guān)人員已經(jīng)掌握醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理方法。該文方法投入實(shí)際應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)已經(jīng)超過一年,取得了顯著的精細(xì)化管理成效,使該院醫(yī)療設(shè)備質(zhì)控管理水平得到明顯優(yōu)化。
圖2 平臺(tái)“維修管理”界面
以5 天內(nèi)醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)為對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘,獲得各類型設(shè)備運(yùn)營(yíng)的頻繁項(xiàng)集,挖掘結(jié)果皆為“有效運(yùn)用”,數(shù)據(jù)內(nèi)容如表1 所示。
表1 醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)營(yíng)醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)營(yíng)挖掘結(jié)果
分析表1 數(shù)據(jù)可知,針對(duì)各類型的醫(yī)學(xué)裝備,平臺(tái)能夠挖掘出特定時(shí)間段內(nèi)與醫(yī)學(xué)裝備關(guān)聯(lián)高的頻繁事項(xiàng)集,如X 射線診斷設(shè)備與“輻射安全測(cè)定與校正”事項(xiàng)存在高關(guān)聯(lián),說明X 射線診斷設(shè)備在測(cè)試時(shí)間段內(nèi)高頻率的進(jìn)行了輻射安全測(cè)定與校正行為;支持度為12.40%,且該挖掘結(jié)果為有效,可以作為管理人員評(píng)價(jià)X 射線診斷設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量、設(shè)備故障原因分析的關(guān)鍵依據(jù)。
2019 年11 月-2020 年10 月為原有方法應(yīng)用階段,2020 年11 月-2021 年10 月為該文物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用階段。原有方法應(yīng)用階段共產(chǎn)生報(bào)修問題562次,該文方法應(yīng)用階段共產(chǎn)生報(bào)修問題422 次,報(bào)修次數(shù)顯著降低,并且該文方法應(yīng)用階段仍有新的醫(yī)療設(shè)備購入,提高了設(shè)備報(bào)修的概率,而該文方法仍然有效降低了醫(yī)學(xué)裝備報(bào)修的次數(shù)。2019 年9 月-2020 年9 月內(nèi)562 次報(bào)修中出現(xiàn)問題的次數(shù)如表2所 示,2020 年11 月-2021 年10 月 內(nèi)422 次報(bào)修中出現(xiàn)問題的次數(shù)如表3 所示。
表2 原有方法報(bào)修過程中產(chǎn)生的問題
表3 該文方法報(bào)修過程中產(chǎn)生的問題
由表2 可知,使用原有方法進(jìn)行的醫(yī)學(xué)裝備精細(xì)化管理,在報(bào)修過程中產(chǎn)生了諸多問題,例如保養(yǎng)工作不按期進(jìn)行發(fā)生42 次,出現(xiàn)35 次保養(yǎng)記錄不完善的情況;維修記錄查找困難的比重為9%;另外,維修后無人跟進(jìn)的情況時(shí)常發(fā)生,這些問題均為醫(yī)學(xué)裝備精細(xì)化管理造成了阻礙,不利于醫(yī)療設(shè)備的正常使用,甚至在很大程度上縮短了設(shè)備的使用壽命。
表3 數(shù)據(jù)顯示,使用該文方法對(duì)醫(yī)學(xué)裝備進(jìn)行精細(xì)化管理與質(zhì)控后,“保養(yǎng)不按期進(jìn)行”、“保養(yǎng)記錄不完善”的情況也由7.46%、6.21%降低至1.18%、0.95%,報(bào)修后維修人員到場(chǎng)不及時(shí)、維修情況無跟進(jìn)的情況僅分別出現(xiàn)了2 次、3 次。
綜合表2 與表3 的結(jié)果可知,該院應(yīng)用醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái)后,管理效率明顯提升、質(zhì)控效果得到顯著改善。這是因?yàn)樵撈脚_(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研發(fā),完善了醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控方案,設(shè)計(jì)了醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測(cè)模塊、自動(dòng)巡檢模塊動(dòng)態(tài)掌握最新的設(shè)備狀態(tài)與位置信息,當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)會(huì)立即上報(bào)至平臺(tái),維修人員獲知后能及時(shí)對(duì)報(bào)修、保養(yǎng)、維護(hù)等事宜進(jìn)行處理,所以不按期保養(yǎng)、維修人員到場(chǎng)不及時(shí)等問題較少出現(xiàn),醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制水平顯著提升。該醫(yī)學(xué)裝備精細(xì)化管理方案對(duì)于強(qiáng)化醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量控制效果、節(jié)約醫(yī)療資源大有裨益。
該研究基于物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代信息技術(shù)研發(fā)了醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)控管理平臺(tái),以增強(qiáng)設(shè)備使用的安全性能、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用將全院的醫(yī)療設(shè)備聯(lián)系起來,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,平臺(tái)使用了大量傳感器采集設(shè)備基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)對(duì)醫(yī)學(xué)裝備運(yùn)營(yíng)高頻事項(xiàng)進(jìn)行挖掘,醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測(cè)模塊基于粒子優(yōu)化濾波算法精準(zhǔn)計(jì)算醫(yī)療裝備的定位信息,自動(dòng)巡檢模塊利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷裝備故障,有利于管理人員第一時(shí)間了解醫(yī)學(xué)裝備的故障情況,并及時(shí)獲知各裝備詳細(xì)的定位信息。
總體而言,該文以物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代信息技術(shù)為手段完善醫(yī)學(xué)裝備的質(zhì)控管理工作,提高醫(yī)學(xué)裝備質(zhì)量管理與控制水平,努力延長(zhǎng)高昂醫(yī)療設(shè)備的服役年限,有助于實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。