一種醫療設備運行監測系統的設計

林海東

廈門市第五醫院 （福建廈門 361101）

現階段，很多的診療活動都離不開醫療設備，為了確保在用醫療設備的安全有效，《醫療器械監督管理條例》明確指出，需對所有的醫療設備進行有計劃性的保養和維護[1]。很多醫療機構都有醫療設備定期保養計劃，但是計劃實施過程中總是存在著時間盲點和空間盲點，有些設備需要長時間運行，甚至不允許夜間停機，因此醫務人員發現設備的運行情況存在相對的滯后性[2]。另一方面，醫療機構對于設備的安全管理越來越精細化，包括設備的運行時間、使用率、使用效益等，因此對于設備的運行狀態進行監測，并及時發送給相關的醫務人員具有重要的意義[3]。

基于上述情況，本研究旨在設計一種醫療設備運行監測系統，適用于各醫院各種醫療設備的運行狀態監測，主要包括運行電流監測、運行電壓監測、運行時間監測等，進而判斷出設備運行狀態，并對設備的運行時間進行統計，判斷設備的使用率，為醫務人員進行效益分析提供數據支撐[4]。

1 系統設計路線

本研究設計的醫療設備運行監測系統由兩部分組成，分別為硬件部分和軟件部分。硬件部分主要包括主控制電路、電壓采集電路、電路采集電路、設備驅動電路、無線傳輸電路、液晶顯示電路、按鍵電路等；軟件部分包括主程序、電壓采集程序、電流采集程序、報警程序、按鍵掃描程序、顯示程序等。本系統通過監測設備運行時的電壓、電流等參數計算該設備是否處于正常狀態。在監測過程中，醫務人員可以根據設備不同的功率和電流設定安全電流，當設備電流大于安全電流時，則判斷該設備處于故障狀態，一方面該系統處于報警狀態，用以提示醫務人員設備存在故障，另一方面通過無線傳輸模塊將監測數據傳給設備工程師，提醒工程師采取有效措施。本系統還可以統計設備的運行時間，為設備的有效使用率和效益分析提供一些基礎依據[5]。系統結構示意圖見圖1。

1.1 硬件設計

1.1.1 主控制電路設計

醫療設備運行監測系統采用的主芯片是STC15F2K60S2，具有60 kB Flash 程序存儲器；1 kB 數據Flash，2 048字節的SRAM，3個16位可自動重裝載的定時/計數器，2個全雙工異步串行口，1個高速同步通信端口，內部集成高精度R/C時鐘，可以省去外部晶振電路。主控電路圖見圖2。主控制器的VCC 腳連接電源VCC，GND 腳接地；腳P0.0～P0.5用于連接無線傳輸模塊；腳P1.0用于連接電流監測模塊，腳P1.1用于連接電壓監測模塊，腳P4.5、P2.5～P2.7用于連接按鍵模塊，腳P2.1～P2.4用于連接液晶顯示器[6]。

圖1 系統結構

圖2 主控電路

1.1.2 市電采集電路設計

市電采集電路（圖3）通過D2穩壓管進行半波整流，主控制芯片通過AD 采樣接口采集波峰電壓，即可算出交流電壓有效值。電阻R3和R4啟動分壓作用，通過采集R4的電壓即可根據分壓比例測算出R3的輸入電壓及輸入市電的電壓。當采集的市電為0時，說明該設備的供電異常，系統會發出報警[7]。

圖3 市電采集電路

1.1.3 電流采集電路設計

醫療設備運行時伴隨著電流的波動，當電流的波動超過安全電流的極限時，可以判斷設備存在安全隱患。圖4為電流采集電路圖，采用的電流檢測芯片為ACS712，芯片的腳IP+為220 V 的輸入，腳IP-為220 V 的輸出，可以實時監測設備的運行電流。采集的電流值通過電阻轉換為電壓信號傳輸到單片機中，進行處理后輸出設備的電流量。

1.1.4 設備驅動電路設計

醫療設備在運用過程中直接連接220 V 市電時，容易產生電源反激，進而損壞設備。本系統設計有設備驅動電路，控制設備的開關機。設備驅動電路見圖5。手動開關按下后，主控制芯片的腳P5.5輸出高電平，光電耦合器U3導通，開關管Q1導通，繼電器K1吸合，電源指示燈D1亮，則該系統即輸出220 V 給用電設備。

圖4 電流采集電路

圖5 設備驅動電路

1.1.5 無線傳輸電路設計

本系統可以通過無線傳輸將設備運行監測結果發到醫務人員的手機軟件上，便于醫務人員實時了解設備的運行狀態。本系統采用的無線傳輸模塊為NRF24L01，其供電電壓為3.3 V，CE 為使能端，SCK 為時鐘控制端，數據傳輸端連接主控制器的腳P0.0～P0.2端，便于數據傳輸。無線傳輸電路見圖6。

圖6 無線傳輸電路

1.2 軟件設計

本系統主要監測醫療設備的工作電流、工作電壓、工作功率和統計設備的使用時間。在系統設計中，開機后系統進入電壓和電流采集子程序，判斷電壓和電流是否異常；當電壓或者電流異常時，系統進入報警子程序和液晶顯示子程序；當無線輸出電路開啟時，同時也進入無線傳輸子程序，用于提示醫務人員市電異常，應盡快采取相關措施[8]。主程序流程圖見圖7。

圖7 主程序流程

2 設備運行監測系統的臨床測試

本系統采用轉接頭設計理念，在使用過程中，醫務人員只需將設備的電源接頭插入在轉接頭上，再將轉接頭插入市電，適合所有需要監測的醫療設備，如圖8。在開啟該監測系統時，醫務人員根據監測設備類型設定安全電流或者設備運行功率即可；當設備出現斷電或者運行電流大于安全電流時，系統進入報警狀態；當醫務人員需要統計設備的有效運行時間時，只需要查看系統的運行時間顯示[9]，整個運行界面見圖9。

圖8 設備運行監測系統接頭連接圖

圖9 設備運行監測系統界面顯示圖

3 小結

現階段所有醫療機構都有對醫療設備的預防性維護和運行監測，針對監測過程中存在的一些問題，本研究設計的醫療設備運行監測系統可以以外接的方式連接在所需設備上，通過監測設備運行時的電壓和電流，可以判斷設備是否正常供電、是否正常運行，并可以統計設備的有效運行時間，以無線的方式傳輸到醫務人員的軟件上。本系統對于醫療設備的全生命周期管理及提高醫療服務質量具有重大的意義[10]。