手術室高值耗材智能管理系統的開發

陳盛帆，黃建琪，高正

溫州醫科大學附屬眼視光醫院，溫州市，325000

0 引言

科技的發展，使得高新技術日新月異，層出不窮，也使得人們生活水平逐日提升。在醫療行業，人們也感受到了各種信息技術的革新給醫院和患者帶來的便捷。

物聯網與人工智能技術的出現使得很多不可能都已變成可能。物聯網通過對互聯網進行擴展，使得各種物品、設備能夠實現基于互聯網的信息交換和通信，基于這一點，人們可以對物品、設備進行智能化識別[1]。另一方面，人工智能在醫療行業的研究和應用也已經越來越深入，這使得醫療服務變得越來越人性化以及智能化，人們的就診體驗以及醫療健康狀況得到了很大的提高與保障[2]。

在醫院，如何對高值醫用耗材進行高效、精準并且安全的管理，一直是一個難題。尤其是手術室，其耗材的使用對患者的治療效果和手術結果起著至關重要的作用，任何一點疏漏都可能會引起嚴重的醫療事故[3]。2017年，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，強調應充分利用人工智能的優勢，開展精準醫療并建立智能診療新模式[4]。在這樣的醫療背景與信息化背景之下，我們設計了一套基于物聯網與人工智能的手術室高值耗材智能管理系統，可以提高手術室高值耗材管理效率，減少醫護人員的工作量，節省人力成本。

1 系統需求分析

現階段醫用耗材技術創新不斷，耗材的種類和數量日益增長，醫院對其需求亦愈加龐大。醫用耗材在各醫院的醫療活動中起著越來越重要的作用[5-6]。然而，醫院手術室對于高值醫用耗材的管理正面臨著巨大壓力，傳統的手術室耗材管理模式已不能達到人們的管理要求。

首先，耗材庫存管理效率非常低下。從耗材的入庫到出庫，再到庫存盤點，傳統的方式都依賴于手工清點模式，這種模式需要消耗大量的時間與人力，并且容易出現差錯，導致成本核算不精確。

其次，無法進行耗材全流程追溯，增加了監管的難度。傳統的管理模式下，手術室耗材沒有一個唯一的標識，這使得人們無法精準地追溯到申領者、使用者等信息，甚至有可能出現錯收費、漏收費等情況。在使用時的核對、清點等工作也容易出現差錯，安全性得不到保障，從而造成醫療事故[7]。

再次，耗材的配送精力耗費巨大。大型綜合醫院每日開展的手術量都非常大，這其中醫護人員要花費很大的時間與精力往返在庫房與各手術間的路上，頻繁的人員出入，既影響了手術室的運作效率，又增加了時間和人力成本的投入。

2 系統架構及相關技術

手術室高值耗材智能管理系統采用軟硬件相結合模式，硬件方面采用基于人工智能的智能配送機器人與基于物聯網的智能儲藏柜。系統整體為客戶端/服務器(Client/Server,C/S)結構，后臺基于.Net Core 2.1開發框架，同時，為了降低系統耦合性，提高可用性，系統使用RabbitMQ作為中間件，并且采用Web Api為主的微服務架構。另一方面，智能儲藏柜采用了基于物聯網的RFID電子標簽技術，可以實現自動盤點等操作，基于ROS系統開發的智能機器人可以實現自動配送，系統整體架構，如圖1所示。

智能儲藏柜采用六層組合柜模式，整體材質為鋁合金，每個柜子內都配備可活動的隔片，可以根據所放的耗材的大小靈活改變空間，柜子的高度可自由調節，這樣更符合耗材管理要求。每個柜子下方有一個顯示屏，用來顯示耗材名稱、實時庫存以及預警情況，這樣便可以直觀地看到耗材的整體情況。另外，通過RFID電子標簽綁定儲藏柜中的耗材，通過掃描設備即可實現自動出入庫、自動盤點等功能，大大降低工作量。

圖1 系統整體架構Fig.1 The architecture of system

智能機器人主要采用ROS自帶的導航程序包作為開發框架，擁有自動配送、自動充電等全局室內導航功能，所支持的操作系統為Ubuntu Linux，通過Kinect傳感器與里程計，結合擴展卡爾曼濾波（extended Kalman filter，EFK）估計方法實現實時定位與地圖構建，以及障礙物識別。機器人的架構，如圖2所示。

圖2 機器人架構Fig.2 The architecture of robot

相關技術介紹如下：

（1）.Net Core

.Net Core最早由微軟在2016年發布，是目前最成熟、最現代化的完全免費的開發框架，與.Net Framework相比，它更輕量化、更靈活，擁有高可用、高性能等優勢。另一方面，它應用范圍很廣，適用于各種不同種類的應用程序的構建，如微服務、Web應用等，既能支持Windows、Linux等操作系統，也能支持云應用、移動應用等多個平臺。因此，為了提高系統整體性能以及靈活性，同時為了降低開發人員開發難度，筆者采用.Net Core作為開發框架。

（2）RFID

RFID（radio frequency identification）是無線射頻技術，是一種利用無線電波技術，通過非接觸的方式讀取到物品上儲存信息的媒介（如電子標簽），從而實現物與物之間通信的技術，具有高效、便捷、安全性高、應用范圍廣等特點。因此，該技術對手術室內的耗材庫存管理擁有非常高的適用性，可以很大程度上減少工作人員的工作量。

（3）ROS

ROS（robot operating syetem）就是機器人操作系統，在機器人研發領域是一個非常重要而強大的軟件架構，內部包含了大部分機器人研發中可能用到的基礎功能，如傳感、定位、導航等等，ROS的出現主要就是為了在一定程度上降低機器人研發難度，提高代碼復用率，從而提高機器人研發效率。

3 系統的主要功能

手術室耗材智能管理解決方案的主要分為手術室耗材管理系統、智能儲藏柜和智能配送機器人，系統功能結構，如圖3所示。

圖3 系統功能結構圖Fig.3 The function structure of system

整體運轉流程，如圖4所示。首先耗材從醫院設備科統一調撥入庫到手術室二級庫，并存放在智能儲藏柜中，接著通過智能配送機器人將耗材運輸到對應的手術間，并將多余的耗材送回，最后系統根據耗材使用記錄生成對應的收費信息傳到HIS進行收費。

圖4 系統整體運轉流程圖Fig.4 The flow diagram of system

3.1 智能庫存管理

系統實現智能庫存管理的核心就是智能儲藏柜。利用RFID識別技術，對柜內的高值耗材做到自動及實時感應，通過這一特點可以實時知道柜內高值耗材的庫存情況，進而實現自動盤點功能。同時，當柜內庫存產生變更時，系統會自動記錄庫存變更的耗材的數量、品種、規格等信息，從而生成對應的入庫單或者出庫單。另外，系統會根據設置的效期信息和庫存上下限信息，進行實時的效期預警和庫存預警，并將預警信息顯示在對應位置的顯示屏上，這樣便可以直觀地看到報警的具體位置和耗材。最后，系統可以根據一物一碼的原則，對耗材的全流程進行追溯，真正實現了手術室耗材精細化管理。

3.2 智能配件管理

系統采用的智能配件有智能儲藏柜和智能配送機器人，兩者都擁有人臉識別、指紋識別等用戶鑒權的功能，大大提高了系統和耗材的安全性。智能配送機器人通過室內導航功能可以到達一個封閉空間內的任何地方，并且可以做到自動避開動態或靜態的障礙物，基于這兩點可以實現機器人的自動配送，將指定物品送到對應的地點。因此，系統通過各手術間登記的耗材申領需求，對機器人進行調度，可以實現耗材自動配送到對應的手術間。

3.3 使用管理

各手術間在使用高值耗材之前都會清點一遍清單，清點無誤后便會出現在主刀醫生的當日手術患者列表中，將對應批次的耗材與患者建立關聯，同時系統減去相應的庫存，并生成耗材的使用記錄。另一方面，根據耗材名稱、批號、批次等信息，或者根據使用日期、使用醫生、患者姓名等條件，可以查到耗材的使用記錄和收費情況，并檢查有無耗材錯收、漏收等情況。

3.4 報表管理

系統可以查詢耗材的出入庫報表、使用報表、庫存報表以及預警報表，并將結果導出，以此來對耗材的庫存情況和使用情況進行核對和統計。

3.5 系統管理

系統可以對用戶的賬號和權限進行管理，并且對用戶的人臉和指紋進行錄入，以此來使得儲藏柜和機器人可以進行人臉識別和指紋識別。另外可以對耗材的基本信息進行維護，并根據不同手術方式進行耗材套餐的設置。

4 應用效果

（1）效率更高：在庫存管理方面，手術室護士無需進行手工清點與手工錄入，系統會自動清點并生成對應出入庫記錄，快速且準確率高，避免了手工模式容易出錯的問題。

（2）成本更低：系統可以進行自動盤點，且對近效期的耗材及庫存不夠的耗材進行實時預警，在耗材的配送方面實現自動配送，這大大降低了手術室護士的工作量，提高了耗材運轉的效率，節省了人力成本與管理成本。

（3）安全性更高：通過一物一碼的原則，加上指紋識別與人臉識別，使得耗材管理上更加安全，并且減少了耗材領用出錯的概率，大大提高了醫療安全。

5 結論

結合人工智能與物聯網技術，開發了一套適合醫院使用的手術室高值耗材管理系統，提高了手術室高值耗材運轉的效率，節省了醫院人力成本和管理成本，并提高了手術室高值耗材以及手術室醫療的安全性。