關于利用物聯網技術實現手術層流室手機終端智能化操作的探索

秦慧亮

(汾市中心醫院醫學裝備科，山西 臨汾 041000)

1 手術層流室的功能與工作原理

手術層流室是采用空氣潔凈技術對微生物污染物采取不同程度的控制，以達到控制空間環境中空氣潔凈度適于各類手術之要求，并提供適宜的溫、濕度，創建一個清新、潔凈、舒適、細菌數低的手術空間環境。

手術層流室主要是利用新風機系統進行過濾懸浮顆粒工作，新風在風機的驅動下經過初效過濾器、中效過濾器、高效過濾器使空氣過濾滿足潔凈手術室懸浮顆粒的要求；通過紫外線燈進行殺菌工作，使空氣滿足潔凈手術室細菌濃度要求；通過電加熱器、空調或表冷器、加濕器進行溫濕度調節工作，使空氣滿足潔凈手術室溫濕度要求；通過電動風閥確保潔凈手術室充足的空氣風量以及標準的壓差要求。

2 傳統人工操作存在的主要問題

傳統手術室的操作對于新風機、紫外線燈、電加熱器、空調、加濕器、電動風閥等都是通過具體的人工調解和控制，利用人工對手術層流室各項指標數據進行調節和監控，容易造成以下問題：

（1）百級、千級、萬級手術室和負壓感染手術室共用新風系統及溫濕度控制系統，可能造成交叉感染，同時，各級手術室溫濕度受新風系統影響很大，各手術室不能獨立調節溫濕度，目前，整套系統屬于空調水系統，新風機組及自潔機組在夏季及冬季主要依靠中央空調制冷或制熱，依賴性很強，而目前中央空調老舊，運行不穩定，再則層流位于頂層末端，水循環不暢導致溫度不合適（正常水溫要求為7 度，現在為14 度），直接影響手術室內溫濕度，尤其是到了過度季節中央空調停機檢修不工作，導致手術室內溫濕度無法滿足特殊手術要求。

（2）容易造成過濾耗材、電資源的極大浪費。在正常情況下，所有手術間在早7：00 ～晚11：00 都屬于手術準備狀態，所有的風機組、消毒系統、溫濕度調控系統都處于工作狀態，新風系統與自潔風機補風的連接方式采用后補方式，新風不經過自潔機組內的初中效過濾直接被送到手術室高效過濾器的前面，高效過濾器使用壽命大大降低，尤其是冬天北方霧霾天氣嚴重，空氣質量較差，過濾耗材更換頻率更大。同時，如果個別自潔風機停止工作后，新風風道內的壓力也會隨之改變，可導致其他手術室壓力不正常，所以工作人員只能等所有手術室都沒有手術了，才能將所有風機同時關機，不能自主選擇沒有手術的手術室隨時關停，如此造成電資源的極大浪費。

（3）無法實時掌握各手術間具體的數據指標情況。標準手術室屬于Ⅰ類環境，平均菌數（cfu）要求在空氣靜態下小于或等于10cfu/m3，溫度區間21 ～25℃，最佳（21 ～22℃），濕度區間30%～60%（最佳50%），利用人工進行監管和調控，存在無法及時協調配合的問題，比如設定好室內溫度，但是，空調和電加熱器隨著工作時間，會持續改變手術間的溫度，雖然儀器設定了標準功率和溫度，但是，對手術間的實際溫度變化無法及時了解。人工巡查過程中查看空調只能看空調工作狀態，查看具體手術室只能了解所查看手術室溫濕度情況，有手術的情況下，對數據進行了解不全面，對于全體手術間的運行情況掌握不充分。例如，我院有13 個手術室，10 組風機系統，4 組為新風機組，6 組為自潔機組，傳統情況下，對手術間的監控只能逐個進行登記，了解具體信息，無法對手術室安排手術情況、各類數據實際情況有全面的掌握。

3 物聯網改造方案和手機終端智能化操作的探索

3.1 層流手術室空調機組改造的方案和設想

（1）理論上需要將百級、千級及負壓手術室的自潔機組的新風系統獨立，但是，由于是舊系統，改造難度大，所以建議將原有的2 號自潔機組改造為新風機組，專門為6 號機組（11、12、13 手術室自潔風機）提供新風，如此可以解決3 個問題，一是將11、12、13（此3 個手術室相對比較獨立）三個手術室均作為正負壓切換手術室；二是特殊情況下可以為手術室提供全新風；三是原有的8 號新風機組只需要控制8 個（1、2、3、6、7、8、9、10）手術室的溫濕度及壓力，負荷減輕，更節能。

（2）改造新風補給方式，將原有的后補方式改造為前補方式，并且風道上加配電動風閥，加強全過程實時監控。同時，新風系統內加配除濕系統，確保濕度穩定在40%～60%。再則改造層流水系統，將2 號樓上的熱泵型空調水系統通過加配管道和層流水系統連接在一起，如此在春秋過渡季節（中央空調停止運行時）可以為層流提供合適的水溫，以確保過渡季節手術室內溫濕度正常。

（3）對風機及整個風道系統進行一次徹底的清洗。風道狹窄，清洗工作異常艱難，部分風道使用機器人打掃，部分風道由人工將每節風道拆下清洗。

3.2 PLC 在手術間智能控制工作原理

為了加強對手術層流室的全面電子化控制，探索運用PLC（Programmable Logic Controller）技術把手術間的溫濕度傳感器、壓差傳感器、風機啟動控制臺等信息建立內部邏輯運算指令，把定時、開關、調控等信息通過與手機終端建立聯系來對其進行遠程查看和控制。中央控制系統PLC 根據溫濕度及壓差的變化，動態調節電加熱，加濕器，風閥，空調等，從而使手術室溫濕度，壓差處于一個動態的穩定狀態，滿足潔凈手術室各級別的要求。

3.3 層流手術室手機終端智能化操作具體實施

（1）硬件設施：新購維綸觸摸屏2 個，型號為TK8071iP；新購電子壓差器13 個，具有顯示及485 通訊功能；西門子s7-200 一個（利用報廢設備配件）；原來的2 個西門子PLC；1 臺數控云物聯網盒子；自做485 及PPI 通訊線。

（2）軟件：西門子PLC V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9 編程軟件；維綸觸摸屏組態軟件EasyBuilder；數控云盒子編程軟件SuKConfig；數控云盒子組態網絡平臺。

（3）組態思路：組態一路：云盒子的485 端口作為主站，PLC1 端口0、PLC2 端口0 以及13 個壓差器作為從站，從站號分別為：PLC1 端口0 站號為10，PLC2 端口0 站號為11，13 個 壓 差 器 站 號 為：1、2、3、4、5、6、7、8、9、16、17、18、19。通訊協議為modbus rtu，自制485 通訊線，連接方式為手牽手方式。

組態二路：云盒子的WAN 口和維綸屏1 的網口組態，壓差值顯示在觸摸屏1 上。通訊協議為TCP/IP 協議，連接方式為通過路由器連接。

組態三路：觸摸屏1 的232com 口作為主站，PLC1 和PLC2 的端口1 作為從站，站號為：觸摸屏1 主站號為0，PLC1 端口1 從站號為2，PLC2 端口1 從站號為3。通訊方式為西門子的S7-200PPI 協議，自制485 通訊線，連接方式為手牽手方式。

組態四路：觸摸屏2 的232com 口作為主站，PLC3 的端口0 作為從站（PLC3 用來控制新風9 號機及新風10 號機），通訊協議為西門子s7-200-200 的PPI 協議，連接方式為485 通訊。

4 物聯網改造及手機終端智能化操作的優點

（1）在空調機房實現對所有手術室各項數據的實時監控。可以通過觸摸屏1 和2 來監控并調節PLC1、PLC2、PLC3的數據，從而達到控制各手術室的溫濕度顯示以及壓差的監控。我院現有層流手術室13 間，其中1 間為百級，3 間為千級，9 間為萬級，層流機房現共有10 臺風機機組，通過改造，實現了對各手術間各項數據的動態實時監控。

（2）實現手機的遠程監控及調節功能。維綸屏2 監視并控制PLC3，從而控制新風9 和10 號機組。維綸屏1 一是監視并控制PLC1、PLC2，從而控制新風7 號、8 號機組以及潔凈1 ～6 號機組；二是顯示13 個手術室的壓差。手機客戶端APP 程序通過數控云盒子監視并控制PLC1、PLC2、PLC3，從而控制10 個機組；再則實時顯示13 個手術室的壓差，以及實時顯示報警信息、動靜態曲線分析等。

（3）可以大大節約用電成本。以我們醫院為例，10 臺風機組系統總功率為250kW/s，工作一天總用電量為4000kWs，如果采用對手術室的全面監控，對于空置手術間進行及時關停，至少每天可以節約用電量20%～35%，為醫院節約成本1000 元左右。

（4）此技術可以實現多人共同控制并大范圍推廣。我們安裝的云盒子系統，只需要安裝在網絡信號可以覆蓋的區域即可，并且在線注冊人員可以多達500 人，層流室維護工程師和手術室工作人員均可以登陸操作界面，對手術室各個手術間的情況進行了解和遠程控制。

此系統安裝成本較低，可以根據全國各地醫療手術場所實際情況，進行科學合理化的編程和設計，充分滿足多樣化需求。