基于物聯網的便攜式超聲設備管理平臺設計

陳沁浩，郭展瑞

浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院臨床工程科 (浙江杭州 310000)

醫療設備作為輔助醫師診治的重要工具，在一定程度上可影響診治效果，且可體現醫院的醫療水平[1]。近年來，醫療設備在醫院固定資產中的占比越來越大，臨床工程部門對設備的管理也愈發困難[2]。超聲設備作為醫院不可或缺的一種診斷設備，具有無創、快速、操作簡單的特點，是醫學影像診斷的主要手段，故其在醫院臨床各個科室都得到了廣泛應用[3-5]。目前，大多數醫院的固定式大型超聲設備已接入院內影像歸檔和通信系統(picture archiving and communication systems，PACS)，管理者可通過PACS和電子病歷系統獲取的數據計算得出臺式超聲設備的開機率及功能使用率。然而，由于便攜式超聲設備具有可移動的特點，導致其不便與PACS相連接。對于便攜式超聲設備的使用管理，仍是以臨床人員手工方式簡單記錄為主，費時費力，且無法實時獲取設備的各項關鍵參數，拖延了信息的反饋速度[6]。而如果不能對便攜式超聲設備的使用情況進行有效監測，則易出現盲目購置超聲設備的問題，造成設備閑置，浪費醫院資源。近年來，借助物聯網技術實施醫院醫療設備大數據挖掘、云計算處理及應用，已成為實現現代醫院資產運營精細化、科學化管理不可或缺的部分[7-9]。鑒于此，本研究利用物聯網技術設計了一便攜式超聲設備管理平臺，通過借助該平臺對便攜式超聲設備的數據進行實時監測、運算分析得出設備使用效率，為設備的配置和處置提供有效的數據支撐，提高醫院醫療設備的管理水平。

1 平臺設計

1.1 整體流程設計

基于物聯網的便攜式超聲設備管理平臺的系統核心包含數據處理端和用戶端。其中，數據處理端是一套與設備相連接的嵌入式設備，可實時采集設備的運行數據，然后通過醫院無線網絡將數據包發送至服務器，服務器再對數據包進行記錄存儲、計算分析和處理，最后以可視化的圖表呈現在用戶端。平臺整體流程見圖1。

圖1 平臺整體流程

1.2 數據采集裝置設計

便攜式超聲設備的數據采集裝置通過利用一套帶有蓄電池功能的嵌入式設備，連接超聲設備的視頻輸出接口。其主要由視頻信號采集模塊、核心處理模塊、無線信號傳輸模塊和電源控制模塊組成。當超聲設備啟動時，數據采集裝置接收到設備USB接口傳來的高電平信號并隨之啟動，開始采集工作，每一秒采集一幀圖像；核心處理模塊可通過光學字符識別技術對圖像上的特征文字進行識別、捕獲及記錄，如超聲設備的開關機時間、探頭使用型號和開始結束時間等信息，實現對超聲設備運行參數的提取，然后對超聲圖像檢查區域進行循環檢測，并通過檢測圖像有無變化確定設備是否處于工作狀態，具體流程見圖2；隨后將采集的信息生成服務器可處理的時間段數據包，在無線網絡情況良好的條件下，無線信號傳輸模塊每5分鐘向服務器發送一個數據包，數據包內只有提取的特征信息，保證了患者數據的安全，且容量較小，不會過多占用醫院局域網的帶寬。

圖2 數據采集流程

1.3 軟件設計

服務器在接收到前端發送的數據包后，通過對數據包進行轉碼計算分析，在用戶界面形成單臺設備開關機時間、空閑和工作時間及各探頭使用時間3大功能指標，并以柱狀圖和餅狀圖的形式呈現出來。基于3大功能指標對全院便攜式超聲設備的使用情況進行橫向比較，可根據用戶選擇的科室、品牌、時間等過濾條件進行排序展示，對指標偏離(日均使用時長低于全院水平，空閑時間大于30 min，不處于凍結狀態的單次無操作時間大于10 min)的設備進行記錄，用戶端界面見圖3。所有的數據均可以Excel表格的形式進行導出，滿足設備管理人員開展更多方面數據分析的工作需求。

圖3 用戶端界面

2 平臺使用結果

2.1 設備物聯配置

浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院現有多個院區，前期以作者所在慶春院區作為試點，將16臺不同品牌型號的便攜式超聲設備接入設備管理平臺，品牌型號及數量見表1。便攜式超聲設備管理平臺具有基本信息管理功能(圖4)，該功能重點記錄院區16臺設備的基本信息，如設備的資產編號、型號及使用科室等，同時將設備與數據采集裝置的物理地址(media access control address，MAC地址)進行綁定，使前端采集的數據能夠正確地與設備數據庫內的設備相關聯，并可根據科室與型號選擇對應的算法，如在計算設備日均使用時間時，ICU及急診室按每周工作7天算，而某些科室，如靜脈治療專科、生殖門診等按每周工作5天算。

表1 便攜式超聲設備的品牌型號及數量

圖4 設備基本信息配置

2.2 設備使用情況分析

對于單臺便攜式超聲設備，主要監測其開關機時間、工作和空閑時間及各探頭使用時間。待進入開關機時間統計界面后，默認顯示一周內7天的柱狀圖，點擊柱狀圖即可顯示相對應日期詳細的開關機時間列表。圖5為2021年1月慶春院區急診室邁瑞M7的具體使用數據(凍結時間不計入探頭使用時間)，1月份，設備日均使用時長2.67 h，檢查次數4.35次，設備使用率高。圖6為對全院16臺便攜式超聲設備2021年3—4月的使用情況進行橫向比較獲得的分析結果，3—4月份，設備日均使用時長2.26 h，檢查次數3.93次(在計算平均數據時，個別使用率極低的設備不計入在內)，其中，9臺設備使用時長大于平均值，使用情況良好；設備9使用很少，日均使用時長僅為0.09 h，幾乎閑置不用，經過調查，發現造成此現象的原因為麻醉科共有3臺便攜式超聲設備，而設備9使用年限較長，成像效果不及新設備，因此臨床使用人員多使用新設備操作，故此設備幾乎閑置在庫房，造成資源浪費。

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圖6 2021年3—4月全院16臺設備的使用數據

2.3 指標偏離設備監控

當平臺監測到指標偏離項目時，會向該設備關聯的工程師賬戶發送一條消息，該工程師下次登錄時即會收到此條消息，消息可以彈屏的形式出現在屏幕右下角，只有點擊提示框的關閉按鈕才會讓提示框消除，以加強對關聯工程師對設備進行處理的提醒；此外，消息還可以新提示消息數量提醒的形式出現在上部的鈴鐺圖標處，點擊后可查看具體消息內容，并可查閱到歷史提示消息。平臺在2021年1月共記錄了173條提示消息，經調查，發現多臺便攜式超聲設備電源管理功能(即屏幕保護功能和待機功能)未打開(由于飛利浦CX50只有屏幕保護功能，因此設備無操作15 min只是屏幕關閉，但設備鍵盤燈仍亮，風扇仍運轉，USB口仍有電壓輸出，故數據采集裝置仍在運行，可繼續記錄空閑時間)，開啟設備的電源管理功能后，提示消息明顯下降，具體見圖7(注：2月份春節期間的數據無參考意義)。

圖7 2021年1—4月平臺的提示消息變化

3 討論

3.1 便攜式超聲設備的配置需求分析

傳統的醫療設備配置以臨床訴求和經驗估計為主導，以簡單經濟預測為輔助，缺乏全面性和精確性，可能導致決策偏差，帶來設備使用率低甚至閑置的問題，造成資源浪費[10]，一些科室甚至存在超前配置及重復配置的問題[11]。而便攜式超聲設備管理平臺可實時監控全院便攜式超聲設備的使用時長，且真實可靠的設備使用時長和檢查次數可對設備的采購起到直接指導作用，根據這些數據我們設計了一套公式：

設備使用系數(P)=

當P<0.5時，表明該科室存在設備利用率低或閑置的問題，可考慮通過規范的流程以租借的形式租借給其他科室或直接進行固定資產轉讓，如此既緩解了其他科室的設備需求，也提高了設備的利用率，減少了醫院資源的浪費；當0.51.5時，表明設備超負荷運行，應考慮新增設備，提高臨床效益。

3.2 便攜式超聲設備臨床使用管理優化

為了使醫療設備發揮應有的效果，不僅應保證其在安全的環境下運行，還應提升設備使用管理質量，而設備的正確使用與科學管理有助于減少設備故障，提高使用率[12]。以往對醫療設備的臨床使用，常出現部分操作者責任意識較差，不能嚴格按照設備操作流程執行操作的情況，如在使用設備后，不及時關機，造成設備長時間處于開機狀態，增加了設備元器件的損耗及設備故障的發生風險[13]；甚至在對身體部位完成檢查后，不手動凍結圖像，使超聲探頭一直處于激活狀態，導致探頭使用壽命明顯縮短。而便攜式超聲設備管理平臺可實時監測設備的工作和空閑狀態，對異常空閑狀態時間段進行抓取、記錄并存儲，當平臺探測到某臺設備空閑時間超過1 h后，會向該設備關聯的工程師賬戶發送一條報警消息，工程師即可及時通知臨床科室對設備進行關機操作；此外，工程師可定期查閱各設備的歷史提示消息并對其進行匯總分析，便于對提示較多的科室相關臨床使用人員進行再培訓，規范其操作流程，實現及時手動凍結及檢查結束后及時關機。

3.3 便攜式超聲設備探頭質量管理

在對醫療設備的管理過程中，管理人員應保障其始終處于最良好的狀態[14]。超聲探頭作為超聲設備的關鍵部件，其對超聲檢查的圖像質量及臨床診斷結果具有一定的影響[15]，且臨床使用頻繁，所以應對超聲探頭進行周期性維護，保證探頭可以正常使用。

對于超聲探頭的壽命，以往我們只能了解到其大概使用了多少年月，不能精確到時分。而便攜式超聲設備管理平臺可實時監測每個探頭的使用時間，結合同型號探頭維修數據，當數據積累到一定量后，我們即可對探頭的使用時間取一個均值(排除人為損壞)，當在用探頭的使用時間達到此均值的90%時，管理平臺即會向負責工程師及科室責任人發送預警消息，此時工程師應對該探頭制定更頻繁的養護干預，或者及時購買保修，確保設備不會因探頭損壞而停機；當超聲探頭出現故障時，我們可結合其使用時間數據論證對其維修的必要性，當使用時間接近或大于平均壽命且維修成本較高時，可考慮更新該故障探頭，如此能夠促使超聲設備最大限度地處于可使用狀態，變相提高設備的使用率。

4 小結

便攜式超聲設備管理平臺的應用實現了對醫院內各個品牌不同型號便攜式超聲設備數據的采集，通過統一的形式呈現出來，可為醫院各層級的管理決策提供科學支撐，對完善設備的使用管理、降低設備故障率、提升設備使用效益均有促進作用。未來的工作是將多個院區的全部便攜式超聲設備進行物聯，實現多院區設備的統一管理；可針對管理平臺的基礎功能進行進一步開發，如結合醫院網絡節點進行位置信息的采集，實現對設備的定位及運動軌跡的追蹤；加強對設備故障信息的監測，根據設備故障代碼自動生成維修工單并發送給負責工程師；此外，可拓展為對其他類型可視頻輸出醫療設備(如內鏡系統)使用情況的監測，實現更多類型設備的物聯。