手術室醫(yī)療設備一體化的實踐控制及應用研究

安志杰

（山西省腫瘤醫(yī)院，山西 太原 030013）

近年來，隨著我國信息技術的迅猛發(fā)展，醫(yī)療行業(yè)不斷引進各類先進的醫(yī)療設備，用以為醫(yī)師完成高效、安全的手術提供機械輔助。就手術過程而言，醫(yī)生進行手術操作時，要及時關注其標準要求，對手術室內設備具體參數(shù)隨之要求加以調整。因為手術室內各醫(yī)療設備控制面板極多，加上無菌區(qū)域空間受限，醫(yī)師在手術操作難度較大，繼而導致部分設備無法發(fā)揮其應用功能。而借助計算機、網(wǎng)絡等先進技術將數(shù)個醫(yī)療設備集成規(guī)劃至一個系統(tǒng)平臺內，手術醫(yī)生可借助中控系統(tǒng)流暢操作各類設備，全面體現(xiàn)出醫(yī)療設備一體化平臺的效率化、自動化、集成化和潔凈化，使手術室空間使用效率與醫(yī)療設備操作水平得到提升的同時，大大縮短了手術前期準備時間，使手術室作業(yè)效率更為安全、精準、有效且省時。

1 手術室醫(yī)療設備一體化的特征及功能

1.1 手術室醫(yī)療設備一體化的特征

就現(xiàn)階段醫(yī)院手術需要而言，手術室醫(yī)療設備一體化必須具備以下顯著特征：（1）實時保存、共享手術的高清視頻及各類醫(yī)學影像資料，手術直播的全高清化、方便遠程教學的開展與遠程會診的實現(xiàn)；（2）全方位整合手術周邊信息數(shù)據(jù)接入（典型的有DSA、腔鏡、超聲、術中影像等），確保任意路由實現(xiàn)自由切換；（3）手術室各醫(yī)療設備的集中、高效控制（如環(huán)境、視頻、音頻、設備及人員等），觸控智能一體化操作；（4）手術全過信息溝通與交流，確保手術效率得以提升，醫(yī)患關系得以改善的同時，就醫(yī)體驗更高效；（5）借助聯(lián)網(wǎng)確保手術室內人員、設備的準確定位追蹤，完成手術進程的全過程監(jiān)控；（6）圍術期整體臨床信息數(shù)據(jù)的整體解決方案，有效整合HIS、LIS、PACS，確保信息互聯(lián)與數(shù)據(jù)互通；（7）建立健全與手術相關的麻醉專家咨詢及預警系統(tǒng)，確保麻醉質量得以提升，麻醉意外得以減少；（8）手術室醫(yī)療設備一體化與數(shù)字化設計，手術室凈化，確保手術室設備的高效智能、平臺的靈活擴展及系統(tǒng)的即插即用；（9）完成手術室BI 分析與決策支持，系統(tǒng)強化醫(yī)療設備一體化與手術室智能化管理水平。

1.2 手術室醫(yī)療設備一體化的功能

手術室醫(yī)療設備一體化的基本功能主要涵蓋下述四個構成部分，即一體化影音管理與控制系統(tǒng)平臺、一體化集中管控系統(tǒng)平臺、一體化信息數(shù)據(jù)存儲與查詢系統(tǒng)、一體化交互式示教系統(tǒng)平臺。

1.3 手術室醫(yī)療設備一體化建設的意義

首先，改進空間布局。依照感控要求，手術室開展醫(yī)療設備一體化建設可將各類醫(yī)用器械懸吊起來，可以增加有效空間，降低污染源的形成。其次，調整設備功能，確保一體化控制有效實現(xiàn)。手術室開展醫(yī)療設備一體化建設，可以借助將各類手術數(shù)據(jù)信息化處理以實現(xiàn)信息間的互聯(lián)互通，確保手術數(shù)據(jù)得以在手術平臺正確展示。最后，提升管理功能。借助設備一體化建設可實現(xiàn)多組信息系統(tǒng)平臺的信息互通與數(shù)據(jù)互聯(lián)，提升管理效能水平。手術室實現(xiàn)醫(yī)療設備一體化旨在借助信息化手段實現(xiàn)整臺手術平臺的串聯(lián)，以方便手術室內各人員更好地完成手術操作。

1.4 手術室醫(yī)療設備一體化建設的方向

首先，手術室借助醫(yī)療設備一體化來減輕手術風險發(fā)生，節(jié)約手術時間耗費。借助系統(tǒng)整合各類手術室內的醫(yī)療設備資源，實現(xiàn)對各類復雜手術的一體化操作，同時將先進手術器械與傳統(tǒng)手術技術相融合，提升各類手術的完成度。將手術室醫(yī)療設備進行一體化融合，并將設備一體化與手術信息化進行完美整合，借助各類懸吊系統(tǒng)將與麻醉機、監(jiān)護儀、導航、內鏡等不同醫(yī)療設備進行集成化控制，使手術室環(huán)境整潔、有序的同時，降低感染風險，確保手術實現(xiàn)標準化。

其次，手術室借助醫(yī)療設備一體化完善手術流程。以DSA 手術室醫(yī)療設備一體化設計為例，手術流程可以借此更為健全化與效率化。第一，手術室設備一體化要明確建設需求，確定設備選型，并強化選型期間各類設備間的聯(lián)通協(xié)議。手術室醫(yī)療設備一體化建設的整個過程如同一套臨床MDT 作業(yè)流程，需多個學科協(xié)作方能共同完成。而一體化建設可以改進手術室設計流程內的諸多難點，借助持續(xù)整合設備協(xié)作，完成手術室設備一體化建設目標。

最后，手術室醫(yī)療設備一體化為現(xiàn)今各醫(yī)療機構提升醫(yī)療服務水平的根本，更是我國各醫(yī)院重視此方面建設的深層原因。醫(yī)療設備一體化可以升級醫(yī)療質量，優(yōu)化醫(yī)療服務，幫助醫(yī)院在強化優(yōu)質醫(yī)療資源之余，手術診療品質得以持續(xù)提升。

1.5 手術室醫(yī)療設備一體化的建設需求

手術室醫(yī)療設備一體化的建設需求可細分成以下3個階段，即第一，立項準備階段。即手術室醫(yī)療設備一體化著手立項，此階段過程中需要充分討論手術室醫(yī)療設備一體化的實際需求，找到與手術、臨床及其他醫(yī)療活動相符的產(chǎn)品；第二，設計實施階段。此階段內要結合醫(yī)院醫(yī)療基礎建設現(xiàn)實，設計與之匹配的醫(yī)療設備一體化方案、施工圖紙并加以審核、通過；第三，使用維護階段。醫(yī)療設備一體化的成果在此階段得到完整體現(xiàn)，只有投入使用，方可檢驗醫(yī)療設備一體化建設的實踐效率。

2 手術室醫(yī)療設備一體化控制的實踐應用

2.1 醫(yī)療設備一體化控制的主要問題

（1）醫(yī)療設備一體化控制的兼容性。要落實醫(yī)療設備一體化平臺的全面建設，先要確保涉及的各設備如何實現(xiàn)集中一體化控制，即各類醫(yī)用設備一體化控制的兼容性。就我國現(xiàn)有的各類手術室現(xiàn)狀而言，其內配備了不同型號、功能的醫(yī)療設備，而各醫(yī)療設備自帶的控制面板功能差異顯著。具體來說，面板按鍵數(shù)量及作業(yè)手段存在差異，如其典型的作業(yè)方式即有獨立和矩陣兩種鍵盤，同時面板指示也較為個性化，設置有LED 燈，同時安裝了七段數(shù)碼管等。（2）醫(yī)療設備一體化控制的安全性。手術室醫(yī)療設備一體化控制通信質量對手術效果、安全性形成直接影響，但前文述過，由于手術室空間較小且各類設備眾多，所以，醫(yī)療設備一體化建設必須確保其安全性與可靠性。換言之，一定要確保主控工作站與各受控醫(yī)用設備彼此間通信的及時性、準確性，穩(wěn)定一體化平臺的抗干擾力。

2.2 醫(yī)療設備一體化控制的硬件要求

醫(yī)療設備一體化控制方案在充分考慮并解決上述兩個方面的問題后，隨后明確此平臺的硬件配置以強化一體化控制效果。平臺硬件為單片機同時結合CPLD 系統(tǒng)結構，通信協(xié)議為CAN 現(xiàn)場總線。單片機本身屬于平臺的微控制器（MCU），借助CAN 總線協(xié)議，串接起各醫(yī)用儀器，使其與控制主機的通信具有即時性、高效性。在接收針對不同儀器的實操信號時，反饋至設備后將相關數(shù)據(jù)對外顯示出來。CPLD 是平臺系統(tǒng)單片機拓展芯片，可依照手術實際需要進行在線編寫程序，對內部邏輯進行調整，添加管腳約束并開展批量修改，以此提升配置有效性與靈活性，以硬件電路板穩(wěn)定不變作為條件，可自由化控制平臺，確保各類手術操作涉及的全部邏輯功能得以完成。

與此同時，CPLD 擁有眾多的IO 口資源，這些IO 口擁有較高的自由度則是得益于其可配置。借助CPLD，醫(yī)用設備僅要把其控制面板的各類操作號實現(xiàn)其與CPLDIO口的連接，即可確保在同一控制硬件平臺系統(tǒng)內完成對手術室內各類設備的一體化控制，確保一體化控制兼容性目標完成的同時，提升平臺的實用性與安全性。

CAN 是一類串行通信網(wǎng)絡，其由德國博世集團研究開發(fā)，控制方式為分布式兼顧實時式，其應用范圍為各平臺的現(xiàn)場總線協(xié)議。CAN 總線借助短幀數(shù)據(jù)開展加密傳輸，每幀內含有8 個有效字節(jié)，優(yōu)勢是受干擾機率極低且傳輸時限極短。該總線對于手術室醫(yī)療設備一體化控制系統(tǒng)平臺建設來說極為適用，可快捷、方便地完成各醫(yī)療設備間的實時通信，并且保持其與主機的在線通信，使一體化控制在實現(xiàn)可靠性的同時保持與高效性，其網(wǎng)絡結構如圖1 所示。

圖1 醫(yī)療設備一體化控制網(wǎng)絡結構圖

2.3 醫(yī)療設備一體化的實踐方案

（1）醫(yī)療設備一體化的按鍵控制。手術室醫(yī)療設備均借助按鍵來設置相關手術參數(shù)，每款醫(yī)用設備按鍵作業(yè)方式各異，獨立式鍵盤為按鍵較少的設備提供服務，而矩陣鍵盤服務于按鍵多的儀器。若對主控觸摸屏上虛擬按鍵進行控制操作時，則意味著某臺設備隨之進入實際操作狀態(tài)。依照早確立下來的通信協(xié)議，主機借助CAN 總線傳送其協(xié)議編號，該對應醫(yī)用儀器則接收后形成中斷信號，對此類信號進行甄別與研判，并在最快時間內獲知主機與此模擬鍵功能匹配的真實按鍵數(shù)值，隨后使方波脈沖得以觸發(fā)，使CPLD 被同步觸發(fā)。在此信號由1 至0 的下降沿可核算得出，CPLD 寄存器中真實鍵值匹配的緩存變量。CPLD 在明確此變量形成浮動后，同樣對此類信號進行甄別與研判，結合醫(yī)用儀器具體的自有按鍵作業(yè)手段，在CPLD 內使相應的硬件描述轉化至邏輯描述，經(jīng)此過程，該鍵值輸出信號的高低電平就此形成產(chǎn)生：其一，如果設備使用獨立型按鍵這類基礎設計，則對著屏幕完成按鍵操作，CPLD 內則認定此按鍵實際操作形成的信號變量清零；其二，如果設備使用矩陣式按鍵這類成熟類設計，則單片機發(fā)出的信息由CPLD 正常接收后，參考此類型按鍵對應的行列鍵盤序號，對此行序號發(fā)出的信號掃描顯示正常時，此時，則采取置0 對其列輸出信號加以處理，同時將置零結果開展位運算，與面板電路一起組成按鍵電路，將最終結果傳輸至設備終端后完成相關操作。

（2）醫(yī)療設備一體化的指示信號更新。醫(yī)療設備一體化控制系統(tǒng)通電后，單片機系統(tǒng)進入初始化操作，結束后以控制主機為目標，傳送相關數(shù)據(jù)。單片機實時監(jiān)測手術室內所有儀器的控制操作面板，時時掌握各項指示信號并將之設定成下一步操作需要的緩存變量。若儀器自有面板有按鍵操作發(fā)生時，則意味著儀器進行使用狀態(tài)。當LED 燈狀態(tài)抑或是數(shù)碼管顯示數(shù)有變化產(chǎn)生時，則最新狀態(tài)則直接傳輸至CPLD，解碼相應的數(shù)碼管數(shù)值，隨后更新其對應的緩存變量。當單片機監(jiān)測數(shù)據(jù)形成更新后則表示中斷開始，即未讀取信息處于有效狀態(tài)中，隨后將信息讀取完結后，甄別消息的正確性與匹配度，隨后反饋設備最新狀態(tài)至控制主機處，使主機屏幕同步更新此設備的全新顯示狀態(tài)。如圖2。

圖2 主程序及中斷程序流程圖

2.4 醫(yī)療設備一體化的臨床應用

本文在前面針對手術室醫(yī)療設備一體化控制所要解決的核心問題、控制方案進行說明后，要將此一體化控制平臺應用于臨床實踐方可以驗證其效果。以上海某三甲醫(yī)院婦產(chǎn)科為例，以其手術室進行醫(yī)療設備一體化平臺安裝后開展臨床實踐應用。在臨床實驗應用中，平臺對實際婦科腔鏡微創(chuàng)手術的核心手術節(jié)點進行監(jiān)控，同時全程跟蹤手術的整個流程，將上述數(shù)據(jù)信息收集并保存。結果顯示，一體化控制對腔鏡手術完成了程序化監(jiān)測，并確保智能化復合處理得以實現(xiàn)。對比現(xiàn)階段傳統(tǒng)臨床潔凈手術室效果后可知，手術室醫(yī)療設備一體化對婦科微創(chuàng)手術圍手術期效果更顯著。這充分說明該一體化控制平臺可以推進婦科微創(chuàng)手術的健康。

3 結語

手術室設備眾多，而基于手術室在清潔、消毒、打包、器械等方面的特殊要求，其中設備一體化是未來醫(yī)院信息化、智能化進程的重要內容。本文基于手術室這一特殊視角，對整合醫(yī)用器械一體化開展探討，旨在為促進手術室實現(xiàn)硬軟件操作數(shù)字化、標準化提供有效參考。