智能手术器械台车的研制

管 吉 杨 坤* 曹德森 高 磊 张虎山 管 叶

智能手术器械台车的研制

管 吉①杨 坤①*曹德森②高 磊①张虎山①管 叶③

目的：研制一种跟踪查找手术器械体内遗留的系统台车装置，避免术后器械遗留在患者体内，发生医疗事故。方法：采用手术前对器械扫描统计，术后扫描复位设计，利用称量和射频识别(RFID)定位技术对手术器械进行标定，完成术后对器械的核查。结果：该系统追踪数量与质量双重数据结果，保障了手术器械的全回收率。结论：所研制的智能追踪台车装置防器械遗留，可以减少医护人员审理和心理负担，有效降低医疗事故发生的概率。

手术器械台车；体内器械遗留；称量；射频识别定位

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.11.014

[First-author’s address] Department of Medical Engineering, No.302 Military Hospital, Beijing 100039, China.

医院现有的手术器械台车功能单一，护理人员工作繁琐，对于手术器具安全保障力度距离实际需求相差甚远。针对手术中存在手术器具安全隐患的现状，本研究研制一款智能防止手术器械遗留体内的手术器械台车用于手术室，实现术前、术后对手术器械的跟踪统计，预防手术器具遗留患者体内的医疗事故发生，旨在保障患者手术安全，减少医护人员的工作量和心理负担。

1 智能手术器械台车总体设计

智能手术器械台车的主要功能为防止手术器械遗留或丢失，手术器械台车设计的主要用途和目的，是在术后使手术器械的数量和质量必须与术前扫描统计的数量和质量完全一致，通过数量监测和质量检测两种途径和方法双管齐下，以防止器械遗留在患者体内，并在发现器械遗失后能够找回器械，确保手术器械不出手术室，防止医疗事故的发生[2]。重点突破：

①在手术前对手术器械进行准备确认；②在手术中对手术器械进行跟踪管理；③在手术后对手术器械继续复位核查；④在手术结束后对遗留丢失的器械进行定位查找；⑤对手术后下台器械进行质与量的标记管理，智能手术器械台车如图1所示。

图1 智能手术器械台车系统示意图

2 手术器械的质量管理模块设计

对手术器械的质量管理是避免有细微器械遗留事故的发生，如针头或折断的刀片，此类手术器具无法用数量严格控制，因此采用质量管理。

2.1 压电传感器

采用压电传感器，当物体放在与传感器相连的托盘上时，其压力传输至传感器，该传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使激励电压发生变化，输出变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到模数转换器，转换成便于处理的数字信号输出至CPU运算控制。CPU根据编码命令以及程序将其运算结果输出至显示器。直至显示精确的结果[3]。如发现术前与术后器械质量不一，系统将自动触发报警，直至医护人员找到手术器械复位为止。

2.2 质量精细化管理

为了实现质量精细化管理，本模块采用万分之一的测量精度，量程为100 kg，可读性为0.01 g，重复性(标准偏差)为0.01 g，线性误差为±0.02 g，操作温度为10～30 ℃，可自动开机校准，开机提示预热。由于此类模块属于计量器具，因此每年需对其精确度和各项性能进行计量校验，以确保其安全性和有效性(如图2所示)。

图2 质量管理模块设计图

3 手术器械数量管理模块设计

随着移动计算器件、无线网络技术和移动定位技术的发展，三角定位、图像定位和信标定位是目前三大主要的自动定位技术，而卫星定位则最为便捷，但用于室内医疗存在精确度问题，因此本设计引入射频识别(radio frequency identification，RFID)定位技术[4-5]。

RFID定位技术是20世纪80年代中期发展起来较为成熟的自动识别技术，就信息传递的原理而言，RFID技术在低频段是基于变压器耦合模型，即初级与次级之间的能量传递及信号传递；在高频段是基于雷达探测目标的空间耦合模型，即雷达发射的电磁波碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机。射频标签与读写器之间的电耦合包含电感耦合和电磁耦合[5]。RFID定位技术系统设计及工作原理，主要由感应标签、设备读写器、接收天线、计算机处理器以及系统工作频率部分组成。

3.1 感应标签设计

感应标签由耦合线圈及芯片构成，每个标签具有唯一性的电子编码数组，附着在被测物体表面，作为识别定位的目标对象，采用无源标签，以减少空间体积设计，识别距离在20 M范围内有效，可为贴纸小环，也可为片状微型贴片，方便目标携带，材质可为消毒防水材质，保障其安全因数的可控性[6]。

3.2 设备读写器设计

读写器为读写和写入标签信息的设备，设计为手持式和固定感应式，工作电压为1 V有效，确保双保险下对信息录入的可靠性。完整的读写器包含射频信号发射电源、高频接收单元、控制电路以及处理和储存部件[7]。

3.3 接收天线设计

设计的接收天线用来产生磁通量，所产生的磁通量用来识别定位无源标签，为标签提供能量并在读写器和标签之间传递信息[8]。

3.4 计算机处理器设计

计算机处理器用于提供总控网路信息平台对数据进行管理和通讯传输。由读写器在手术室内发射射频能量形成电磁场，作用距离的大小取决于发射功率。将计算机处理器设计为当标签通过电磁场区域时被触发，发送储存在标签中的数据，并由读写器读取并解码发送至计算机[9]。当信号运动至标签附近时读写器读出并定位局部标签，也可通过读写器的指令改写储存在标签里的信息。读写器即可接收也可发送信息，使用防冲撞算法和直接空间分区法进行求交运算，能在30 s内鉴别100个标签，并可通过标准的接口与计算机中央处理器进行对接互传数据[10]。如发现术后回收的手术器械与术前数量不一致时系统将自动触发报警，直至医护人员找到原因后复位为止。

3.5 系统工作频率设计

利用Rayleigh分布、对数正太分布及Rician分布等统计特性模型软件，确定识别定位技术系统，将工作频率设计为13.56 MHz，本频段设计为高频，识别距离为50～100 cm，路径损耗指数N为9.6，其优点为较低频便宜，适合短识别距离，可满足多重识别技术的需求，运行方式所需的标签为无源标签，识别速度为毫秒级，且环境影响因素小[11]。识别定位技术系统模块工作流程如图3所示。

图3 系统识别定位模块工作流程图

4 智能手术器械台车系统附件设计

4.1 显示器

本系统附件部分的显示器设计为两块，显示屏A和显示屏B。显示屏A显示质量模块传回的手术器械质量数字数据，数量模块传回的数量数据，温度、湿度数据以及系统对比报错等数据信息；显示器B显示在手术器械丢失的情况下对器械的定位信息的全息位置图。

4.2 机柜设计

机柜设计有操作键盘和指示报警区域，机柜内储存摆放有计算机主机一台，内置读写器模块和天线装置模块以及电源和稳压器等，机柜装有4个脚轮便于移动操作。

5 智能手术器械台车的应用

(1)将数据通信协议及地址码录入发射模块中，将数据传输波特率调制到设备使用的频段，连接工作站系统及附件，同时对读写器的编码、检测和接收进行调试，对工作站应用软件进行调试，将标本标码签进行编码扫描，开机预热[12]。

(2)选取10件手术器械作为样品目标，在样品目标上粘贴环感应标签，在选定的闲置手术室进行实验，室温设置为23 ℃，打开所有手术室常用设备后进行以下操作：①将准备好的手术器械进行扫描标记，显示器显示其数量；②放置系统托盘平台，显示器显示质量数据；③模拟丢失器械，即将1把手术器械放置手术床的一角用遮挡物遮挡，对其启用识别定位，在显示器上显示区域位置；④找到手术器械后按消除报警按键，确认器械全部归位，无遗失后关闭系统[13]。

(3)实验结果表明，通过RFID定位的无线传输，模拟丢失遗漏在患者体内的手术器械显示在显示器上，且清晰可辨，找回器械复位后最终显示手术器械数量和质量与术前完全一致，保证了器械的完好性[14-15]。但在复杂磁场的干扰环境下其稳定性尚需大量实验结果加以验证。

6 结论

本装置应用称量和RFID定位技术，构建面向医疗手术室防止手术器械遗失的手术器械台车系统，将术后尚未归位的手术器械报警至医护人员，以便进行离开手术室之前的及时处理。该系统在初步的实验中取得较为理想的效果，实现了手术器械防遗失功能的预期目标。该设备操作简便，同时能够解决医护人员未能即时发现的残留医疗垃圾问题。在后续的研究中有待进一步优化改进系统，实现手术器械台车系统的信息化、智能化。随着芯片的纳米级，将有望对所有术中的手术器具进行标定，实现手术结束后无任何残留，提高手术患者的安全性和手术治疗的效率。

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Research on the development of a intelligence operation instrumentation trolley equipment trolley

GUAN Ji, YANG Kun, CAO De-sen, et al
China Medical Equipment,2015,12(11)∶43-46.

Objective∶ To develop a system of car device tracing legacy devices for resolving the postoperative operation equipment left inside the patient and reducing the occurrence of medical accidents which is not necessary. Methods∶ Using preoperative scanning instrument scan statistic, design idea of resetting, the equipment calibrated by weighing and RFID positioning technology, completes the postoperative of instrument verification to prevent the legacy of the objective. Results∶ The quantity and quality of the data results of dual system, guarantee the operation instrument full recovery. Conclusion∶ Using instruments left the program developed, can reduce the medical staff of physical and psychological burden, can effectively reduce the probability of medical accidents.

Endomechanical legacy; Weighing; Radio frequency identification positioning

管吉，男，(1990- )，本科学历，工程师。解放军第302医院医学工程保障管理中心，从事医疗设备维修及质量控制管理工作。

1672-8270(2015)11-0043-04

R197.39

A

2015-02-06

①解放军第302医院医学工程保障管理中心 北京 100039

②解放军总医院医工中心 北京 100039

③解放军总医院门诊眼科 北京 100039

*通讯作者：yangkun302yy@126.com