基于5G技术的医疗设备管理应用研究

羊月祺

(南京医科大学第一附属医院临床医学工程处，南京 210029)

第五代移动通信技术 (5-Generation,5G) 是由“第三代合作伙伴计划组织”(3rd Generation Partnership Project,3GPP)负责制定的一个行业标准。3GPP 是一个标准化机构，其主要成员包括中国、欧洲、日本、韩国和北美等国家和地区的相关行业机构。5G 网络的理论下行速度为10Gb/s（相当于下载速度1.25GB/s），比4G 网络传输的速度快数百倍[1-2]。5G 可为用户带来更高的带宽速率（增强型移动宽带eMBB）、更低且可靠的时延（低时延高可靠通信uRLLC）和更大容量的网络连接（大规模机器通信mMTC），这将使之前许多停留在理论阶段或者因为数据传输速率和连接数限制而无法有效实施的应用场景得到迅速的推广和应用，例如5G 远程手术与检查、基于物联网(Internet of Things,IoT)医疗大数据采集、基于增强现实(Augmented Reality,AR)与虚拟现实(Virtual Reality,VR)远程会诊、智慧医院、医疗设备高效运行与技术管理等[3-4]。

1 医疗设备管理需求分析与现状

依据国家发布的《医疗器械监督管理条例》，对于医疗设备管理提出明确要求：对温度、湿度等环境条件有特殊要求的，应当采取相应措施，以保证医疗器械的安全、有效。医疗器械使用单位应当加强对工作人员的技术培训，按照产品说明书、技术操作规范等要求使用医疗器械。医疗器械使用单位对需要定期检查、检验、校准、保养、维护的医疗器械，应当按照产品说明书的要求进行检查、检验、校准、保养、维护并予以记录，及时进行分析、评估，确保医疗器械处于良好状态，保障使用质量；对使用期限长的大型医疗器械，应当逐台建立使用档案，记录其使用、维护、转让、实际使用时间等事项。

目前，医疗设备管理主要依靠一线工程技术人员现场开展培训、巡查、维护和质控等工作，受限于工程技术人员配置和技术手段限制，很多工作无法全天候有效开展，对于医疗设备在临床应用的隐患无法有效进行预警和排查[5-6]。此外，各类医疗设备使用过程中产生海量运行数据和报警信息，特别是其中技术报警信息对于医院设备管理部门具有重要意义。通过及时处置这些早期、危害程度低的隐患，可进一步避免严重技术故障的发生和出现，减少设备使用者和操作者可能受到的伤害，保障医疗安全。

应用5G 相关技术，采用物联网及VR/AR 等方式让医疗设备运行与管理同5G进行深度跨界融合，在医疗设备使用环境及运行状态监测、开展使用培训、提升技术保障能力等方面具有广泛应用前景，在确保医疗设备临床使用安全性和有效性方面将大有可为。

2 基于5G 及物联网技术的医用设备管理

2.1 医用设备运行环境实时监测

医用设备特别是大型医用设备，由于使用技术复杂、资金投入量大、维修维护运行成本高，一直是医疗机构临床工程人员重点关注和保障的对象。大多数大型医用设备对于运行的环境有严格要求，一般都要求温度、湿度保持在适宜的范围。由于停电或空调系统故障等原因，引起温湿度失控而导致大型医用设备故障的情况屡见不鲜[7-9]。

医疗设备内部的电路板和部件包含大量电子元器件，合适的温湿度对于保证其工作稳定性和延长寿命具有重要意义。温度超过适宜范围，元器件不能及时进行散热，寿命会显著缩短。一般电子元器件的适宜工作温度范围是0～45℃，如果在超出温度范围的情况下工作，温度每上升10℃，电子元件的可靠性将会降低25%。湿度过高，在电子器件表面易形成水膜，可能导致短路现象的发生；湿度过低，空气就会变得干燥，易产生静电，吸附灰尘，同时还容易使印刷电路板产生形变。

目前医疗设备的环境监控主要依靠开机工作期间临床操作使用人员和临床工程人员现场观察和巡查为主，存在很大的局限性，在非工作期间的晚间及节假日等时间段，由于缺乏全天候实时的巡查和监测，温湿度失控时不能第一时间获取信息，导致设备部件损坏或者物资材料的损失，如磁共振设备液氦的非正常挥发损耗等，给医疗机构造成较大经济损失。

利用5G 及物联网技术，在医用设备的机房布置多个温湿度检测点，在机房环境发生异常改变时，第一时间将报警信息传输并发送给临床操作人员和分管工程师，便于他们能够在第一时间对现场进行干预和处理[10]。

基于5G 及物联网技术的机房环境监测将大大降低临床使用人员和工程技术人员现场巡查的工作量，提高巡查效率，实现全天候不间断的监测。通过建立一套基于5G 及物联网技术的医疗设备环境状态数据采集、传输、存储的云平台监控系统，可实现对机房运行环境进行24h 不间断的监测。监测结果不仅可通过联网的计算机直接访问指定网址查看监测数据，为便于操作人员和分管工程师实时查看相关数据，还可开发手机端APP，通过调用物联网云平台的数据信息，实现手机端实时数据查看和历史数据的回顾查询功能，降低临床使用人员和工程技术人员现场巡查的工作量，提高巡查效率，将大型医用设备环境条件失控的问题消灭在萌芽状态，保障大型医用设备运行环境的稳定。如图1所示，在PET/CT 机房布置温湿度实时监测系统，开展温湿度实时监测、传输、显示及预警，可确保环境温湿度符合设备运行需求。

2.2 医疗设备使用状态和报警实时采集

等级医院评审要求：医学装备管理部门对特殊装备定期自查和监测，有记录；应用信息化技术实施医学装备可视化、全流程的管理，有医学装备配置、使用、保障情况的全程记录，信息真实、完整、准确。

目前，各级医院对于医疗设备的使用状态主要通过现场巡查、维修报修信息管理系统及微信等即时通讯工具获取在用医疗设备的实时使用状态，医疗设备主管部门属于被动获取数据的状态[7]。

5G 技术的应用场景之一就是“信息随时获取，万物互联互通”，利用5G 技术的大容量网络连接和低时延的特点，将需要监管的医疗设备利用信息传输协议统一接入物联网平台，实时采集医疗设备运行的状态参数。对于需要重点监管的医疗设备，如CT、MR、呼吸机等，掌握实时运行状态，对于实时监测到的严重技术报警及时地通过无线通信的方式传递给分管工程技术人员，能够第一时间发现故障，及时进行指导和干预，排除因设备故障而导致的使用风险[11-13]。

通过利用5G 及物联网相关技术，对设备的使用情况、故障报错情况、关键部件使用寿命等信息进行实时获取和监测，掌握设备运行状态及预测关键部件的寿命，减少非预期的故障停机时间，提升保障与管理水平。

以CT 为例，如图2 所示，球管作为CT 的核心部件，其使用情况及工作状态关系整个CT 设备的临床检查效率和诊断效果。通过实时采集与获取球管的曝光秒次、扫描次数、打火次数等信息，可时刻掌握其工作状态，指导定期的保养维护及预测性维修更换等工作，可最大限度充分利用和发挥球管的效能。

图1 PET/CT 机房实时温湿度监测

图2 CT 球管实时使用状态和报警监测

图3 MR 液氦水平、液氦压力及冷头温度实时监测

磁共振成像(MRI)设备也是各大医院放射科重点设备之一，由于涉及要通过低温保持超导状态，因此其对于运行环境要求更高，如图3 所示，通过5G 及物联网技术实时监测磁共振设备运行关键参数，如液氦水平、液氦压力、磁体压力、冷头温度等，对于小问题和报警信息做到早发现、早解决，及时排查设备潜在风险，避免了风险演化扩大造成后期停机故障和部件损坏。

3 医疗设备临床VR/AR 培训

医疗设备使用培训的重要性无需赘言。目前医疗设备的使用培训以培训老师现场进行操作培训为主，一般都是大班制和一对多的讲解模式；对于使用人员的个人理解和接受的差异性无个性化的方案，培训考核基本流于形式，无法对培训的效果进行客观评估。

5G 通信技术的超高速和低延时等特性，为医疗设备培训、训练和评估方式的巨变提供了新手段，为临床使用操作人员开发基于5G 的培训和训练课程系统，虚拟现实操作使用模拟场景，运用虚拟现实技术开展培训，5G 的速率一般都在1Gbps，高峰值甚至可以达到10Gbps，而其时延通常在10ms 以内，能够很好地满足手术培训和操作培训要求，营造高度沉浸式体验环境，并可针对临床人员每个人的特点为其定制合理的后续学习计划，提高培训效率，有助于更好地掌握医疗设备使用操作技能[14-16]。

通过5G 开展VR/AR 模拟设备操作培训课程，加强对医用设备临床使用，确保每一名医护人员都能有充分的时间来进行设备操作使用训练，便于开展操作考核评估与评价，减少不当或者错误使用的情况发生。如图4 所示，医护人员既可通过5G 技术营造的VR/AR 环境实时观看5G 手术转播及操作演示，学习和掌握新的医疗技术，也可开展针对性医用设备操作模拟与使用，达到多角度、多维度、时间安排灵活的操作训练，避免集中培训的弊端，取得预期培训效果。

图4 基于VR/AR 的模拟手术及设备操作训练系统

4 医疗设备维保优化升级

高效率、高水平、低费用支出的医疗设备维保障方式一直是医疗机构临床工程人员不断追求的目标。但随着医疗设备集成度的不断提升，自主维修保障难度不断增大，有些设备即使买了厂家的保修服务，厂家的工程师从接到报修到赶至现场仍然可能需要较长的时间，到达现场判断故障和订购配件将花费更多的时间，这一点对于偏远地区的医疗机构影响更为明显；同时，随着医疗机构规模的不断扩大，一所医院多个分院的模式已成常态，对于当前医疗设备维修保障及时性和可靠性提出了很大挑战。

利用5G 技术的高速率和低时延的技术特点，实时传输医疗设备维保现场图像和音频资料，邀请厂家后台技术支持人员或本院其他院区的资深工程师进行远程实时故障判断、故障排除的指导，类似于远程会诊，通过实时上传故障的错误代码、故障日志、故障现象影像、使用人员和现场工程技术人员的语音描述的音频数据，厂家工程师或本院其他院区的技术专家实时下载查看相关资料，为现场技术人员提供指导，传输维修方案的影像资料等，实现故障远程诊断与指导、维修配件的及时配送，减少无效旅途时间及备件等待时间耗费。

在具体故障维修过程中，5G 技术可以保证指导专家对现场情况进行实时动态掌控，可以为现场工程技术人员提供准确指示，实现与手把手的操作指导相同效果的指导，可有效提高医疗设备维修保障的响应时间，节约双方时间成本，提高故障排除效率。通过5G 远程完成设备故障日志提取、传输、显示和分析，可显著加快问题排查和解决速度，缩短维修时间，在最短时间内让设备恢复正常工作。

5 展望

5G 技术突破了传统移动通信系统的应用范畴，在大幅提升传统移动互联网服务能力的同时，将应用的触角渗透至各行各业的物联网应用，从而演变成为支撑全社会、全行业运行的基础性互联网络，以统一的技术框架支撑极度差异化的繁杂应用。

5G 技术在医疗设备管理领域的应用将面临着前所未有的机遇，已有大量的医疗机构在探索融合5G 的医疗设备管理新方案，这也代表了5G 技术在实践中应用的新方向。通过进一步的深化和探索，5G 技术必将在未来医疗设备的全生命周期的使用与管理中发挥出更加显著的成效，进一步提高医疗设备在临床使用的安全性和有效性。