物联网视角下医疗设备电气安全监控系统研究

任金伟

(河南省洛阳正骨医院，河南 洛阳471000)

0 引 言

物联网在监控和通信等方面具有巨大的优势，因此被广泛应用于设备安全管理领域[1-2]。本文设计了一种立足于物联网的医疗设备电气安全监控系统，此系统可以利用物联网将实时采集的安全数据传至服务器，并使用监控软件来分析数据。当测量结果超过安全阈值时，通过控制系统来将设备电源断开，从而防止安全问题发生，实现对医疗设备电气安全的有效监控。

1 医疗设备电气安全参数标准

医疗设备电气安全需要重点监测的三个参数分别为：

(1)漏电流。漏电流的产生形式包括容性电流与阻性电流两种，其中，阻性电流仅仅存在于应用部件之中。漏电流是关乎医疗设备电气安全的重要指标，需要对其进行重点监测。只有确保医用设备电气安全，才能够真正保障患者和医护人员的生命安全。据相关统计数据显示，美国每年有超过1 000人由于就医时触电而失去生命，其中因漏电流过高而导致的人员伤亡占绝大多数[3-4]。为了预防因漏电流过高而导致的人员伤亡事故，在进行设备设计时需要高度重视对漏电流的限制，并且要把漏电流作为重点监测参数之一。

(2)接地电阻。接地电阻是指存在于设备外壳与接地端钮之间的电阻，作为直接影响医院患者及设备操作人员人身安全的重要因素，需要在医疗设备电气安全监测中予以重点关注。接地电阻能够避免外界和医疗设备间的互相干扰，为设备运行提供良好的外部环境。

(3)电介质强度。电介质强度是衡量电气绝缘性能的重要指标，可以使设备在外界电流产生高压渗入问题时保持良好的绝缘性能。在医疗设备工作过程当中，因受雷电等因素的影响，在电网内部可能会产生瞬态过电压，从而导致绝缘材料受损，引发安全隐患。而采用电介质强度试验能够实现对设备绝缘性能的有效检测，起到施压和检测材料性能的作用，为人员安全提供保障。

2 基于物联网的医疗设备电气安全监控系统

2.1 系统功能需求

此系统需改变手动测量仪器来逐一测量、记录与分析每台设备安全参数的现状，实现对位置分散的各台医疗设备安全参数的实时集中监控，并能够对设备安全参数进行有效分析。当分析发现设备存在安全隐患的时候，能够发出预防性维修提醒；当分析发现设备存在安全故障时能够及时发出报警。以此来实现对医疗设备电气安全的网络化和智能化管理，有效保障医疗设备的电气安全。

2.2 系统总体设计

在设计该系统时需要遵循信息生成及传输等原则。因为在物联网的结构模型里包含感知层、网络层与应用层三部分[5]。因此，所设计的电气安全监控系统需具备电气安全参数测量设备、医院无线网与监控中心，系统整体结构如图1所示。此系统能够对分散的医疗设备进行实时集中监控，一旦设备电气安全参数超出安全阈值时，系统将会发出警报，并且将问题设备电源断开。系统所使用的监控软件为B/S结构，在将智能终端连接无线网以后，利用监控软件便能够监测医疗设备电气安全。

图1 系统整体结构

2.3 串口服务器设计

当前，很多医院所使用的医疗设备电气安全测量仪器存在显著弊端，不能够实现基于物联网的智能化集中管理，例如：测量仪器只能够进行声光报警，在监测出设备问题时，不能及时将设备电源断开；测量结果以RS232串口输出，无法实现网络化传输等[6]。针对以上问题，本文设计出了一种性能更优的测量设备，如图2所示，其主要由串口服务器、控制电路与测量仪组成。此测量设备的工作原理为：测量仪所测得的数据由RS232输出串口传至串口服务器，然后由串口服务器对数据进行采集和传输。当测量结果超过安全阈值的时候，测量仪中的触发信号会触发声光报警器发出报警，控制电路在接收到触发信号后会及时将设备电源断开，进而保证人员与设备的安全。

图2 测量设备结构图

串口服务器的主要功能为采集、传输测量数据。因为串口协议仅仅对数据链路层与物理层的规范进行了定义，所以需要进行相应的转换才能实现基于TCP/TP的网络化数据传输。此种转换并非是单纯的数据链路层与简单物理层的转换，而是将串口数据作为TCP/IP 的应用层数据，应用TCP/IP封装进行传输。

串口服务器结构主要包括串口数据处理模块、主处理器模块以及网卡模块，如图3所示。其基本工作原理为：串口数据处理模块对串口设备的状态进行收集，接收串行数据流，并且对数据格式进行解/封包；在主处理器模块寻址某端口的时候，主处理器模块对相应的寄存器完成读写任务，对相连接的串口设备的空闲状态进行判定，并且与其建立起通信连接；主处理器模块完成对串行数据流信号转换与编码，并且将其传至网卡；网卡控制单元控制网卡内各部分协调，把所生成的数据和地址等传至读写控制单元进行处理。串口服务器根据测量仪的参数来对自身参数进行相应的设置，以此来保证串口数据得以正常采集与传输。串口服务器中的网络模块能够支持AT指令，通过TCP/IP协议与服务器端建立起socket连接，从而实现网络通信功能，如图4所示。

图3 串口服务器结构

图4 通信流程图

2.4 无线网设计

无线网络相对于有线网络具有诸多优势，既不需要担心接入设备位置受到限制，也无需采用网线、光纤和电缆等有线设施，在节约施工成本、简化施工工艺方面较有线网络有着巨大的优越性[7]。无线网络具备Wi-Fi、3G等众多类型，其中，Wi-Fi是当前应用最为广泛的无线网络形式。近年来，我国医院信息化数字化进程持续推进，许多医院信息网络正在完成由有线网向无线网的升级改造，大部分医院目前已经拥有自己的无线局域网。为实现对医院现有资源的充分利用，本文所设计系统的网络层将采用医院已有的无线局域网。

3 系统测试与应用

3.1 监控系统主界面

获得权限的工作人员根据所分配的用户名及密码可以登录、使用系统，用户登录权限界面如图5所示。如果未获得相应权限的人员擅自登录此系统，系统会自动发出警报，并且会记录拦截登录的时间。当用户登录进入到系统以后，系统主界面主要包括系统设定、设备监控和用户管理三个模块。

图5 用户登录权限界面

3.2 系统功能的实现

(1)实时显示监测值：系统能够实时显示被监控设备的测量数值，在测量数值超出安全阈值时，系统界面上此设备所对应的图标为红色闪烁，并且发出警报声。

(2)监测值预警显示：当设备的测量参数一直处在安全阈值附近时，系统会通过显示预警来提醒对设备进行预防性维修。

(3)录入、查询设备信息：通过系统可以录入、修改被测设备的有关信息，与此同时生成设备的条码标签，通过扫描被测设备的条码标签可以查询其相关信息。

(4)数据统计分析：系统通过分析已储存的历史测量数据，给出被测设备的电气安全参数测量值趋势图，在测量值趋近于安全阈值的时候，系统会自动提示对被测设备进行预防性维修处理。

4 结束语

综上所述，医疗设备电气安全与患者及操作者的生命安全息息相关，为了预防发生电气安全事故，有必要对医疗设备进行电气安全检测。本文所设计的医疗设备电气安全监控系统，利用物联网将实时采集的安全数据传至服务器，并使用监控软件来分析数据。当测量结果超过安全阈值时，可通过控制系统来将设备电源断开，从而防止安全问题发生，实现了对医疗设备电气安全的有效监控。