新型冠状病毒肺炎下超声设备远程维护管理系统的思考与设计

朱宗达，蓝建汀，范夏彬，胡永狮（通信作者）

1 厦门大学附属翔安医院 （福建厦门 361101）；2 厦门市儿童医院 （福建厦门 361001）；3 厦门大学附属心血管病医院 （福建厦门 361001）

核酸检测和放射影像（CT或胸片）在新型冠状病毒肺炎的诊断和预后评价起着重要作用，且效果显著，而随着近年来医学科技的进步，超声影像在肺部疾病诊断中的作用日益凸显，含气的空腔性脏器不再是医学超声的“禁区”。随着超声诊断实例在此次疫情中的不断出现，发现超声技术和设备可以在疫情防控中发挥更加重要的作用[1]。本研究首先分析超声设备的基本结构和工作原理，然后对超声设备远程维护管理系统进行思考，进而做出超声设备远程维护管理系统的设计方案。

1 超声设备的基本结构和工作原理

超声设备主要由以下几部分组成：后端图像处理模块、前端信号采集模块、显示模块、探头模块、电源模块、外设模块（包括打印机、录像机等）[2]。

超声设备的理论基础是振动与波，利用超声物理学所研究的超声波在生物组织中的传播特性和规律，通过向人体中发射超声波，获取人体组织或血液的超声回波信息，并根据回波信息建立的图像进行医学诊断。由于人体各组织有声学的特性差异，超声波在人体内传播时，会在两种不同组织界面处产生反射、折射、散射、绕射、衰减，且声源与接收器相对运动会产生多普勒频移等物理特性。超声设备采用各种扫查方法，接收这些反射、散射信号，可显示各种组织及其病变的形态，从而对病变部位、性质和功能障碍程度作出诊断[3]。

2 超声设备远程维护管理系统的思考

随着医疗科技的不断发展，超声设备以操作简便、易消毒、无创、无放射损伤等特点，已被证实在危重症肺炎的诊治中可发挥重要作用，同时结合临床应用实际情况进行不断改进和完善，将为新型冠状病毒肺炎临床诊疗提供更大帮助。但超声设备因高频次的使用，以及受如人为操作不规范等诸多因素的影响，在实际使用中不可避免地会出现各种各样的故障。既往由于缺乏良好的预警手段，大部分故障都只能在事后处理，很难有效规避故障损失；同时，设备使用人员和维修人员无法预知超声设备故障发生的时间，设备出现故障后维修周期过长，对于较偏远地区的医疗机构，维修周期可能会更长；此外，超声设备中电路板交叉组合，且包含海量的数据信息，其要求维修人员具备很强的专业能力和职业素养，但当发生此类故障时，即便是有经验的维护人员，也很难圆满地解决问题。因此，超声设备故障的解决和大部分的医学设备一样，需要相关维护人员长时间专业经验的积累[4]。

随着5G 网络技术、物联网技术、云计算等技术的飞速发展，目前已研发出超声机器人，医师可以结合先进的远程超声诊疗技术，通过5G 无线网络实现远程控制超声机器人进行实时操作，基于云平台进行实时的远程操控和会诊，同步显示检查图像，有专业医疗人员远程进行诊断，并指导现场医护人员进行远程诊疗，有效避免医务工作者发生交叉感染[5]。在新冠肺炎防控期间，工作在一线的设备工程师面临极大的职业暴露风险，如将临床远程诊疗的思路引入超声设备维护管理中，可以突破传统维护管理模式的局限性，将各种品牌超声设备联通，结合物联网等最新技术，通过数据采集、云计算、远程指导等手段，设计一套超声设备远程维护管理系统，提高维护效率，有效地降低设备工程师的交叉感染风险。

3 超声设备远程维护管理系统的设计方案

近年来，超声设备有以下两方面的发展和突破：（1）硬件集成度越来越高，性能不断提升，可靠性稳步提高，成本也逐渐下降；（2）通信技术、物联网技术、大数据、云计算等软件技术快速发展，为在线监测、收集、存储、分析处理大数据并快速响应带来有力的保障[6]。

超声设备远程维护管理系统是利用数据通信技术、物联网技术、移动互联网技术、云计算、大数据等采集超声设备的运行数据，实现在线智能检测、远程故障预测、远程诊断管理、设备健康状态评价、大数据挖掘等，形成智能检测、远程诊断、设备全生命周期管理等新型能力，以及维护管理各环节的互联互通，提升维护管理水平[7]。

超声设备远程维护管理系统主要由监测模块、传输模块、分析模块、维护模块及自动调节模块等组成，见图1[7]。

图1 超声设备远程维护管理系统模块图

3.1 监测模块

监测模块通过集成不同类型的传感器和处理器，可兼容不同品牌超声设备的数据接口和通信协议，实时采集各种超声设备的电压、电流、温湿度、日志等设备内部运行状态数据，并通过内置物联网卡为后续工作传输数据。监测模块的电源供给通过USB 提供。

3.2 传输模块

传输模块将监测模块采集到的超声设备运行状态数据，传输至分析模块，改模块可自定义设置传输时间，保证数据采集和传输的及时性。

3.3 分析和维护模块及自动调节模块

分析模块基于大数据、专家知识库等技术对接收到的设备实时状态数据进行挖掘与分析，通过对比设备正常参数，判断设备的运行状态，并预测未来发展趋势。对比对象分为单机及集群对比。单机对比是指以设备自身健康状态的历史数据为参照，通过机器自学习等方式建立基准模型，当监测到设备参数有不健康趋势时予以提醒；但单机对比有一定的局限性，如由于采集数据种类等的不全面容易导致预测不准确。集群对比是通过互联网、大数据、云计算等技术，对同类机台之间的差异性进行比较与分析，从而提供更加可靠的健康评估和诊断结果，实现整个科室超声设备甚至更大范围的集群管理与预测。

超声设备远程维护管理系统基于知识库及相关算法，根据分析模块的分析结果进行维护可行性分析，以可视化手段给出维护计划，包括维护的时间、地点、人员和内容等。当超声设备出现异常数据时，维护模块可通过强大的数据处理能力，根据问题的大小，显示待定、提醒、报警、报错等不同类型的设备运行状态。当涉及过热、参数设置、磁盘空间过小等小问题时，管理系统可发送指令，完成自动调节；如果遇到系统无法自动调节解决的问题，参考维护模块给出的诊断参考，工程师可采取人工干预，选择远程在线处理或者现场解决问题。

4 小结

新型冠状病毒肺炎疫情是我国继2003年“非典”之后发生的又一次重大突发性公共卫生事件，现代化的医疗设备是保障抗疫成功的关键。本研究基于物联网等技术构思了超声设备远程维护管理系统，实现了对超声设备使用情况的实时监测，并且通过云计算数据分析，判断超声设备状态并可快速解决问题。该系统不仅可以提升超声设备维护管理效率，延长设备的使用寿命，还可以节省费用，具有一定的现实意义[8-11]；同时，该应用设计也可为其他医学设备的管理提供借鉴。