基于物联网的便携式超声设备管理平台设计

陈沁浩，郭展瑞

浙江大学医学院附属邵逸夫医院临床工程科 (浙江杭州 310000)

医疗设备作为辅助医师诊治的重要工具，在一定程度上可影响诊治效果，且可体现医院的医疗水平[1]。近年来，医疗设备在医院固定资产中的占比越来越大，临床工程部门对设备的管理也愈发困难[2]。超声设备作为医院不可或缺的一种诊断设备，具有无创、快速、操作简单的特点，是医学影像诊断的主要手段，故其在医院临床各个科室都得到了广泛应用[3-5]。目前，大多数医院的固定式大型超声设备已接入院内影像归档和通信系统(picture archiving and communication systems，PACS)，管理者可通过PACS和电子病历系统获取的数据计算得出台式超声设备的开机率及功能使用率。然而，由于便携式超声设备具有可移动的特点，导致其不便与PACS相连接。对于便携式超声设备的使用管理，仍是以临床人员手工方式简单记录为主，费时费力，且无法实时获取设备的各项关键参数，拖延了信息的反馈速度[6]。而如果不能对便携式超声设备的使用情况进行有效监测，则易出现盲目购置超声设备的问题，造成设备闲置，浪费医院资源。近年来，借助物联网技术实施医院医疗设备大数据挖掘、云计算处理及应用，已成为实现现代医院资产运营精细化、科学化管理不可或缺的部分[7-9]。鉴于此，本研究利用物联网技术设计了一便携式超声设备管理平台，通过借助该平台对便携式超声设备的数据进行实时监测、运算分析得出设备使用效率，为设备的配置和处置提供有效的数据支撑，提高医院医疗设备的管理水平。

1 平台设计

1.1 整体流程设计

基于物联网的便携式超声设备管理平台的系统核心包含数据处理端和用户端。其中，数据处理端是一套与设备相连接的嵌入式设备，可实时采集设备的运行数据，然后通过医院无线网络将数据包发送至服务器，服务器再对数据包进行记录存储、计算分析和处理，最后以可视化的图表呈现在用户端。平台整体流程见图1。

图1 平台整体流程

1.2 数据采集装置设计

便携式超声设备的数据采集装置通过利用一套带有蓄电池功能的嵌入式设备，连接超声设备的视频输出接口。其主要由视频信号采集模块、核心处理模块、无线信号传输模块和电源控制模块组成。当超声设备启动时，数据采集装置接收到设备USB接口传来的高电平信号并随之启动，开始采集工作，每一秒采集一帧图像；核心处理模块可通过光学字符识别技术对图像上的特征文字进行识别、捕获及记录，如超声设备的开关机时间、探头使用型号和开始结束时间等信息，实现对超声设备运行参数的提取，然后对超声图像检查区域进行循环检测，并通过检测图像有无变化确定设备是否处于工作状态，具体流程见图2；随后将采集的信息生成服务器可处理的时间段数据包，在无线网络情况良好的条件下，无线信号传输模块每5分钟向服务器发送一个数据包，数据包内只有提取的特征信息，保证了患者数据的安全，且容量较小，不会过多占用医院局域网的带宽。

图2 数据采集流程

1.3 软件设计

服务器在接收到前端发送的数据包后，通过对数据包进行转码计算分析，在用户界面形成单台设备开关机时间、空闲和工作时间及各探头使用时间3大功能指标，并以柱状图和饼状图的形式呈现出来。基于3大功能指标对全院便携式超声设备的使用情况进行横向比较，可根据用户选择的科室、品牌、时间等过滤条件进行排序展示，对指标偏离(日均使用时长低于全院水平，空闲时间大于30 min，不处于冻结状态的单次无操作时间大于10 min)的设备进行记录，用户端界面见图3。所有的数据均可以Excel表格的形式进行导出，满足设备管理人员开展更多方面数据分析的工作需求。

图3 用户端界面

2 平台使用结果

2.1 设备物联配置

浙江大学医学院附属邵逸夫医院现有多个院区，前期以作者所在庆春院区作为试点，将16台不同品牌型号的便携式超声设备接入设备管理平台，品牌型号及数量见表1。便携式超声设备管理平台具有基本信息管理功能(图4)，该功能重点记录院区16台设备的基本信息，如设备的资产编号、型号及使用科室等，同时将设备与数据采集装置的物理地址(media access control address，MAC地址)进行绑定，使前端采集的数据能够正确地与设备数据库内的设备相关联，并可根据科室与型号选择对应的算法，如在计算设备日均使用时间时，ICU及急诊室按每周工作7天算，而某些科室，如静脉治疗专科、生殖门诊等按每周工作5天算。

表1 便携式超声设备的品牌型号及数量

图4 设备基本信息配置

2.2 设备使用情况分析

对于单台便携式超声设备，主要监测其开关机时间、工作和空闲时间及各探头使用时间。待进入开关机时间统计界面后，默认显示一周内7天的柱状图，点击柱状图即可显示相对应日期详细的开关机时间列表。图5为2021年1月庆春院区急诊室迈瑞M7的具体使用数据(冻结时间不计入探头使用时间)，1月份，设备日均使用时长2.67 h，检查次数4.35次，设备使用率高。图6为对全院16台便携式超声设备2021年3—4月的使用情况进行横向比较获得的分析结果，3—4月份，设备日均使用时长2.26 h，检查次数3.93次(在计算平均数据时，个别使用率极低的设备不计入在内)，其中，9台设备使用时长大于平均值，使用情况良好；设备9使用很少，日均使用时长仅为0.09 h，几乎闲置不用，经过调查，发现造成此现象的原因为麻醉科共有3台便携式超声设备，而设备9使用年限较长，成像效果不及新设备，因此临床使用人员多使用新设备操作，故此设备几乎闲置在库房，造成资源浪费。

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图6 2021年3—4月全院16台设备的使用数据

2.3 指标偏离设备监控

当平台监测到指标偏离项目时，会向该设备关联的工程师账户发送一条消息，该工程师下次登录时即会收到此条消息，消息可以弹屏的形式出现在屏幕右下角，只有点击提示框的关闭按钮才会让提示框消除，以加强对关联工程师对设备进行处理的提醒；此外，消息还可以新提示消息数量提醒的形式出现在上部的铃铛图标处，点击后可查看具体消息内容，并可查阅到历史提示消息。平台在2021年1月共记录了173条提示消息，经调查，发现多台便携式超声设备电源管理功能(即屏幕保护功能和待机功能)未打开(由于飞利浦CX50只有屏幕保护功能，因此设备无操作15 min只是屏幕关闭，但设备键盘灯仍亮，风扇仍运转，USB口仍有电压输出，故数据采集装置仍在运行，可继续记录空闲时间)，开启设备的电源管理功能后，提示消息明显下降，具体见图7(注：2月份春节期间的数据无参考意义)。

图7 2021年1—4月平台的提示消息变化

3 讨论

3.1 便携式超声设备的配置需求分析

传统的医疗设备配置以临床诉求和经验估计为主导，以简单经济预测为辅助，缺乏全面性和精确性，可能导致决策偏差，带来设备使用率低甚至闲置的问题，造成资源浪费[10]，一些科室甚至存在超前配置及重复配置的问题[11]。而便携式超声设备管理平台可实时监控全院便携式超声设备的使用时长，且真实可靠的设备使用时长和检查次数可对设备的采购起到直接指导作用，根据这些数据我们设计了一套公式：

设备使用系数(P)=

当P<0.5时，表明该科室存在设备利用率低或闲置的问题，可考虑通过规范的流程以租借的形式租借给其他科室或直接进行固定资产转让，如此既缓解了其他科室的设备需求，也提高了设备的利用率，减少了医院资源的浪费；当0.51.5时，表明设备超负荷运行，应考虑新增设备，提高临床效益。

3.2 便携式超声设备临床使用管理优化

为了使医疗设备发挥应有的效果，不仅应保证其在安全的环境下运行，还应提升设备使用管理质量，而设备的正确使用与科学管理有助于减少设备故障，提高使用率[12]。以往对医疗设备的临床使用，常出现部分操作者责任意识较差，不能严格按照设备操作流程执行操作的情况，如在使用设备后，不及时关机，造成设备长时间处于开机状态，增加了设备元器件的损耗及设备故障的发生风险[13]；甚至在对身体部位完成检查后，不手动冻结图像，使超声探头一直处于激活状态，导致探头使用寿命明显缩短。而便携式超声设备管理平台可实时监测设备的工作和空闲状态，对异常空闲状态时间段进行抓取、记录并存储，当平台探测到某台设备空闲时间超过1 h后，会向该设备关联的工程师账户发送一条报警消息，工程师即可及时通知临床科室对设备进行关机操作；此外，工程师可定期查阅各设备的历史提示消息并对其进行汇总分析，便于对提示较多的科室相关临床使用人员进行再培训，规范其操作流程，实现及时手动冻结及检查结束后及时关机。

3.3 便携式超声设备探头质量管理

在对医疗设备的管理过程中，管理人员应保障其始终处于最良好的状态[14]。超声探头作为超声设备的关键部件，其对超声检查的图像质量及临床诊断结果具有一定的影响[15]，且临床使用频繁，所以应对超声探头进行周期性维护，保证探头可以正常使用。

对于超声探头的寿命，以往我们只能了解到其大概使用了多少年月，不能精确到时分。而便携式超声设备管理平台可实时监测每个探头的使用时间，结合同型号探头维修数据，当数据积累到一定量后，我们即可对探头的使用时间取一个均值(排除人为损坏)，当在用探头的使用时间达到此均值的90%时，管理平台即会向负责工程师及科室责任人发送预警消息，此时工程师应对该探头制定更频繁的养护干预，或者及时购买保修，确保设备不会因探头损坏而停机；当超声探头出现故障时，我们可结合其使用时间数据论证对其维修的必要性，当使用时间接近或大于平均寿命且维修成本较高时，可考虑更新该故障探头，如此能够促使超声设备最大限度地处于可使用状态，变相提高设备的使用率。

4 小结

便携式超声设备管理平台的应用实现了对医院内各个品牌不同型号便携式超声设备数据的采集，通过统一的形式呈现出来，可为医院各层级的管理决策提供科学支撑，对完善设备的使用管理、降低设备故障率、提升设备使用效益均有促进作用。未来的工作是将多个院区的全部便携式超声设备进行物联，实现多院区设备的统一管理；可针对管理平台的基础功能进行进一步开发，如结合医院网络节点进行位置信息的采集，实现对设备的定位及运动轨迹的追踪；加强对设备故障信息的监测，根据设备故障代码自动生成维修工单并发送给负责工程师；此外，可拓展为对其他类型可视频输出医疗设备(如内镜系统)使用情况的监测，实现更多类型设备的物联。