基于C/S架构和物联网技术的可移动医疗设备共享调配系统的设计与应用

王杰，薛博宇，徐云华，张琛，顾伟

1.上海市胸科医院/上海交通大学医学院附属胸科医院 a.后勤保障部；b.院长办公室；c.采购中心，上海 200030；2.上海交通大学 公共卫生学院，上海 200025

引言

随着医疗设备在国内外的广泛应用，医疗设备管理越来越成为医院运营的重中之重。可移动医疗设备由于数量规模大、工作范围广、可移动性强等特点，在管理难度上超过其他大型医疗设备[1]，在实际使用中要求医院对总体设备使用情况进行实时监控，并及时掌握医疗服务缺口情况，常见的可移动设备包括呼吸机、注射泵、心电图机、血压计等。为了实现可移动医疗设备的高效管理，国内各级医院积极应对，但尚无法做到对可移动设备的精细化管理，仍然与发达国家的医疗设备管理存在较大差距。对我国现阶段医院可移动设备管理现状进行调查发现：一方面，大部分医院对于可移动医疗设备的管理仍然采用手工登记的方式进行调配，月底再对使用情况进行人工核算，数据信息不易统计，统计结果容易出错，整体工作强度大且效率低下。另一方面，各临床科室对于可移动医疗设备的使用高峰并不完全重叠，往往出现设备闲置情况，存在较大可共享空间；此外，各临床科室互借用设备时通常不经过调配中心，容易造成设备追溯困难，甚至出现设备丢失的情况[2-3]。

针对上述问题，国内专家学者针对医疗设备共享管理模式[4-7]、共享管理系统构建[8-9]、共享应用实践[10-11]等，分别讨论了设备共享管理的背景、意义以及应用，进行了对共享管理模式的可行性探索。在此基础上，本文对共享调配系统的架构、功能展开更细致、更全面的研究与设计工作，并根据医院的情况，使系统更契合医院的使用习惯和使用场景。为科学管理临床科室可移动医疗设备资源，避免设备临时拆借造成的工作困境，提升医护人员工作效率，需要充分发挥可移动医疗设备移动性和共享性强这一优势，针对医院的业务范围和具体需求，建设基于物联网技术的可移动设备共享调配管理系统，通过有效采集医疗设备使用状态及位置等相关数据，以信息化手段对设备的共享调配进行全过程、全周期的记录、监管及追溯，在完善医院信息化全面管理、医疗设备共享调配等方面发挥重要作用，对于有效减少医疗设备损耗与浪费，降低医院使用成本，提升医院经济效益具有重要的现实意义。

1 系统架构基础设计

1.1 系统设计思路

本系统以打通数据通路，满足可移动医疗设备共享管理的需求为总目标，以安全性、可靠性和可维护性为总原则进行设计。其中安全性原则应充分考虑包括数据和业务流转上的安全策略和机制，保证系统数据不被非法入侵者破坏和盗用，形成安全体系；可靠性原则应充分考虑系统的易操作性、实用性；可维护性应充分考虑软硬件的维修和迭代需求。

根据总原则可将总目标拆分为更全面获取数据、安全高效传输并处理数据、便捷统一管理设备、有效保证科室间协作4 个方面。在获取数据方面，由于共享管理相关的数据无法直接通过已有系统获取，且各个可移动设备间的数据独立，因此需要为每个设备配置数据采集器来获取数据；在传输数据方面，系统应支持医院内网部署、内外网部署两种方案，但内外网部署违背安全性设计总原则，因此实际应采用内网部署的方式；在处理数据方面，保证数据可存储、可访问、可加工，搭建数据和支撑平台；在管理设备方面，应设置共享调配库；在保证科室间协作方面，分别为临床、医工搭建相关的可操作系统。

1.2 系统总体技术

目前，医疗设备管理系统大多采用C/S 架构或B/S架构。C/S 架构是软件系统体系结构，通常采用两层结构，即服务器-客户机（Client-Server）结构，主要应用于局域网内。两层结构中，前端是客户机，后端是服务器。客户机负责完成与用户交互、用户界面显示、接受数据输入、校验数据有效性、向服务器发送请求、接收返回结果，处理应用逻辑后展示在页面；服务器负责数据的管理，接受客户机的请求，运行数据库管理系统，提供数据库的查询和管理，将数据提交给客户机。B/S架构是对C/S 架构的一种变化或者改进的结构，指浏览器-Web 服务器（Broswer-Server），用户界面完全通过浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，主要事务逻辑在服务器端实现。相对于B/S 架构，C/S 架构的响应速度更快、安全性更强，虽然开发维护成本相对较高，但在实际生产中通常使用C/S 架构[12]。因此，本系统基于物联网的C/S 架构，采用MVC 的设计框架，将业务规则、交互界面与控制器拆分开来，通过移动端扫码、拍照等更便捷的方式将原本PC 端复杂繁琐的操作内容简化，充分发挥移动端的优势，并且通过原生与Web 相结合的开发以及后台配置适配各种应用环境，使系统流程节点更加灵活多变。

本系统前台开发采用Java 语言，后台数据库采用MySQL 和SQL Server 数据库[13]。在系统部署方面，系统支持医院内网部署，对于物联网采集器采集的数据，通过医院内网上传到医院内网数据接收服务器，用户通过医院内部网络访问应用。在系统对接方面，系统支持与医院内部医院信息系统（Hospital Information System，HIS）、放射科信息系统（Radiology Information System，RIS）、影像归档和通信系统、检验科信息系统、医院资源规划系统、预约系统、体检系统、集成平台、财务系统等信息系统的数据对接，接口对接方式为视图、WebService、RESTful、MQ（Websphere MQ）等，保障系统的可扩展性。在网络环境方面，服务器网络要求能够访问院内网，提供内网固定3 个IP；前置机网络要求能够同时访问内网和公网、固定内网IP 和端口及公网IP 和端口；无线网络要求Wi-Fi（2.4 G）网络覆盖。在网络安全方面，数据存放在医院内网中的服务器，系统通过前置机服务器与数据服务器交互，前置机外网接入端安装防火墙，前置机通过网闸访问指定的数据库服务器和服务，保障系统的信息安全[14-15]。

1.3 系统架构

可移动医疗设备共享调配系统采用分层架构设计模式，主要分为5 个基础层级，分别是感知层、网络层、物联网平台层、应用层、服务层，见图1。

图1 可移动医疗设备共享调配系统架构

（1）感知层主要是通过安装数据采集装置采集可移动医疗设备使用数据。

（2）网络层主要是通过医院内网、医院无线网络、卫生专线等传输感知层采集到的数据。

（3）物联网平台层主要聚焦数据存储、数据检索、数据分析、数据安全和隐私保护等问题。采集数据存储在院内服务器上，一般设定为数据库或者文件系统，也可分为缓存数据、结构化数据存储、非结构化数据存储（含半结构化数据）。通过对指标模型、描述统计、聚类分析、时间序列分析等进行数据分析，并与HIS、RIS等系统做接口，将设备的实时数据与医院现有信息系统进行集成整合，实现自动识别设备工作状态及工作情况。

（4）应用层主要提供有具体业务含义、支撑系统用户完成日常工作的业务服务。支持移动端、Web 客户端、驾驶舱3 种展现方式，满足业务使用人员及管理人员不同角色的使用需求。

（5）服务层主要是将整体应用功能通过门户方式进行展现，包括临床门户、医工门户和系统管理门户，对不同的应用人员设置登录权限，实现相关功能的应用和资源的浏览查询操作。

2 系统功能实现

2.1 系统功能设计

根据医院业务范围和相关需求，系统包括设备共享调配库、设备共享调配预约、设备共享调配统计以及移动端调配管理4 个核心功能。

2.1.1 设备共享调配库

建立医院调配库，可对调配设备基本信息进行录入和查询，并与资产管理中的资产库同步。对于应急设备可按照编码类别在动态库中实时查询，实时统计某类应急设备在规定时限内的库存变化，支持对重点科室的配置情况、重点岗位的人员配置情况进行条件查询，见图2。

图2 设备共享调配库

2.1.2 设备共享调配预约

可通过调配预约实时查看设备所在院区以及借用状态，同时依据借用状态，进行预约借用操作，见图3。

图3 设备预约界面

2.1.3 设备共享调配统计

系统可实时显示医疗设备各项信息，包括实时状态（工作中、待机、关机）、设备状况（正常、故障）、设备租借状态（是否租借、租借科室、租借时间）、设备定位等，为应急事件设备调配提供参考，见图4。

图4 设备调配统计

2.1.4 移动端调配管理

除PC 端外，系统支持在移动端进行设备使用状态查询、扫码调配等功能。临床科室人员可以在调配列表查看各科室可调配设备情况，通过扫描资产码或点击列表选择设备的方式对设备进行调配（图5a～b）；通过APP 自动记录调配人员姓名及调配时间，调配人员可选择需调入的科室、科室接收人员，确认后开启调配，同时可关联患者信息（图5c～d）；设备归还时，通过扫描设备资产二维码或列表选择设备进入设备归还页面，记录归还科室、设备原在科室、归还检查等信息（图5e～f）；设备消毒及自检后，对设备消毒及自检进行记录，设备归还后可查询归还检查记录（图5g～h）。

图5 移动端调配功能

2.2 业务流程设计

临床科室人员通过移动端借用可移动医疗设备时，主要涉及设备预约、扫码借用、绑定患者、设备归还、清洗消毒、归还检查等业务流程，见图6。以呼吸机为例，各个业务流程说明如下。

图6 可移动医用设备共享调配管理业务流程图

2.2.1 设备状态查询

呼吸机设备状态主要分为可借用、预约中、借用中、保修中4 个类别。借用人员可以根据科室、呼吸机品牌、呼吸机型号等条件快速查询到可以借用的闲置呼吸机列表。

2.2.2 设备预约

系统查询到所需的闲置呼吸机后，为了防止与其他科室人员借用时间冲突，可选择呼吸机进行预约锁定，可保证呼吸机在30 min 内不被其他人借用。借用人员可自主解除锁定，若无借用行为，30 min 后设备自动解除预约。

2.2.3 扫码借用

借用人员根据系统显示信息，到达拟借用呼吸机所在的楼层房间，确认其外观、配件等是否合格，确认无误后扫描设备二维码开始借用，填写借用人员、借用科室、借用房间等信息，完成设备借用并拿到使用科室。

2.2.4 绑定患者

借用人员开始使用时，在系统中将借用设备与患者及病床进行关联（包括病历号、床号等）。如果未进行关联，系统将在扫码借用1 h 后推送信息，提示借用人员进行床位关联。

2.2.5 清洗消毒

设备使用完毕后，借用人员应按照清洗消毒要求进行操作，并拍照上传洗消过程。

2.2.6 扫码归还

借用人员扫描呼吸机二维码进行归还，归还时对设备借用时的配件进行确认，设备归还至保管房间后可对使用流程进行评价。归还30 min 后，呼吸机重新进入可调配呼吸机列表。

3 系统应用

3.1 一般资料

2022 年7 月基于物联网的可移动医疗设备共享调配系统在我院正式上线，全院共享中心共有呼吸机70 台，本研究以麻醉科为试点科室，对照组为2021 年8—11 月麻醉科32 台有创呼吸机的调配和使用数据，观察组为2022 年8—11 月共享调配系统上线后麻醉科32 台有创呼吸机的调配和使用数据。分析比较两组调配次数、平均调配时间、呼吸机使用率、单台呼吸机日均收入4 个指标的差异。

3.2 统计学分析

采用Python 的库进行数据统计分析处理，其中使用了编程语言Python 3.9、科学数据库Scipy 的stats 统计分析包、以及开源的数据分析NumPy 库，计量数据以±s的形式表示，使用统计学的t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

3.3 应用效果

统计数据结果显示，观察组中调配次数明显高于对照组、平均调配时间明显低于对照组，表明使用共享调配系统后，呼吸机调配效率更高；观察组中呼吸机使用率、单台呼吸机日均收入均明显高于对照组，表明使用共享调配系统后，呼吸机使用效率明显提高，科室内呼吸机闲置率减少，且两组比较差异均具有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 试点科室共享调配系统上线前后有创呼吸机调配和使用数据结果（±s）

表1 试点科室共享调配系统上线前后有创呼吸机调配和使用数据结果（±s）

单台日均收入/元对照组31.00±2.59 21.00±2.63 73.00±2.75 101.50±2.65观察组47.00±1.83 14.00±1.94 81.00±2.89 123.60±2.63 t值-16.0075.247-8.281-9.848 P值＜0.0010.001＜0.001＜0.001组别调配次数/次平均调配时间/min呼吸机使用率/%

由于呼吸机周转率的提升，预计试点科室下年度可减少购置呼吸机2 台，设备调配中心工作人员由原来的2 人降至1 人，全年可累计节省成本35 万元。预计每年度为医院节省成本及增加效益近40 余万元，具有一定经济效益。

4 讨论与总结

在医疗设备共享管理方面的研究中，白文华等[4]基于物联网技术探索可移动医疗设备精细化管理路径，提出实现可移动医疗设备运行数据远程实时监测的对策及共享应用方案；邓亚芳等[5]基于成本-效率原则探索医疗设备共享模式，但其研究只停留在理论设计的层面，没有进行实际的应用验证或试验评估，无法证明其系统在实际医院环境中的可行性和有效性。沈君姝等[6]、马健[7]提出建立内部医疗设备共享调配管理模式；刘佳佳等[10]通过建立监护仪调配中心，张虹等[16]、李天庆等[17]建立医院呼吸机共享调配平台，提高了相关设备调配效率，但只是介绍了某种技术或共享管理模式的应用，缺乏对系统架构、功能设计等共享调配系统的深入研究和细节描述，同时也未实现医疗设备使用状态实时监控、预约借用、绩效考核、统计分析等核心功能。本文设计方案能够更好地支持实时数据交互和可移动医疗设备管理，在共享调配系统的架构和功能设计上进行了更加细致、全面的研究和探讨，相比同类研究更加详尽地描述了系统的构建和实施方案。利用信息化手段对设备的共享调配进行全过程、全周期的记录、监管和追溯。基于物联网的可移动共享调配模式改变了各临床科室原有的设备共享机制，有效实现了对临床科室所需可移动医疗设备的高效调配，减少设备重复购置，有效节约了经费和人力成本，对于临床科室高效工作、医院提质增效起到促进作用。

基于物联网的可移动医疗设备共享调配系统，易于理解掌握、操作简单、提示清晰、逻辑性强、操作界面简洁、帮助信息丰富。物联网技术有效弥补了设备管理在数据采集和集成方面的短板，本研究系统有效实现了对临床科室所需可移动医疗设备的高效调配，拓展了传统医疗设备管理的功能范围，实现了医疗设备使用情况记录、查询、计时计费和数据分析管理等功能，达到了提高设备使用效率、提升医院运营效益的目标。搭载于系统平台上的可移动医疗设备管理模式已逐步成型，智能感知终端等硬件也经过了实际工作场景的应用考验，便于移植建设，借鉴性及推广性较强。

但本研究系统的搭建仍存在可优化的空间：① 样本量较少，目前未将本文探讨的模式和系统普及到全院，仅在试点科室应用，且参与应用的设备类型较为单一；② 软件功能不够完善，目前仅支撑共享调配相关环节的闭环运转流程。基于物联网系统的实用性、先进性与可拓展性，以及医疗设备的信息化管理是医疗机构改革与发展的主流趋势，信息化管理平台的健全可有效推动全院医疗设备管理工作由经验型向科学型转变。医疗设备归属“去科室化”，有助于规范各科室使用行为，打破科室间壁垒，推动医疗设备绩效考核管理，引导医院充分发挥现有医疗设备资产作用，辅助医院完成设备周转率、设备使用效率等相关考核指标，进一步提升医院服务满意度，提供更高效、更安全的临床服务。另外，逐步将全院其他生命支持类和可移动医疗设备应用到系统中，高效整合分析多维度、多层级的设备使用数据，为后期医院运营、购置、规范可移动医疗设备以及医疗设备管理改革提供强有力的数据支撑，同时为物联网大数据分析和科学决策奠定基础。

综上，基于物联网技术构建的可移动医疗设备共享调配系统可为医院提供更有效管理可移动医疗设备的解决方案，促进资源共享和成本效益的提升，对于现代医院的管理和经济效益具有重要的实际意义。