任金偉

(河南省洛陽正骨醫(yī)院，河南 洛陽471000)

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)在監(jiān)控和通信等方面具有巨大的優(yōu)勢，因此被廣泛應用于設備安全管理領域[1-2]。本文設計了一種立足于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療設備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以利用物聯(lián)網(wǎng)將實時采集的安全數(shù)據(jù)傳至服務器，并使用監(jiān)控軟件來分析數(shù)據(jù)。當測量結果超過安全閾值時，通過控制系統(tǒng)來將設備電源斷開，從而防止安全問題發(fā)生，實現(xiàn)對醫(yī)療設備電氣安全的有效監(jiān)控。

1 醫(yī)療設備電氣安全參數(shù)標準

醫(yī)療設備電氣安全需要重點監(jiān)測的三個參數(shù)分別為：

(1)漏電流。漏電流的產(chǎn)生形式包括容性電流與阻性電流兩種，其中，阻性電流僅僅存在于應用部件之中。漏電流是關乎醫(yī)療設備電氣安全的重要指標，需要對其進行重點監(jiān)測。只有確保醫(yī)用設備電氣安全，才能夠真正保障患者和醫(yī)護人員的生命安全。據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，美國每年有超過1 000人由于就醫(yī)時觸電而失去生命，其中因漏電流過高而導致的人員傷亡占絕大多數(shù)[3-4]。為了預防因漏電流過高而導致的人員傷亡事故，在進行設備設計時需要高度重視對漏電流的限制，并且要把漏電流作為重點監(jiān)測參數(shù)之一。

(2)接地電阻。接地電阻是指存在于設備外殼與接地端鈕之間的電阻，作為直接影響醫(yī)院患者及設備操作人員人身安全的重要因素，需要在醫(yī)療設備電氣安全監(jiān)測中予以重點關注。接地電阻能夠避免外界和醫(yī)療設備間的互相干擾，為設備運行提供良好的外部環(huán)境。

(3)電介質(zhì)強度。電介質(zhì)強度是衡量電氣絕緣性能的重要指標，可以使設備在外界電流產(chǎn)生高壓滲入問題時保持良好的絕緣性能。在醫(yī)療設備工作過程當中，因受雷電等因素的影響，在電網(wǎng)內(nèi)部可能會產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓，從而導致絕緣材料受損，引發(fā)安全隱患。而采用電介質(zhì)強度試驗能夠?qū)崿F(xiàn)對設備絕緣性能的有效檢測，起到施壓和檢測材料性能的作用，為人員安全提供保障。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療設備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)功能需求

此系統(tǒng)需改變手動測量儀器來逐一測量、記錄與分析每臺設備安全參數(shù)的現(xiàn)狀，實現(xiàn)對位置分散的各臺醫(yī)療設備安全參數(shù)的實時集中監(jiān)控，并能夠?qū)υO備安全參數(shù)進行有效分析。當分析發(fā)現(xiàn)設備存在安全隱患的時候，能夠發(fā)出預防性維修提醒；當分析發(fā)現(xiàn)設備存在安全故障時能夠及時發(fā)出報警。以此來實現(xiàn)對醫(yī)療設備電氣安全的網(wǎng)絡化和智能化管理，有效保障醫(yī)療設備的電氣安全。

2.2 系統(tǒng)總體設計

在設計該系統(tǒng)時需要遵循信息生成及傳輸?shù)仍瓌t。因為在物聯(lián)網(wǎng)的結構模型里包含感知層、網(wǎng)絡層與應用層三部分[5]。因此，所設計的電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)需具備電氣安全參數(shù)測量設備、醫(yī)院無線網(wǎng)與監(jiān)控中心，系統(tǒng)整體結構如圖1所示。此系統(tǒng)能夠?qū)Ψ稚⒌尼t(yī)療設備進行實時集中監(jiān)控，一旦設備電氣安全參數(shù)超出安全閾值時，系統(tǒng)將會發(fā)出警報，并且將問題設備電源斷開。系統(tǒng)所使用的監(jiān)控軟件為B/S結構，在將智能終端連接無線網(wǎng)以后，利用監(jiān)控軟件便能夠監(jiān)測醫(yī)療設備電氣安全。

圖1 系統(tǒng)整體結構

2.3 串口服務器設計

當前，很多醫(yī)院所使用的醫(yī)療設備電氣安全測量儀器存在顯著弊端，不能夠?qū)崿F(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化集中管理，例如：測量儀器只能夠進行聲光報警，在監(jiān)測出設備問題時，不能及時將設備電源斷開；測量結果以RS232串口輸出，無法實現(xiàn)網(wǎng)絡化傳輸?shù)萚6]。針對以上問題，本文設計出了一種性能更優(yōu)的測量設備，如圖2所示，其主要由串口服務器、控制電路與測量儀組成。此測量設備的工作原理為：測量儀所測得的數(shù)據(jù)由RS232輸出串口傳至串口服務器，然后由串口服務器對數(shù)據(jù)進行采集和傳輸。當測量結果超過安全閾值的時候，測量儀中的觸發(fā)信號會觸發(fā)聲光報警器發(fā)出報警，控制電路在接收到觸發(fā)信號后會及時將設備電源斷開，進而保證人員與設備的安全。

圖2 測量設備結構圖

串口服務器的主要功能為采集、傳輸測量數(shù)據(jù)。因為串口協(xié)議僅僅對數(shù)據(jù)鏈路層與物理層的規(guī)范進行了定義，所以需要進行相應的轉換才能實現(xiàn)基于TCP/TP的網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)傳輸。此種轉換并非是單純的數(shù)據(jù)鏈路層與簡單物理層的轉換，而是將串口數(shù)據(jù)作為TCP/IP 的應用層數(shù)據(jù)，應用TCP/IP封裝進行傳輸。

串口服務器結構主要包括串口數(shù)據(jù)處理模塊、主處理器模塊以及網(wǎng)卡模塊，如圖3所示。其基本工作原理為：串口數(shù)據(jù)處理模塊對串口設備的狀態(tài)進行收集，接收串行數(shù)據(jù)流，并且對數(shù)據(jù)格式進行解/封包；在主處理器模塊尋址某端口的時候，主處理器模塊對相應的寄存器完成讀寫任務，對相連接的串口設備的空閑狀態(tài)進行判定，并且與其建立起通信連接；主處理器模塊完成對串行數(shù)據(jù)流信號轉換與編碼，并且將其傳至網(wǎng)卡；網(wǎng)卡控制單元控制網(wǎng)卡內(nèi)各部分協(xié)調(diào)，把所生成的數(shù)據(jù)和地址等傳至讀寫控制單元進行處理。串口服務器根據(jù)測量儀的參數(shù)來對自身參數(shù)進行相應的設置，以此來保證串口數(shù)據(jù)得以正常采集與傳輸。串口服務器中的網(wǎng)絡模塊能夠支持AT指令，通過TCP/IP協(xié)議與服務器端建立起socket連接，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡通信功能，如圖4所示。

圖3 串口服務器結構

圖4 通信流程圖

2.4 無線網(wǎng)設計

無線網(wǎng)絡相對于有線網(wǎng)絡具有諸多優(yōu)勢，既不需要擔心接入設備位置受到限制，也無需采用網(wǎng)線、光纖和電纜等有線設施，在節(jié)約施工成本、簡化施工工藝方面較有線網(wǎng)絡有著巨大的優(yōu)越性[7]。無線網(wǎng)絡具備Wi-Fi、3G等眾多類型，其中，Wi-Fi是當前應用最為廣泛的無線網(wǎng)絡形式。近年來，我國醫(yī)院信息化數(shù)字化進程持續(xù)推進，許多醫(yī)院信息網(wǎng)絡正在完成由有線網(wǎng)向無線網(wǎng)的升級改造，大部分醫(yī)院目前已經(jīng)擁有自己的無線局域網(wǎng)。為實現(xiàn)對醫(yī)院現(xiàn)有資源的充分利用，本文所設計系統(tǒng)的網(wǎng)絡層將采用醫(yī)院已有的無線局域網(wǎng)。

3 系統(tǒng)測試與應用

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)主界面

獲得權限的工作人員根據(jù)所分配的用戶名及密碼可以登錄、使用系統(tǒng)，用戶登錄權限界面如圖5所示。如果未獲得相應權限的人員擅自登錄此系統(tǒng)，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，并且會記錄攔截登錄的時間。當用戶登錄進入到系統(tǒng)以后，系統(tǒng)主界面主要包括系統(tǒng)設定、設備監(jiān)控和用戶管理三個模塊。

圖5 用戶登錄權限界面

3.2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

(1)實時顯示監(jiān)測值：系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示被監(jiān)控設備的測量數(shù)值，在測量數(shù)值超出安全閾值時，系統(tǒng)界面上此設備所對應的圖標為紅色閃爍，并且發(fā)出警報聲。

(2)監(jiān)測值預警顯示：當設備的測量參數(shù)一直處在安全閾值附近時，系統(tǒng)會通過顯示預警來提醒對設備進行預防性維修。

(3)錄入、查詢設備信息：通過系統(tǒng)可以錄入、修改被測設備的有關信息，與此同時生成設備的條碼標簽，通過掃描被測設備的條碼標簽可以查詢其相關信息。

(4)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：系統(tǒng)通過分析已儲存的歷史測量數(shù)據(jù)，給出被測設備的電氣安全參數(shù)測量值趨勢圖，在測量值趨近于安全閾值的時候，系統(tǒng)會自動提示對被測設備進行預防性維修處理。

4 結束語

綜上所述，醫(yī)療設備電氣安全與患者及操作者的生命安全息息相關，為了預防發(fā)生電氣安全事故，有必要對醫(yī)療設備進行電氣安全檢測。本文所設計的醫(yī)療設備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)將實時采集的安全數(shù)據(jù)傳至服務器，并使用監(jiān)控軟件來分析數(shù)據(jù)。當測量結果超過安全閾值時，可通過控制系統(tǒng)來將設備電源斷開，從而防止安全問題發(fā)生，實現(xiàn)了對醫(yī)療設備電氣安全的有效監(jiān)控。