張 磊，袁鑒辭，李 靜

（南京市江寧醫(yī)院，江蘇南京 211100）

國務院辦公廳2019 年發(fā)布的《關于加強三級公立醫(yī)院績效考核工作的意見》明確指出，各大公立醫(yī)院需積極開展系統(tǒng)化醫(yī)學裝備巡檢、保養(yǎng)、維護等工作，提升醫(yī)院的績效與醫(yī)療服務質(zhì)量[1]。醫(yī)學裝備包含諸多重型醫(yī)療儀器，技術復雜、價格高昂，需要專門人員進行專業(yè)化精細管理。物聯(lián)網(wǎng)技術、現(xiàn)代信息技術日新月異，為醫(yī)學裝備的信息化管理帶來了新的設計靈感[2]，各等級醫(yī)療機構紛紛借助信息技術提高醫(yī)學裝備質(zhì)控管理的系統(tǒng)化與精細化水平[3]。該研究以物聯(lián)網(wǎng)技術與現(xiàn)代信息技術為手段，綜合運用頻繁項集挖掘技術、粒子群算法、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型實現(xiàn)醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺設計，加強醫(yī)療設備維修效率、提高現(xiàn)代醫(yī)院的信息化管理水平。

1 醫(yī)學裝備質(zhì)控管理物聯(lián)網(wǎng)平臺設計

1.1 醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺總體架構

物聯(lián)網(wǎng)能夠讓獨立的普通物理對象形成一個互聯(lián)互通的網(wǎng)絡，方便事物的信息共享與統(tǒng)一管理。為此基于物聯(lián)網(wǎng)技術設計醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺，基于B/S 模式布局網(wǎng)絡構架[4-5]，以隨時獲悉醫(yī)學裝備的實時運行數(shù)據(jù)監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，提高醫(yī)學裝備管理與維修的智能化水平，及時把控醫(yī)學裝備的質(zhì)量應用情況。基于物聯(lián)網(wǎng)技術設計的醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺架構如圖1 所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺架構

該架構中，感知層負責采集醫(yī)學裝備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)并上傳至網(wǎng)絡層，大量傳感器采集設備的基礎運行數(shù)據(jù)，由于醫(yī)學裝備應用具有分散性，為集中獲取設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，在采集層集成了一體化數(shù)據(jù)采集模組，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中處理與高效率擴展[6]；網(wǎng)絡層配備以太網(wǎng)、通信協(xié)議以及專有網(wǎng)絡，完成醫(yī)療設備使用信息的傳輸；在傳輸層進行數(shù)據(jù)解析、轉化、清洗操作，再上傳到平臺層進行存儲和分析[7]，最后在應用層顯示數(shù)據(jù)，方便遠程醫(yī)療、維修管理、質(zhì)量監(jiān)控、預警監(jiān)測等操作進行應用。此外，如有新的醫(yī)學裝備添加至物聯(lián)網(wǎng)平臺時，將新設備IP地址、編號等信息輸入系統(tǒng)，并選擇對應的型號參數(shù)配置模板[8]；平臺配備標準的數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)了外部設備同物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學裝備平臺內(nèi)部數(shù)據(jù)的相互傳輸。

1.2 醫(yī)學裝備精細化運營技術

在醫(yī)學裝備數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，基于頻繁事項集對醫(yī)學裝備運營數(shù)據(jù)進行挖掘，獲悉醫(yī)學裝備運行過程中的高頻狀況，為設備維修、質(zhì)量控制提供科學依據(jù)，掌控醫(yī)學裝備運營質(zhì)量。

1）借助物聯(lián)網(wǎng)平臺采集醫(yī)學裝備的運行數(shù)據(jù)，構建醫(yī)學裝備運營管理事項集合X，X={Mij，1≤i≤3,j≥1}={醫(yī)學裝備型號，運營事項，有效（無效）}[9]。其中，事項元素與事項的類別分別用i、j表示。當醫(yī)學裝備運營過程符合規(guī)定與常理，且有效解決了醫(yī)療問題，認定其為“有效運營”，反之認定為“無效運營”。

2）基于期望加權支持度挖掘醫(yī)學裝備運營的頻繁項集。定義項集X在數(shù)據(jù)庫D內(nèi)的期望加權支持度為exp wSup(X)[10]，即為項集X期望支持度與其權重值的成績，如式（1）所示：

式中，k為項集X內(nèi)的項目總數(shù)；事務Tq中項集X出現(xiàn)的概率用p(X,Tq)表示；項目Ij的權重值用w(Ij)表示，w(Ij)∈(0,1]，w(X)為各項目權重的平均值。求取事項的支持度后，頻繁項集即為不小于支持度的事項，利用支持度最小值約束獲取醫(yī)學裝備運營項目的頻繁項集，將挖掘出的頻繁項集作為醫(yī)學裝備精細化運營的管理依據(jù)。

1.3 醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測技術

物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺集成RFID 定位設備，負責實時采集醫(yī)療設備的定位信息、監(jiān)測使用狀態(tài)，醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測模塊的實現(xiàn)。硬件介質(zhì)為固定的RFID 讀取器、手持RFID 信息分析器、RIFD桌面發(fā)卡終端。RFID 定位模塊以STM32 硬件為核心，由室內(nèi)外定位硬件、通信單元、顯示單元有機組成。醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測功能的實現(xiàn)需要進行以下設計：首先在醫(yī)療設備端安裝RFID 標簽與RFID 遠程讀寫器，射頻模塊自動識別RFID 芯片位置，RFID標簽可發(fā)送高頻射頻信號[11]；其次，由讀寫器實時采集到位置信息及使用狀態(tài)，通過局域網(wǎng)將信息傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺。

RFID 定位設備基于粒子優(yōu)化濾波算法實現(xiàn)醫(yī)療裝備定位，具有較強的環(huán)境自適應性，能準確獲得醫(yī)療裝備的位置信息。RFID 定位設備通過估算待測標簽位置來確定醫(yī)學裝備的位置信息，基于鄰近標簽坐標描述待測標簽坐標值，表達式如下：

其中，wi表示鄰近標簽對待測標簽坐標定位的權值，待測標簽坐標與鄰近標簽坐標分別采用(x,y,z)、(xi,yi,zi) 表示。為了精準定位故障醫(yī)療裝備所在位置，高精度估算待測標簽的坐標值，將RFID定位問題視為求取“待測標簽同鄰近參考標簽之間距離誤差最小值”的問題[12-13]，基于式（3）最優(yōu)化目標函數(shù)來實現(xiàn)，表達式如下：

式中，Pi是待測標簽與參考標簽之間的歐氏距離。應用粒子群優(yōu)化算法實現(xiàn)目標函數(shù)的求解，將粒子視為RFID 待測標簽，粒子的位置則對應待測標簽的位置，求解目標函數(shù)后即可得到待測標簽同鄰近參考標簽之間的最小距離誤差，獲得最佳的RFID位置信息并估算結果，進而準確定位醫(yī)學裝備所在位置。

醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測模塊應用流程如下：1）醫(yī)療裝備進入工作區(qū)域前需經(jīng)過RFID 讀寫器讀取設備信息，同時記錄其所在位置信息；2）設備進入工作狀態(tài)后，定位模塊自動采集設備開機與關機信號，分別將醫(yī)療設備的狀態(tài)定義為“使用中”、“空閑”；當醫(yī)療裝備處于需維修、保養(yǎng)等待處理狀態(tài)時，定位模塊將采集相應的狀態(tài)信息發(fā)送至后臺，以上狀態(tài)信息可在物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺后清晰查看。

1.4 醫(yī)療裝備自動巡檢技術

物聯(lián)網(wǎng)技術支持下的醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺具備工程自動巡檢功能，預設醫(yī)學裝備巡檢的時間、人員信息，平臺將自動向?qū)t(yī)學裝備工程師發(fā)送巡檢提醒，醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測模塊采集的設備位置信息與狀態(tài)信息為自動巡檢提供了參考依據(jù)；同時工程師巡檢信息將安全存儲在物聯(lián)網(wǎng)平臺中，作為醫(yī)學裝備后期維修與保養(yǎng)的根據(jù)。自動化巡檢包含如下幾項功能：

1）故障自動診斷及預警。平臺基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡算法識別醫(yī)療裝備的故障信號，及時發(fā)現(xiàn)設備問題并進行預警。利用高精度傳感器采集醫(yī)療裝備的電壓信號，標簽處理后作為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡算法診斷的樣本數(shù)據(jù)。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡診斷模型包含卷積層、批歸一化層、降采樣層、全連接層，模型需要學習醫(yī)療裝備故障特征后才能對當前數(shù)據(jù)進行故障識別[14]，定義醫(yī)療裝備故障診斷訓練集包含m個樣本、c個故障類型，{(xi,yi),…,(xm,ym)}則為訓練集的輸入形式，對應歸屬類別的標簽定義為yi、xi，故障診斷樣本目標函數(shù)如下：

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷模型的卷積層和降采樣層負責提取醫(yī)學裝備的故障特征，全連接層負責將提取的故障特征進行映射分類，輸出醫(yī)學裝備的故障診斷結果。

2）自動報修功能。平臺的自動報修功能可一鍵實現(xiàn)，不局限于手機短信文本報修，還包括手機語音、手機圖片、微信等提醒方式。維修指令直接下達到維修團隊負責人手中，可以自主維修的內(nèi)容內(nèi)部解決，無法自主完成的維修工作需繼續(xù)向維修商報備，并且自動生成線上信息化的維修報表、維修記錄、分析報告等內(nèi)容。

3）醫(yī)院信息共享功能。物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺內(nèi)置標準數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)各種醫(yī)學裝備之間的數(shù)據(jù)傳輸與共享，醫(yī)院信息管理系統(tǒng)、放射學信息系統(tǒng)、影像信息系統(tǒng)、檢驗信息系統(tǒng)之間互相聯(lián)動，實時共享各科室的醫(yī)學裝備數(shù)據(jù)；例如監(jiān)護儀、呼吸機配備醫(yī)療數(shù)據(jù)傳感器，由數(shù)據(jù)采集模組獲取設備的原始狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過通信模組上傳到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，經(jīng)過數(shù)據(jù)格式轉換、數(shù)據(jù)清洗等預處理操作[15]，并更新為當前最新的醫(yī)療裝備信息；共享數(shù)據(jù)存儲在平臺中，自動巡檢工程師可按需提取數(shù)據(jù)，指導醫(yī)療裝備的維修工作。

4）巡檢數(shù)據(jù)分析功能。物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺集成了移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、RFID 射頻等技術，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為HTTP 協(xié)議，實時采集的醫(yī)學裝備信息經(jīng)過預處理與安全認證[16]，數(shù)據(jù)真實可靠，物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)技術集中整合各個分散的硬件設備信息，動態(tài)連接數(shù)據(jù)庫；云計算提供并行化、分布式大數(shù)據(jù)計算模型，加速醫(yī)學裝備的質(zhì)控效率；RFID 射頻技術實時定位精準醫(yī)學裝備的位置信息，為臨床救治爭取大量時間。

2 平臺應用效果分析

2.1 平臺可視化界面展示

將文中設計的醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺用于醫(yī)學裝備管理實踐，平臺“維修管理”功能界面如圖2 所示。采用物聯(lián)網(wǎng)信息化管理平臺取代原有的半數(shù)字化信息記錄方法（人工記錄+文檔記錄），完成全部醫(yī)學裝備的歸檔工作；利用兩個月時間對使用人員進行醫(yī)療設備管理培訓、對工程部技術人員實施維修培訓；最后展開多次考核，確保相關人員已經(jīng)掌握醫(yī)學裝備質(zhì)控管理方法。該文方法投入實際應用時長已經(jīng)超過一年，取得了顯著的精細化管理成效，使該院醫(yī)療設備質(zhì)控管理水平得到明顯優(yōu)化。

圖2 平臺“維修管理”界面

2.2 醫(yī)學裝備運營的頻繁項集挖掘分析

以5 天內(nèi)醫(yī)學裝備運營數(shù)據(jù)為對象進行數(shù)據(jù)挖掘，獲得各類型設備運營的頻繁項集，挖掘結果皆為“有效運用”，數(shù)據(jù)內(nèi)容如表1 所示。

表1 醫(yī)學裝備運營醫(yī)學裝備運營挖掘結果

分析表1 數(shù)據(jù)可知，針對各類型的醫(yī)學裝備，平臺能夠挖掘出特定時間段內(nèi)與醫(yī)學裝備關聯(lián)高的頻繁事項集，如X 射線診斷設備與“輻射安全測定與校正”事項存在高關聯(lián)，說明X 射線診斷設備在測試時間段內(nèi)高頻率的進行了輻射安全測定與校正行為；支持度為12.40%，且該挖掘結果為有效，可以作為管理人員評價X 射線診斷設備運行質(zhì)量、設備故障原因分析的關鍵依據(jù)。

2.3 醫(yī)學裝備報修效果分析

2019 年11 月-2020 年10 月為原有方法應用階段，2020 年11 月-2021 年10 月為該文物聯(lián)網(wǎng)平臺應用階段。原有方法應用階段共產(chǎn)生報修問題562次，該文方法應用階段共產(chǎn)生報修問題422 次，報修次數(shù)顯著降低，并且該文方法應用階段仍有新的醫(yī)療設備購入，提高了設備報修的概率，而該文方法仍然有效降低了醫(yī)學裝備報修的次數(shù)。2019 年9 月-2020 年9 月內(nèi)562 次報修中出現(xiàn)問題的次數(shù)如表2所 示，2020 年11 月-2021 年10 月 內(nèi)422 次報修中出現(xiàn)問題的次數(shù)如表3 所示。

表2 原有方法報修過程中產(chǎn)生的問題

表3 該文方法報修過程中產(chǎn)生的問題

由表2 可知，使用原有方法進行的醫(yī)學裝備精細化管理，在報修過程中產(chǎn)生了諸多問題，例如保養(yǎng)工作不按期進行發(fā)生42 次，出現(xiàn)35 次保養(yǎng)記錄不完善的情況；維修記錄查找困難的比重為9%；另外，維修后無人跟進的情況時常發(fā)生，這些問題均為醫(yī)學裝備精細化管理造成了阻礙，不利于醫(yī)療設備的正常使用，甚至在很大程度上縮短了設備的使用壽命。

表3 數(shù)據(jù)顯示，使用該文方法對醫(yī)學裝備進行精細化管理與質(zhì)控后，“保養(yǎng)不按期進行”、“保養(yǎng)記錄不完善”的情況也由7.46%、6.21%降低至1.18%、0.95%，報修后維修人員到場不及時、維修情況無跟進的情況僅分別出現(xiàn)了2 次、3 次。

綜合表2 與表3 的結果可知，該院應用醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺后，管理效率明顯提升、質(zhì)控效果得到顯著改善。這是因為該平臺基于物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代信息技術進行設計與研發(fā)，完善了醫(yī)學裝備質(zhì)控方案，設計了醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測模塊、自動巡檢模塊動態(tài)掌握最新的設備狀態(tài)與位置信息，當設備出現(xiàn)問題時會立即上報至平臺，維修人員獲知后能及時對報修、保養(yǎng)、維護等事宜進行處理，所以不按期保養(yǎng)、維修人員到場不及時等問題較少出現(xiàn)，醫(yī)學裝備質(zhì)量監(jiān)測與控制水平顯著提升。該醫(yī)學裝備精細化管理方案對于強化醫(yī)療設備質(zhì)量控制效果、節(jié)約醫(yī)療資源大有裨益。

3 結論

該研究基于物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代信息技術研發(fā)了醫(yī)學裝備質(zhì)控管理平臺，以增強設備使用的安全性能、延長設備使用壽命。物聯(lián)網(wǎng)技術的應用將全院的醫(yī)療設備聯(lián)系起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，平臺使用了大量傳感器采集設備基礎運行數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)對醫(yī)學裝備運營高頻事項進行挖掘，醫(yī)療裝備定位與監(jiān)測模塊基于粒子優(yōu)化濾波算法精準計算醫(yī)療裝備的定位信息，自動巡檢模塊利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡診斷裝備故障，有利于管理人員第一時間了解醫(yī)學裝備的故障情況，并及時獲知各裝備詳細的定位信息。

總體而言，該文以物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代信息技術為手段完善醫(yī)學裝備的質(zhì)控管理工作，提高醫(yī)學裝備質(zhì)量管理與控制水平，努力延長高昂醫(yī)療設備的服役年限，有助于實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益的最大化。