智能手術器械臺車的研制

管 吉 楊 坤* 曹德森 高 磊 張虎山 管 葉

智能手術器械臺車的研制

管 吉①楊 坤①*曹德森②高 磊①張虎山①管 葉③

目的：研制一種跟蹤查找手術器械體內遺留的系統臺車裝置，避免術后器械遺留在患者體內，發生醫療事故。方法：采用手術前對器械掃描統計，術后掃描復位設計，利用稱量和射頻識別(RFID)定位技術對手術器械進行標定，完成術后對器械的核查。結果：該系統追蹤數量與質量雙重數據結果，保障了手術器械的全回收率。結論：所研制的智能追蹤臺車裝置防器械遺留，可以減少醫護人員審理和心理負擔，有效降低醫療事故發生的概率。

手術器械臺車；體內器械遺留；稱量；射頻識別定位

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.11.014

[First-author’s address] Department of Medical Engineering, No.302 Military Hospital, Beijing 100039, China.

醫院現有的手術器械臺車功能單一，護理人員工作繁瑣，對于手術器具安全保障力度距離實際需求相差甚遠。針對手術中存在手術器具安全隱患的現狀，本研究研制一款智能防止手術器械遺留體內的手術器械臺車用于手術室，實現術前、術后對手術器械的跟蹤統計，預防手術器具遺留患者體內的醫療事故發生，旨在保障患者手術安全，減少醫護人員的工作量和心理負擔。

1 智能手術器械臺車總體設計

智能手術器械臺車的主要功能為防止手術器械遺留或丟失，手術器械臺車設計的主要用途和目的，是在術后使手術器械的數量和質量必須與術前掃描統計的數量和質量完全一致，通過數量監測和質量檢測兩種途徑和方法雙管齊下，以防止器械遺留在患者體內，并在發現器械遺失后能夠找回器械，確保手術器械不出手術室，防止醫療事故的發生[2]。重點突破：

①在手術前對手術器械進行準備確認；②在手術中對手術器械進行跟蹤管理；③在手術后對手術器械繼續復位核查；④在手術結束后對遺留丟失的器械進行定位查找；⑤對手術后下臺器械進行質與量的標記管理，智能手術器械臺車如圖1所示。

圖1 智能手術器械臺車系統示意圖

2 手術器械的質量管理模塊設計

對手術器械的質量管理是避免有細微器械遺留事故的發生，如針頭或折斷的刀片，此類手術器具無法用數量嚴格控制，因此采用質量管理。

2.1 壓電傳感器

采用壓電傳感器，當物體放在與傳感器相連的托盤上時，其壓力傳輸至傳感器，該傳感器發生形變，從而使阻抗發生變化，同時使激勵電壓發生變化，輸出變化的模擬信號。該信號經放大電路放大輸出到模數轉換器，轉換成便于處理的數字信號輸出至CPU運算控制。CPU根據編碼命令以及程序將其運算結果輸出至顯示器。直至顯示精確的結果[3]。如發現術前與術后器械質量不一，系統將自動觸發報警，直至醫護人員找到手術器械復位為止。

2.2 質量精細化管理

為了實現質量精細化管理，本模塊采用萬分之一的測量精度，量程為100 kg，可讀性為0.01 g，重復性(標準偏差)為0.01 g，線性誤差為±0.02 g，操作溫度為10～30 ℃，可自動開機校準，開機提示預熱。由于此類模塊屬于計量器具，因此每年需對其精確度和各項性能進行計量校驗，以確保其安全性和有效性(如圖2所示)。

圖2 質量管理模塊設計圖

3 手術器械數量管理模塊設計

隨著移動計算器件、無線網絡技術和移動定位技術的發展，三角定位、圖像定位和信標定位是目前三大主要的自動定位技術，而衛星定位則最為便捷，但用于室內醫療存在精確度問題，因此本設計引入射頻識別(radio frequency identification，RFID)定位技術[4-5]。

RFID定位技術是20世紀80年代中期發展起來較為成熟的自動識別技術，就信息傳遞的原理而言，RFID技術在低頻段是基于變壓器耦合模型，即初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞；在高頻段是基于雷達探測目標的空間耦合模型，即雷達發射的電磁波碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機。射頻標簽與讀寫器之間的電耦合包含電感耦合和電磁耦合[5]。RFID定位技術系統設計及工作原理，主要由感應標簽、設備讀寫器、接收天線、計算機處理器以及系統工作頻率部分組成。

3.1 感應標簽設計

感應標簽由耦合線圈及芯片構成，每個標簽具有唯一性的電子編碼數組，附著在被測物體表面，作為識別定位的目標對象，采用無源標簽，以減少空間體積設計，識別距離在20 M范圍內有效，可為貼紙小環，也可為片狀微型貼片，方便目標攜帶，材質可為消毒防水材質，保障其安全因數的可控性[6]。

3.2 設備讀寫器設計

讀寫器為讀寫和寫入標簽信息的設備，設計為手持式和固定感應式，工作電壓為1 V有效，確保雙保險下對信息錄入的可靠性。完整的讀寫器包含射頻信號發射電源、高頻接收單元、控制電路以及處理和儲存部件[7]。

3.3 接收天線設計

設計的接收天線用來產生磁通量，所產生的磁通量用來識別定位無源標簽，為標簽提供能量并在讀寫器和標簽之間傳遞信息[8]。

3.4 計算機處理器設計

計算機處理器用于提供總控網路信息平臺對數據進行管理和通訊傳輸。由讀寫器在手術室內發射射頻能量形成電磁場，作用距離的大小取決于發射功率。將計算機處理器設計為當標簽通過電磁場區域時被觸發，發送儲存在標簽中的數據，并由讀寫器讀取并解碼發送至計算機[9]。當信號運動至標簽附近時讀寫器讀出并定位局部標簽，也可通過讀寫器的指令改寫儲存在標簽里的信息。讀寫器即可接收也可發送信息，使用防沖撞算法和直接空間分區法進行求交運算，能在30 s內鑒別100個標簽，并可通過標準的接口與計算機中央處理器進行對接互傳數據[10]。如發現術后回收的手術器械與術前數量不一致時系統將自動觸發報警，直至醫護人員找到原因后復位為止。

3.5 系統工作頻率設計

利用Rayleigh分布、對數正太分布及Rician分布等統計特性模型軟件，確定識別定位技術系統，將工作頻率設計為13.56 MHz，本頻段設計為高頻，識別距離為50～100 cm，路徑損耗指數N為9.6，其優點為較低頻便宜，適合短識別距離，可滿足多重識別技術的需求，運行方式所需的標簽為無源標簽，識別速度為毫秒級，且環境影響因素小[11]。識別定位技術系統模塊工作流程如圖3所示。

圖3 系統識別定位模塊工作流程圖

4 智能手術器械臺車系統附件設計

4.1 顯示器

本系統附件部分的顯示器設計為兩塊，顯示屏A和顯示屏B。顯示屏A顯示質量模塊傳回的手術器械質量數字數據，數量模塊傳回的數量數據，溫度、濕度數據以及系統對比報錯等數據信息；顯示器B顯示在手術器械丟失的情況下對器械的定位信息的全息位置圖。

4.2 機柜設計

機柜設計有操作鍵盤和指示報警區域，機柜內儲存擺放有計算機主機一臺，內置讀寫器模塊和天線裝置模塊以及電源和穩壓器等，機柜裝有4個腳輪便于移動操作。

5 智能手術器械臺車的應用

(1)將數據通信協議及地址碼錄入發射模塊中，將數據傳輸波特率調制到設備使用的頻段，連接工作站系統及附件，同時對讀寫器的編碼、檢測和接收進行調試，對工作站應用軟件進行調試，將標本標碼簽進行編碼掃描，開機預熱[12]。

(2)選取10件手術器械作為樣品目標，在樣品目標上粘貼環感應標簽，在選定的閑置手術室進行實驗，室溫設置為23 ℃，打開所有手術室常用設備后進行以下操作：①將準備好的手術器械進行掃描標記，顯示器顯示其數量；②放置系統托盤平臺，顯示器顯示質量數據；③模擬丟失器械，即將1把手術器械放置手術床的一角用遮擋物遮擋，對其啟用識別定位，在顯示器上顯示區域位置；④找到手術器械后按消除報警按鍵，確認器械全部歸位，無遺失后關閉系統[13]。

(3)實驗結果表明，通過RFID定位的無線傳輸，模擬丟失遺漏在患者體內的手術器械顯示在顯示器上，且清晰可辨，找回器械復位后最終顯示手術器械數量和質量與術前完全一致，保證了器械的完好性[14-15]。但在復雜磁場的干擾環境下其穩定性尚需大量實驗結果加以驗證。

6 結論

本裝置應用稱量和RFID定位技術，構建面向醫療手術室防止手術器械遺失的手術器械臺車系統，將術后尚未歸位的手術器械報警至醫護人員，以便進行離開手術室之前的及時處理。該系統在初步的實驗中取得較為理想的效果，實現了手術器械防遺失功能的預期目標。該設備操作簡便，同時能夠解決醫護人員未能即時發現的殘留醫療垃圾問題。在后續的研究中有待進一步優化改進系統，實現手術器械臺車系統的信息化、智能化。隨著芯片的納米級，將有望對所有術中的手術器具進行標定，實現手術結束后無任何殘留，提高手術患者的安全性和手術治療的效率。

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Research on the development of a intelligence operation instrumentation trolley equipment trolley

GUAN Ji, YANG Kun, CAO De-sen, et al
China Medical Equipment,2015,12(11)∶43-46.

Objective∶ To develop a system of car device tracing legacy devices for resolving the postoperative operation equipment left inside the patient and reducing the occurrence of medical accidents which is not necessary. Methods∶ Using preoperative scanning instrument scan statistic, design idea of resetting, the equipment calibrated by weighing and RFID positioning technology, completes the postoperative of instrument verification to prevent the legacy of the objective. Results∶ The quantity and quality of the data results of dual system, guarantee the operation instrument full recovery. Conclusion∶ Using instruments left the program developed, can reduce the medical staff of physical and psychological burden, can effectively reduce the probability of medical accidents.

Endomechanical legacy; Weighing; Radio frequency identification positioning

管吉，男，(1990- )，本科學歷，工程師。解放軍第302醫院醫學工程保障管理中心，從事醫療設備維修及質量控制管理工作。

1672-8270(2015)11-0043-04

R197.39

A

2015-02-06

①解放軍第302醫院醫學工程保障管理中心 北京 100039

②解放軍總醫院醫工中心 北京 100039

③解放軍總醫院門診眼科 北京 100039

*通訊作者：yangkun302yy@126.com