醫療設備狀態監測方法及其應用前景

殷相飛 楊 冰 張和華

醫療設備狀態監測方法及其應用前景

殷相飛①②楊 冰②張和華①*

分析醫療設備狀態監測管理的現狀，闡述醫療設備狀態監測的主要方法，并提出醫院加強醫療設備狀態監測的策略。

醫療設備；狀態監測；質量管理；對策

［First-author’s address］ 1.Department of Medical Engineering， Institute of Surgery Research， Daping Hospital， Third Military Medical University， Chong qing 400042； 2.Institute of Biomedical Engineering， Third Military Medical University， Chongqing， 400038，China.

醫療設備在醫療活動中的地位日益突出，廣泛應用于診斷治療、預防保健、康復訓練等各個領域。近年來，醫院在用醫療設備固定資產總量增長幅度較大［1-2］。雖然大型醫院都基本設置有醫學工程科或醫學工程室，但由于醫療器械具有門類品種多、結構功能多樣、更新換代快及專業性強等特點，致使醫療設備狀態監測難度大。醫學工程科長期以來存在歸屬不統一、職責不明確及功能不到位等管理體制問題，臨床工程師的專業發展相對滯后，缺乏健全的體制和統一的準入制度，對工程人員的主觀能動力的發揮構成影響［3-4］。醫院醫療設備狀態監測仍沿用日常的巡查、檢修以及操作人員登記等傳統方式，采用人工方法統計設備運行的相關數據，很難全面地監測設備運行狀況進而發現潛在問題。因此，建立一套用于自動檢測醫療設備運行狀態的軟硬件系統，將對醫療設備的高效管理起到極大的促進作用。

1 醫療設備狀態監測現狀

隨著醫療設備的廣泛應用，實施設備狀態監測的重要性日益突出，并凸顯以下意義：①可充分了解設備性能，為改進設計、制造與維修提供有力依據；②發現故障的早期征兆，及時采取措施，以避免重大事故的發生；③一旦發生故障，能夠自動記錄故障過程的完整信息，以便進行后續的原因分析；④通過對設備異常運行狀態的分析，揭示故障的原因、程度和部位，為設備的在線調理、停機檢修提供科學依據，延長運行周期，降低維修費用。

為進行醫療設備狀態監測，醫療設備管理部門需通過相應渠道收集設備狀態運行的相關數據。目前，收集數據的3個主要渠道為：①使用科室運用統一的登記本對設備參數進行登記，這種直接面對面的統計方式便于溝通核查，但給使用科室帶來較大的工作量；②管理科室電話咨詢使用科室其感興趣的數據，其優點是縮小數據搜集范圍，減小工作量，相對方便，缺點是數據容易出現偏倚；③利用醫院局域網填報，統計分析可時完成，其難點是數據的可靠性無法保證［5］。在收集渠道中，臨床使用人員均不同程度地參與數據的統計，由于其不具備工科專業背景，無法準確判斷數據的真實性、可靠性，且主觀性強，容易出現錯誤，同時存在效率低下等問題。

2 醫療設備狀態監測方法

設備狀態監測指通過一定的途徑了解和掌握設備的運行狀態，包括采用各種檢測、監視、分析和判別方法，利用監測和分析儀器（在線或離線），對設備當前運行狀態做出評估，并且對異常狀態做出報警，為下一步的故障分析、性能評估等提供信息和數據。狀態監測可分為靜態監測和動態監測。靜態監測包括厚度測量、裂紋探測、激光測量法以及X射線法等；動態監測包括振動監測、溫度監涮、聲發射技術、應力應變分析、頻閃觀察、腐蝕監測及泄漏檢測等。按照使用時對設備的不同要求，狀態監測可分為無需設備停機和要求設備停止運轉兩類。無需設備停機可以保證經濟效益不受損失，故有很大優勢；要求設備停止運轉的某些設備在使用中原本需要定期停機，故停機監測則不會中斷成套設備的正常作業，也具有一定的優勢。

2.1 溫度檢測

設備經連續運轉后，溫度會有一定的升高，但通常在額定范圍之內；而溫度的異常變化往往是設備出現故障的標志，如軸承損壞引起的發熱量增加，冷卻循環系統出現故障導致機體傳熱情況發生變化。因此，監測設備的溫度能夠間接反映設備的運行狀態。

溫度監測裝置對溫度的測量是通過溫度傳感器完成，溫度傳感器可分為接觸式傳感器、非接觸式傳感器以及測溫漆、測溫片和測溫筆。接觸式傳感器主要有酒精溫度計、水銀溫度計、熱電阻溫度計以及電偶溫度計。應用此類傳感器時，傳感器本身對被測物體的溫度有干所擾，要求感溫元件應盡量小，感溫元件越小，熱容量也越小，反應就越快，同時應保證感溫元件與被測物體之間有良好的接觸。非接觸式傳感器利用物體輻射能量計算被測溫度。

（1）輻射高溫計。其利用熱電元件或硫化鉛元件測量發熱表面的輻射能，精度高，溫度范圍廣。

（2）光學高溫計。當溫度輻射進入可見光的頻率范圍時，將灼熱物體顏色與加熱燈絲對比，即可測出溫度值。

（3）紅外掃描攝像儀。其能對現場進行掃描，將熱分布的圖象以灰度形式表現在電視監測裝置上，或以一定顏色表示一定溫度，即可測出溫度。

對測量溫度的精度要求不高時，可以使用測溫片、測溫漆、測溫筆，其通過顏色的變化和變化的時間來判斷溫度的高低［6］。

2.2 振動監測

設備振動監測是指通過對機器或結構在工作狀態振動下的狀態監測，對機器或結構可進行故障診斷、環境控制和等級評定；測量機器或結構的受迫振動獲得被測對象的動態性能，包括固有頻率、阻尼、響應及模態等信息，找出薄弱環節，通過改進設計提高其抗振能力，或通過隔振處理改善機械的工作環境和性能。振動分析是把用振動測試儀器采集到的速度、加速度或位移等振動參數，依照設備振動監測判據，進行比較和分析，從而確定設備現狀。

在振動監測中振動監測點設置非常重要，直接關系到設備振動信息的準確獲取。選取振動監測點時，要求能對設備振動狀態作出全面的描述。因此，盡可能選擇距機器核心部位最近的關鍵點和機器振動的敏感點作為振動監測點。在設置監測點時，應該滿足下列要求：①信息通道只通一個機械分界面，并且該分界面位于軸承與軸承座之間，監測點須位于振動信息能夠直接到達的射線上；②信息通道經過的軸承座材料應是同一連續剛性材料，長度≤75 m；③監測點須位于軸承承載區振動的輻射區域內；④考慮環境因素，避免將高濕、高溫以及壓力和溫度變化劇烈的地方作為監測點。設備振動監測點一經確定即應標識，不可隨意變動或移動，利于振動監測結果的比較和分析，從而對設備狀態作出正確的判斷［7］。

2.3 電氣參數監測

醫療設備中涉及很多電氣設備，因此監測設備電氣參數可以比較全面的反映設備運行狀態。目前，造成電氣設備內部安全隱患的因素有很多，如出廠時試驗不嚴格、設計不合理、搬運安裝以及使用過程中的不規范操作等［8-9］。較輕的安全隱患在試驗中較難發現，而隨著設備使用年限的增加，又在外部強大電磁交融的誘導下，安全隱患會逐步轉換為故障，將導致供電系統隨時會出現電氣故障，影響到整個系統。

對于電容型設備，當其絕緣完好時，流經絕緣的電流超前電壓的相位為一固定值。由于電容型設備的工作電場強度較高，長期工作后設備絕緣可能發生局部損壞，即絕緣老化，此時流經絕緣的電流有相應變化。監測電流值的變化、絕緣的介質損耗因數以及電容量的變化，可判斷電容型設備的運行狀態，判斷是否已有絕緣缺陷［10-11］。同時，應實時監測特殊部位電壓、電流、電阻的變化，判斷設備的運行情況。

狀態監測可以根據設備當下的實際情況決定是否需要及時維護、檢修，以保證其運行的安全性和可靠性。

3 醫療設備狀態監測應用策略

隨著企業現代化管理思想的深化，在企業中采取企業資源計劃（enterprise resource plan，ERP）的管理理念是當前企業管理的趨勢［12］。醫院可借鑒ERP管理理念，實現對醫療設備的有序管理。為此，以設備狀態信息獲取為基礎，針對大量存在的設備，開發設備狀態監測網絡化管理系統。該系統依托于醫院內部網絡，采用客戶機與服務器（client/server，C/S）的體系結構，實現對整個醫院的設備狀態信息的統一管理，使管理人員對大量散在設備的運行過程、狀態、趨勢有客觀而全面的了解，從而提高經濟效益和管理效率。

管理系統由監測工作站、數據庫以及客戶端分析和（或）瀏覽三部分構成。其中，監測工作站負責采集設備運行的狀態數據，工作站的基本功能是數據采集、基本的狀態監測以及分析診斷、數據自動上傳至數據庫。數據庫存儲所有設備全運行周期的狀態數據、配置信息、報警設置信息、用戶管理信息等。客戶端分析和（或）瀏覽軟件是直接面向用戶，為監測診斷技術人員提供了狀態分析和診斷功能，同時提供了解設備狀態的宏觀信息和報警信息。醫院以此系統為基礎可實現應用功能。

對醫療設備狀態進行監測不但可以科學指導設備維修，而且有利于查找根源、從根本上解決故障。通過狀態監測的推廣，可以掌握設備的工作狀態、易損件的劣化趨勢，不僅提高維修效率，節省維修費用而且能做到及時維修，減少事故停機損失，同時由于能預知處理故障，使得設備具有更高的安全可靠性，綜合提高醫院的經濟效益。

在進行醫療設備監測前，收集相應設備在正常運行狀態下的各種參數以及相應的指標，記錄在數據庫當中。然后由監測工作站實時監視設備運行的相關參數，將得到的的數據和數據庫中原有數據進行對比，及時發現異常現象。將這些異常的數據信息反饋給相應的故障診斷專家系統進行分析和評估，判斷故障的類型以及程度，發出警報給相應的操作人員，同時提供參考性的解決方案。在遇到專家系統無法處理的問題時，直接提交給維修工程師，由工程師自主維修，或者進一步聯系廠商。在問題處理后的運行時段內，要加大對該設備的監測，以驗證維修效果。同時，記錄下設備的故障發生頻率和嚴重程度，為后續維護保養指明方向和重點。

由于監測工作站采集了大量的設備運行狀態有關額數據，運用這些數據，輔以其他分析軟件，可實現很多管理功能，如設備的使用率、經濟效益分析、功耗等。

4 醫療設備狀態監測應用前景

通過對醫療設備的運行的狀態的監測，挖掘采集數據，可以掌握相關設備的運行情況，發現潛在隱患以及設備運行過程中的特點，從而有針對性的采取措施，實現自動化和科學化管理，保障各科室工作正常開展。然而，狀態監測還存在一定的困難和缺點：①無法完全保證采集數據的可靠性和準確性；②要實現對所有設備的監測，終端的監測工作站數量太多，布局復雜；③故障診斷的專家系統尚不成熟。未來需要改進的措施主要是提高終端監測工作站傳感器的性能和集成度，加強與廠商合作，開發相應設備的專家診斷系統。

醫療設備狀態監測的管理方式具有廣闊的應用前景，針對醫院設備多、管理人員有限的現狀，依托飛速發展的傳感器技術以及日趨完善的醫院內部網絡，實現對設備運行狀態的全面實時監測，不僅適用于醫學工程人員對設備進行分析、診斷，同時適用于財務部門對設備經濟效益的核算，也適用于領導層對醫院設備的運行情況的掌控，對提高醫院醫療設備維修效率、實現科學管理具有重大意義［13-14］。

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Research on the methods and application prospects of condition monitoring for medical devices

YIN Xiang-fei， YANG Bing， ZHANG He-hua// China Medical Equipment，2016，13（4）：126-129.

This paper introduces the present situation of condition monitoring of medical devices，states main methods of condition monitoring and puts forward the application strategies in hospitals briefly.

Medical Devices； Condition Monitoring； Quality management； Strategies

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.04.040

1672-8270（2016）04-0126-04

R197.39

A

2015-04-10

①第三軍醫大學大坪醫院野戰外科研究所醫學工程科 重慶 400042

②第三軍醫大學生物醫學工程系 重慶 400038

*通訊作者：zhanghehua@vip.163.com

殷相飛，男，（1991- ），本科在讀。第三軍醫大學大坪醫院野戰外科研究所醫學工程科，第三軍醫大學生物醫學工程系，研究方向：醫學裝備規范化管理。