基于云視頻醫療設備巡查保養管理系統的設計與實現

周軍華，唐永，徐振新，謝子萍，張展暢

江南大學附屬醫院（無錫市第四人民醫院） 醫學工程處，江蘇 無錫 214062

引言

針對目前醫院醫療設備巡查保養[1-3]等管理方面，由于對電子信息化輔助設備的使用不足而導致管理效率低下的問題，本研究通過引入云視頻和手機APP，提出了一種基于云視頻的醫療設備巡查保養管理系統。其中，云視頻技術[4-5]可以實時記錄醫療設備保養的全過程，并在云端保存，可隨時追溯。引入云計算技術[6-8]，將醫院、設備廠商、維護廠商、設備維護人員等整合到系統中，采用任務流程化管理的方式，實現對醫療設備保養的定時提醒，檢測設備故障的手機采用了近場通訊（Near Field Communication，NFC）技術[9]，方便了用戶的使用。

1 醫療設備保養管理系統設計

基于云視頻的醫療設備保養管理系統主要由四大模塊組成：① 基于云計算的管理平臺，主要用于記錄醫療設備在使用生命周期內的保養情況，提供醫療設備保養計劃，可查詢歷次保養過程的視頻記錄，同時也提供用戶賬戶和醫療設備保養的智能攝錄儀等進行管理功能；② 手機APP，方便醫療設備的保養，采用NFC和藍牙兩種近場通訊技術來記錄保養過程；③ 醫療設備保養智能攝錄儀，該模塊主要用于現場記錄醫療設備保養的全過程；④ 保養視頻上傳客戶端模塊，主要用于上傳醫療設備保養智能攝錄儀中的保養視頻到云平臺上。該系統的整體架構，見圖1。

基于云視頻的醫療設備保養管理系統采用了云計算架構，在云服務器中搭建一個醫療設備保養管理系統，用于記錄和維護終端醫療設備信息，并根據不同的設備類型制定多種保養計劃，責任到指定的設備維護人員。系統中通過監控醫療設備的保養情況，記錄設備的健康狀況。

系統中的云平臺采用了MySQL數據庫[10]，并在系統數據安全方面有充分的考慮，設計了數據庫的冗余備份，即使一臺數據庫宕機，對系統的運行也不會產生任何影響。此外，所有網絡傳輸的數據均采用SSL進行加密[11-12]，以保證數據的傳輸安全。

圖1 視頻巡查保養系統框圖

醫療設備維護人員采用安裝有醫療設備維護APP的手機，手機會在每天收到由系統自動下發的醫療設備維護任務，指明設備所在位置，保養人員到達現場后，使用手機APP靠近貼在醫療設備上的NFC標簽簽到，系統會自動記錄下當前人員所在GPS位置，防止用戶作弊。簽到后，手機會自動通過藍牙連接智能保養攝錄儀，此時，用戶可通過手機控制智能保養攝錄儀開啟錄像，同時手機上會提示當前設備需要保養的項目，維保人員根據手機APP的提示進行多個項目的保養，并在手機APP上記錄每個保養項的結果。保養過程中，用戶隨時可對發現的問題進行記錄，保養過程結束后，保養人員需簽字上傳保養記錄，同時記錄有本次保養的全程視頻將被存儲在智能保養攝錄儀中。

保養視頻上傳客戶端，采用先進的視頻轉碼壓縮技術[13-14]，在保證視頻清晰度的情況下，將視頻通過壓縮轉碼后上傳到云平臺，保養視頻上傳客戶端通過對攝錄儀中的視頻進行準確性校驗，采用MD5技術，將攝錄過程中記錄下來的視頻MD5值和本次拿到的視頻MD5進行比較，通過后才會壓縮上傳，以保證保養過程的視頻是完整和可靠的。

2 系統核心硬件設計

基于NT96658設計的硬件框圖，見圖2。從圖中可以看出該攝錄儀主要包含五部分：96658核心模塊、星光級圖像傳感器模塊、藍牙模塊、電源模塊、存儲模塊，其中96658為處理器單元，是整個系統運行的核心；圖像傳感器模塊主要用于視頻采集；藍牙模塊負責控制數據的傳輸；電源模塊為系統的各個部件供電；存儲模塊用于視頻數據的存儲。

2.1 系統核心CPU硬件設計

系統核心CPU采用聯詠的NT96658為控制芯片，該芯片具有成本低，性能高，電磁兼容性高等優點，主CPU通過UART串口和藍牙模塊通訊，并通過I2C接口和圖像傳感器通訊，當系統接收到來自手機APP的加密通訊數據后，開啟錄像功能，將當前保養過程記錄到存儲器中，以供用戶隨時調取。

圖2 硬件框圖

影像傳感器采用的是SONY CMOS星光級影像傳感器，采用索尼7層玻璃高清鏡頭，1200萬像素，1080P（1920×1080P）高清畫質，擁有170°超大廣角，每秒60幀（720P）的處理速度，采用應用廣泛的5 V電源，可適配市面上所有的充電寶。

2.2 低功耗藍牙模塊設計

低功耗藍牙具有高可靠性、高安全性、功耗低、啟動迅速、即時連接、適用性廣、使用方便等優點，目前已經廣泛應用于各種智能設備，并且作為標配使用在所有智能手機中。在智能保養攝錄儀中，采用低功耗藍牙技術可以方便地接入用戶手機APP，同時通過加入身份認證機制以區分和鑒別非法用戶，保證設備的使用安全。

NFC卡具有存儲大量信息的功能，可搭載在移動設備、電子產品、PC和智能控件上，不需外接電源可實現近場無線通信和數據傳輸，當數據采集點與采集設備距離超過20 cm時，可將設備磁場感應加強，實現數據采集的目的。NFC技術能夠實現醫療設備保養人員和設備的無縫對接，且僅當系統接收到來自手機APP的加密通訊數據后，才可以將當前保養過程記錄到存儲器中，可防止虛假保養信息的錄入，并解決保養過程中信息失真問題。

3 系統軟件設計

3.1 管理系統設計

管理系統總體框架圖，見圖3。系統中包括醫療設備管理、攝錄儀管理、保養計劃管理、賬號管理、權限管理、Web界面、外部接口等模塊，主要用于醫療信息錄入，保養計劃填寫，保養過程查詢和視頻查看。保養過程信息不僅可以提供給管理者查看，同時醫院設備管理人員和醫療科室管理者均可以在系統權限下查看自己的設備保養信息，系統提供手機和電腦等多種接入方式，用戶可以更方便、更便捷地查看到自己設備的保養信息，并對保養結果進行確認。

3.2 視頻采集技術

視頻攝錄儀是本系統的基礎，市面上已有的視頻攝錄儀都是獨立攝錄視頻，視頻的內容和具體的事務沒有做到關聯，導致后期需要根據時間手動將攝錄的視頻關聯到發生的事件上。本系統設計的視頻采集技術是在用戶實行具體工單的時候，根據NFC采集的設備號實時綁定到巡查工單上，同時在后臺生成具體的工單信息，并通過MD5加密，保證視頻信息的不可修改性。錄像開始后，將獲得的工單信息寫到視頻文件中。上傳視頻時，上傳工具讀取并比較工單信息，系統中如不存在此工單信息，則說明視頻文件不是本系統設備生成的，則不處理此文件；如果獲取并驗證工單信息成功，系統將自動關聯視頻文件到工單中，并處理后上傳到云服務器中。在整個視頻工單處理過程中，通過NFC/藍牙/視頻處理技術，實現了視頻信息處理的全自動化。

圖3 管理系統任務調度圖

攝錄儀系統中任務的調度采用基于事務的MVC模型，包含Model/View/Controller三部分，其中Model負責交互AppData，處理后更新到View模塊，而Controller模塊主要負責根據事務分別控制Model和View的行為，其中Controller模塊的核心代碼如下：

處理事務時，根據先后順序排隊執行，先加入到隊列的先執行，后加入的后執行，基于可控的任務調度機制，保證多個任務執行的一致性。

3.3 云視頻存儲技術

為了能讓監管者和管理人員隨時查看設備的巡查情況，設備巡查產生的視頻保存在云平臺中，用戶可根據需要隨時隨地調取并查看，存儲方式不受地域和網絡的限制，用戶無需擔心本地的存儲空間問題，云平臺具有無限擴展的能力，用戶查看視頻也無須先下載后播放，可通過流媒體播放技術，在線播放。

由于視頻占用存儲空間比較大，因而保存成本也比較高。對于用戶來說，更關心最近幾次的視頻記錄，基于此，本系統中將視頻做了存儲優化，默認存儲近幾次巡查保養記錄，設定系統會定時自檢查詢醫療設備的所有巡查保養記錄，自動刪除最早期的視頻記錄，同時將數據庫中的記錄設為disable狀態，這樣用戶可以方便地查詢到最新的一些數據記錄。

4 系統應用描述

本文在上述管理系統設計的基礎上，已完成系統開發，并于2017年初上線運行，以無錫市第四人民醫院運行該系統的采樣數據為例，其中，2016年沒有采用新系統，2017年為采用本文設計新的管理系統，分別從設備故障率、可服務率、以及醫護人員的滿意度幾個方面進行對比分析，比較結果，見表1。可以看出，采用可以提高對醫療設備保養和管理效率的管理系統，有效降低了設備的故障率，且對設備的可服務率提高到了98%。調查中顯示，醫務人員對新的管理系統滿意度為100%。

表1 系統運行的采樣數據統計表（%）

5 結語

本文設計的基于云視頻醫療設備巡查保養系統，可以幫助醫院設備管理人員和廠商降低監管醫療設備的管理成本，通過有計劃的安排巡查保養任務，使廠商和醫院管理員可以及時動態地掌握設備運行和健康狀況，提高設備的使用生命期，并被高效利用；化被動維修為主動保養，通過及時發現設備的使用隱患，提高設備的使用效果，讓醫療設備管理員及時把控設備風險，給患者更好的使用體驗。此外，該系統不僅是為單個醫院設計，通過部署云服務器，可以同時提供給地方衛生管理部門和設備生產廠商使用，促進醫療儀器設備從研發、管理、生產、使用、維護各個環節的良性發展。