基于5G技術的醫療設備管理應用研究

羊月祺

(南京醫科大學第一附屬醫院臨床醫學工程處，南京 210029)

第五代移動通信技術 (5-Generation,5G) 是由“第三代合作伙伴計劃組織”(3rd Generation Partnership Project,3GPP)負責制定的一個行業標準。3GPP 是一個標準化機構，其主要成員包括中國、歐洲、日本、韓國和北美等國家和地區的相關行業機構。5G 網絡的理論下行速度為10Gb/s（相當于下載速度1.25GB/s），比4G 網絡傳輸的速度快數百倍[1-2]。5G 可為用戶帶來更高的帶寬速率（增強型移動寬帶eMBB）、更低且可靠的時延（低時延高可靠通信uRLLC）和更大容量的網絡連接（大規模機器通信mMTC），這將使之前許多停留在理論階段或者因為數據傳輸速率和連接數限制而無法有效實施的應用場景得到迅速的推廣和應用，例如5G 遠程手術與檢查、基于物聯網(Internet of Things,IoT)醫療大數據采集、基于增強現實(Augmented Reality,AR)與虛擬現實(Virtual Reality,VR)遠程會診、智慧醫院、醫療設備高效運行與技術管理等[3-4]。

1 醫療設備管理需求分析與現狀

依據國家發布的《醫療器械監督管理條例》，對于醫療設備管理提出明確要求：對溫度、濕度等環境條件有特殊要求的，應當采取相應措施，以保證醫療器械的安全、有效。醫療器械使用單位應當加強對工作人員的技術培訓，按照產品說明書、技術操作規范等要求使用醫療器械。醫療器械使用單位對需要定期檢查、檢驗、校準、保養、維護的醫療器械，應當按照產品說明書的要求進行檢查、檢驗、校準、保養、維護并予以記錄，及時進行分析、評估，確保醫療器械處于良好狀態，保障使用質量；對使用期限長的大型醫療器械，應當逐臺建立使用檔案，記錄其使用、維護、轉讓、實際使用時間等事項。

目前，醫療設備管理主要依靠一線工程技術人員現場開展培訓、巡查、維護和質控等工作，受限于工程技術人員配置和技術手段限制，很多工作無法全天候有效開展，對于醫療設備在臨床應用的隱患無法有效進行預警和排查[5-6]。此外，各類醫療設備使用過程中產生海量運行數據和報警信息，特別是其中技術報警信息對于醫院設備管理部門具有重要意義。通過及時處置這些早期、危害程度低的隱患，可進一步避免嚴重技術故障的發生和出現，減少設備使用者和操作者可能受到的傷害，保障醫療安全。

應用5G 相關技術，采用物聯網及VR/AR 等方式讓醫療設備運行與管理同5G進行深度跨界融合，在醫療設備使用環境及運行狀態監測、開展使用培訓、提升技術保障能力等方面具有廣泛應用前景，在確保醫療設備臨床使用安全性和有效性方面將大有可為。

2 基于5G 及物聯網技術的醫用設備管理

2.1 醫用設備運行環境實時監測

醫用設備特別是大型醫用設備，由于使用技術復雜、資金投入量大、維修維護運行成本高，一直是醫療機構臨床工程人員重點關注和保障的對象。大多數大型醫用設備對于運行的環境有嚴格要求，一般都要求溫度、濕度保持在適宜的范圍。由于停電或空調系統故障等原因，引起溫濕度失控而導致大型醫用設備故障的情況屢見不鮮[7-9]。

醫療設備內部的電路板和部件包含大量電子元器件，合適的溫濕度對于保證其工作穩定性和延長壽命具有重要意義。溫度超過適宜范圍，元器件不能及時進行散熱，壽命會顯著縮短。一般電子元器件的適宜工作溫度范圍是0～45℃，如果在超出溫度范圍的情況下工作，溫度每上升10℃，電子元件的可靠性將會降低25%。濕度過高，在電子器件表面易形成水膜，可能導致短路現象的發生；濕度過低，空氣就會變得干燥，易產生靜電，吸附灰塵，同時還容易使印刷電路板產生形變。

目前醫療設備的環境監控主要依靠開機工作期間臨床操作使用人員和臨床工程人員現場觀察和巡查為主，存在很大的局限性，在非工作期間的晚間及節假日等時間段，由于缺乏全天候實時的巡查和監測，溫濕度失控時不能第一時間獲取信息，導致設備部件損壞或者物資材料的損失，如磁共振設備液氦的非正常揮發損耗等，給醫療機構造成較大經濟損失。

利用5G 及物聯網技術，在醫用設備的機房布置多個溫濕度檢測點，在機房環境發生異常改變時，第一時間將報警信息傳輸并發送給臨床操作人員和分管工程師，便于他們能夠在第一時間對現場進行干預和處理[10]。

基于5G 及物聯網技術的機房環境監測將大大降低臨床使用人員和工程技術人員現場巡查的工作量，提高巡查效率，實現全天候不間斷的監測。通過建立一套基于5G 及物聯網技術的醫療設備環境狀態數據采集、傳輸、存儲的云平臺監控系統，可實現對機房運行環境進行24h 不間斷的監測。監測結果不僅可通過聯網的計算機直接訪問指定網址查看監測數據，為便于操作人員和分管工程師實時查看相關數據，還可開發手機端APP，通過調用物聯網云平臺的數據信息，實現手機端實時數據查看和歷史數據的回顧查詢功能，降低臨床使用人員和工程技術人員現場巡查的工作量，提高巡查效率，將大型醫用設備環境條件失控的問題消滅在萌芽狀態，保障大型醫用設備運行環境的穩定。如圖1所示，在PET/CT 機房布置溫濕度實時監測系統，開展溫濕度實時監測、傳輸、顯示及預警，可確保環境溫濕度符合設備運行需求。

2.2 醫療設備使用狀態和報警實時采集

等級醫院評審要求：醫學裝備管理部門對特殊裝備定期自查和監測，有記錄；應用信息化技術實施醫學裝備可視化、全流程的管理，有醫學裝備配置、使用、保障情況的全程記錄，信息真實、完整、準確。

目前，各級醫院對于醫療設備的使用狀態主要通過現場巡查、維修報修信息管理系統及微信等即時通訊工具獲取在用醫療設備的實時使用狀態，醫療設備主管部門屬于被動獲取數據的狀態[7]。

5G 技術的應用場景之一就是“信息隨時獲取，萬物互聯互通”，利用5G 技術的大容量網絡連接和低時延的特點，將需要監管的醫療設備利用信息傳輸協議統一接入物聯網平臺，實時采集醫療設備運行的狀態參數。對于需要重點監管的醫療設備，如CT、MR、呼吸機等，掌握實時運行狀態，對于實時監測到的嚴重技術報警及時地通過無線通信的方式傳遞給分管工程技術人員，能夠第一時間發現故障，及時進行指導和干預，排除因設備故障而導致的使用風險[11-13]。

通過利用5G 及物聯網相關技術，對設備的使用情況、故障報錯情況、關鍵部件使用壽命等信息進行實時獲取和監測，掌握設備運行狀態及預測關鍵部件的壽命，減少非預期的故障停機時間，提升保障與管理水平。

以CT 為例，如圖2 所示，球管作為CT 的核心部件，其使用情況及工作狀態關系整個CT 設備的臨床檢查效率和診斷效果。通過實時采集與獲取球管的曝光秒次、掃描次數、打火次數等信息，可時刻掌握其工作狀態，指導定期的保養維護及預測性維修更換等工作，可最大限度充分利用和發揮球管的效能。

圖1 PET/CT 機房實時溫濕度監測

圖2 CT 球管實時使用狀態和報警監測

圖3 MR 液氦水平、液氦壓力及冷頭溫度實時監測

磁共振成像(MRI)設備也是各大醫院放射科重點設備之一，由于涉及要通過低溫保持超導狀態，因此其對于運行環境要求更高，如圖3 所示，通過5G 及物聯網技術實時監測磁共振設備運行關鍵參數，如液氦水平、液氦壓力、磁體壓力、冷頭溫度等，對于小問題和報警信息做到早發現、早解決，及時排查設備潛在風險，避免了風險演化擴大造成后期停機故障和部件損壞。

3 醫療設備臨床VR/AR 培訓

醫療設備使用培訓的重要性無需贅言。目前醫療設備的使用培訓以培訓老師現場進行操作培訓為主，一般都是大班制和一對多的講解模式；對于使用人員的個人理解和接受的差異性無個性化的方案，培訓考核基本流于形式，無法對培訓的效果進行客觀評估。

5G 通信技術的超高速和低延時等特性，為醫療設備培訓、訓練和評估方式的巨變提供了新手段，為臨床使用操作人員開發基于5G 的培訓和訓練課程系統，虛擬現實操作使用模擬場景，運用虛擬現實技術開展培訓，5G 的速率一般都在1Gbps，高峰值甚至可以達到10Gbps，而其時延通常在10ms 以內，能夠很好地滿足手術培訓和操作培訓要求，營造高度沉浸式體驗環境，并可針對臨床人員每個人的特點為其定制合理的后續學習計劃，提高培訓效率，有助于更好地掌握醫療設備使用操作技能[14-16]。

通過5G 開展VR/AR 模擬設備操作培訓課程，加強對醫用設備臨床使用，確保每一名醫護人員都能有充分的時間來進行設備操作使用訓練，便于開展操作考核評估與評價，減少不當或者錯誤使用的情況發生。如圖4 所示，醫護人員既可通過5G 技術營造的VR/AR 環境實時觀看5G 手術轉播及操作演示，學習和掌握新的醫療技術，也可開展針對性醫用設備操作模擬與使用，達到多角度、多維度、時間安排靈活的操作訓練，避免集中培訓的弊端，取得預期培訓效果。

圖4 基于VR/AR 的模擬手術及設備操作訓練系統

4 醫療設備維保優化升級

高效率、高水平、低費用支出的醫療設備維保障方式一直是醫療機構臨床工程人員不斷追求的目標。但隨著醫療設備集成度的不斷提升，自主維修保障難度不斷增大，有些設備即使買了廠家的保修服務，廠家的工程師從接到報修到趕至現場仍然可能需要較長的時間，到達現場判斷故障和訂購配件將花費更多的時間，這一點對于偏遠地區的醫療機構影響更為明顯；同時，隨著醫療機構規模的不斷擴大，一所醫院多個分院的模式已成常態，對于當前醫療設備維修保障及時性和可靠性提出了很大挑戰。

利用5G 技術的高速率和低時延的技術特點，實時傳輸醫療設備維?，F場圖像和音頻資料，邀請廠家后臺技術支持人員或本院其他院區的資深工程師進行遠程實時故障判斷、故障排除的指導，類似于遠程會診，通過實時上傳故障的錯誤代碼、故障日志、故障現象影像、使用人員和現場工程技術人員的語音描述的音頻數據，廠家工程師或本院其他院區的技術專家實時下載查看相關資料，為現場技術人員提供指導，傳輸維修方案的影像資料等，實現故障遠程診斷與指導、維修配件的及時配送，減少無效旅途時間及備件等待時間耗費。

在具體故障維修過程中，5G 技術可以保證指導專家對現場情況進行實時動態掌控，可以為現場工程技術人員提供準確指示，實現與手把手的操作指導相同效果的指導，可有效提高醫療設備維修保障的響應時間，節約雙方時間成本，提高故障排除效率。通過5G 遠程完成設備故障日志提取、傳輸、顯示和分析，可顯著加快問題排查和解決速度，縮短維修時間，在最短時間內讓設備恢復正常工作。

5 展望

5G 技術突破了傳統移動通信系統的應用范疇，在大幅提升傳統移動互聯網服務能力的同時，將應用的觸角滲透至各行各業的物聯網應用，從而演變成為支撐全社會、全行業運行的基礎性互聯網絡，以統一的技術框架支撐極度差異化的繁雜應用。

5G 技術在醫療設備管理領域的應用將面臨著前所未有的機遇，已有大量的醫療機構在探索融合5G 的醫療設備管理新方案，這也代表了5G 技術在實踐中應用的新方向。通過進一步的深化和探索，5G 技術必將在未來醫療設備的全生命周期的使用與管理中發揮出更加顯著的成效，進一步提高醫療設備在臨床使用的安全性和有效性。