新型冠狀病毒肺炎下超聲設備遠程維護管理系統的思考與設計

朱宗達，藍建汀，范夏彬，胡永獅（通信作者）

1 廈門大學附屬翔安醫院 （福建廈門 361101）；2 廈門市兒童醫院 （福建廈門 361001）；3 廈門大學附屬心血管病醫院 （福建廈門 361001）

核酸檢測和放射影像（CT或胸片）在新型冠狀病毒肺炎的診斷和預后評價起著重要作用，且效果顯著，而隨著近年來醫學科技的進步，超聲影像在肺部疾病診斷中的作用日益凸顯，含氣的空腔性臟器不再是醫學超聲的“禁區”。隨著超聲診斷實例在此次疫情中的不斷出現，發現超聲技術和設備可以在疫情防控中發揮更加重要的作用[1]。本研究首先分析超聲設備的基本結構和工作原理，然后對超聲設備遠程維護管理系統進行思考，進而做出超聲設備遠程維護管理系統的設計方案。

1 超聲設備的基本結構和工作原理

超聲設備主要由以下幾部分組成：后端圖像處理模塊、前端信號采集模塊、顯示模塊、探頭模塊、電源模塊、外設模塊（包括打印機、錄像機等）[2]。

超聲設備的理論基礎是振動與波，利用超聲物理學所研究的超聲波在生物組織中的傳播特性和規律，通過向人體中發射超聲波，獲取人體組織或血液的超聲回波信息，并根據回波信息建立的圖像進行醫學診斷。由于人體各組織有聲學的特性差異，超聲波在人體內傳播時，會在兩種不同組織界面處產生反射、折射、散射、繞射、衰減，且聲源與接收器相對運動會產生多普勒頻移等物理特性。超聲設備采用各種掃查方法，接收這些反射、散射信號，可顯示各種組織及其病變的形態，從而對病變部位、性質和功能障礙程度作出診斷[3]。

2 超聲設備遠程維護管理系統的思考

隨著醫療科技的不斷發展，超聲設備以操作簡便、易消毒、無創、無放射損傷等特點，已被證實在危重癥肺炎的診治中可發揮重要作用，同時結合臨床應用實際情況進行不斷改進和完善，將為新型冠狀病毒肺炎臨床診療提供更大幫助。但超聲設備因高頻次的使用，以及受如人為操作不規范等諸多因素的影響，在實際使用中不可避免地會出現各種各樣的故障。既往由于缺乏良好的預警手段，大部分故障都只能在事后處理，很難有效規避故障損失；同時，設備使用人員和維修人員無法預知超聲設備故障發生的時間，設備出現故障后維修周期過長，對于較偏遠地區的醫療機構，維修周期可能會更長；此外，超聲設備中電路板交叉組合，且包含海量的數據信息，其要求維修人員具備很強的專業能力和職業素養，但當發生此類故障時，即便是有經驗的維護人員，也很難圓滿地解決問題。因此，超聲設備故障的解決和大部分的醫學設備一樣，需要相關維護人員長時間專業經驗的積累[4]。

隨著5G 網絡技術、物聯網技術、云計算等技術的飛速發展，目前已研發出超聲機器人，醫師可以結合先進的遠程超聲診療技術，通過5G 無線網絡實現遠程控制超聲機器人進行實時操作，基于云平臺進行實時的遠程操控和會診，同步顯示檢查圖像，有專業醫療人員遠程進行診斷，并指導現場醫護人員進行遠程診療，有效避免醫務工作者發生交叉感染[5]。在新冠肺炎防控期間，工作在一線的設備工程師面臨極大的職業暴露風險，如將臨床遠程診療的思路引入超聲設備維護管理中，可以突破傳統維護管理模式的局限性，將各種品牌超聲設備聯通，結合物聯網等最新技術，通過數據采集、云計算、遠程指導等手段，設計一套超聲設備遠程維護管理系統，提高維護效率，有效地降低設備工程師的交叉感染風險。

3 超聲設備遠程維護管理系統的設計方案

近年來，超聲設備有以下兩方面的發展和突破：（1）硬件集成度越來越高，性能不斷提升，可靠性穩步提高，成本也逐漸下降；（2）通信技術、物聯網技術、大數據、云計算等軟件技術快速發展，為在線監測、收集、存儲、分析處理大數據并快速響應帶來有力的保障[6]。

超聲設備遠程維護管理系統是利用數據通信技術、物聯網技術、移動互聯網技術、云計算、大數據等采集超聲設備的運行數據，實現在線智能檢測、遠程故障預測、遠程診斷管理、設備健康狀態評價、大數據挖掘等，形成智能檢測、遠程診斷、設備全生命周期管理等新型能力，以及維護管理各環節的互聯互通，提升維護管理水平[7]。

超聲設備遠程維護管理系統主要由監測模塊、傳輸模塊、分析模塊、維護模塊及自動調節模塊等組成，見圖1[7]。

圖1 超聲設備遠程維護管理系統模塊圖

3.1 監測模塊

監測模塊通過集成不同類型的傳感器和處理器，可兼容不同品牌超聲設備的數據接口和通信協議，實時采集各種超聲設備的電壓、電流、溫濕度、日志等設備內部運行狀態數據，并通過內置物聯網卡為后續工作傳輸數據。監測模塊的電源供給通過USB 提供。

3.2 傳輸模塊

傳輸模塊將監測模塊采集到的超聲設備運行狀態數據，傳輸至分析模塊，改模塊可自定義設置傳輸時間，保證數據采集和傳輸的及時性。

3.3 分析和維護模塊及自動調節模塊

分析模塊基于大數據、專家知識庫等技術對接收到的設備實時狀態數據進行挖掘與分析，通過對比設備正常參數，判斷設備的運行狀態，并預測未來發展趨勢。對比對象分為單機及集群對比。單機對比是指以設備自身健康狀態的歷史數據為參照，通過機器自學習等方式建立基準模型，當監測到設備參數有不健康趨勢時予以提醒；但單機對比有一定的局限性，如由于采集數據種類等的不全面容易導致預測不準確。集群對比是通過互聯網、大數據、云計算等技術，對同類機臺之間的差異性進行比較與分析，從而提供更加可靠的健康評估和診斷結果，實現整個科室超聲設備甚至更大范圍的集群管理與預測。

超聲設備遠程維護管理系統基于知識庫及相關算法，根據分析模塊的分析結果進行維護可行性分析，以可視化手段給出維護計劃，包括維護的時間、地點、人員和內容等。當超聲設備出現異常數據時，維護模塊可通過強大的數據處理能力，根據問題的大小，顯示待定、提醒、報警、報錯等不同類型的設備運行狀態。當涉及過熱、參數設置、磁盤空間過小等小問題時，管理系統可發送指令，完成自動調節；如果遇到系統無法自動調節解決的問題，參考維護模塊給出的診斷參考，工程師可采取人工干預，選擇遠程在線處理或者現場解決問題。

4 小結

新型冠狀病毒肺炎疫情是我國繼2003年“非典”之后發生的又一次重大突發性公共衛生事件，現代化的醫療設備是保障抗疫成功的關鍵。本研究基于物聯網等技術構思了超聲設備遠程維護管理系統，實現了對超聲設備使用情況的實時監測，并且通過云計算數據分析，判斷超聲設備狀態并可快速解決問題。該系統不僅可以提升超聲設備維護管理效率，延長設備的使用壽命，還可以節省費用，具有一定的現實意義[8-11]；同時，該應用設計也可為其他醫學設備的管理提供借鑒。