基于C/S架構和物聯網技術的可移動醫療設備共享調配系統的設計與應用

王杰，薛博宇，徐云華，張琛，顧偉

1.上海市胸科醫院/上海交通大學醫學院附屬胸科醫院 a.后勤保障部；b.院長辦公室；c.采購中心，上海 200030；2.上海交通大學 公共衛生學院，上海 200025

引言

隨著醫療設備在國內外的廣泛應用，醫療設備管理越來越成為醫院運營的重中之重。可移動醫療設備由于數量規模大、工作范圍廣、可移動性強等特點，在管理難度上超過其他大型醫療設備[1]，在實際使用中要求醫院對總體設備使用情況進行實時監控，并及時掌握醫療服務缺口情況，常見的可移動設備包括呼吸機、注射泵、心電圖機、血壓計等。為了實現可移動醫療設備的高效管理，國內各級醫院積極應對，但尚無法做到對可移動設備的精細化管理，仍然與發達國家的醫療設備管理存在較大差距。對我國現階段醫院可移動設備管理現狀進行調查發現：一方面，大部分醫院對于可移動醫療設備的管理仍然采用手工登記的方式進行調配，月底再對使用情況進行人工核算，數據信息不易統計，統計結果容易出錯，整體工作強度大且效率低下。另一方面，各臨床科室對于可移動醫療設備的使用高峰并不完全重疊，往往出現設備閑置情況，存在較大可共享空間；此外，各臨床科室互借用設備時通常不經過調配中心，容易造成設備追溯困難，甚至出現設備丟失的情況[2-3]。

針對上述問題，國內專家學者針對醫療設備共享管理模式[4-7]、共享管理系統構建[8-9]、共享應用實踐[10-11]等，分別討論了設備共享管理的背景、意義以及應用，進行了對共享管理模式的可行性探索。在此基礎上，本文對共享調配系統的架構、功能展開更細致、更全面的研究與設計工作，并根據醫院的情況，使系統更契合醫院的使用習慣和使用場景。為科學管理臨床科室可移動醫療設備資源，避免設備臨時拆借造成的工作困境，提升醫護人員工作效率，需要充分發揮可移動醫療設備移動性和共享性強這一優勢，針對醫院的業務范圍和具體需求，建設基于物聯網技術的可移動設備共享調配管理系統，通過有效采集醫療設備使用狀態及位置等相關數據，以信息化手段對設備的共享調配進行全過程、全周期的記錄、監管及追溯，在完善醫院信息化全面管理、醫療設備共享調配等方面發揮重要作用，對于有效減少醫療設備損耗與浪費，降低醫院使用成本，提升醫院經濟效益具有重要的現實意義。

1 系統架構基礎設計

1.1 系統設計思路

本系統以打通數據通路，滿足可移動醫療設備共享管理的需求為總目標，以安全性、可靠性和可維護性為總原則進行設計。其中安全性原則應充分考慮包括數據和業務流轉上的安全策略和機制，保證系統數據不被非法入侵者破壞和盜用，形成安全體系；可靠性原則應充分考慮系統的易操作性、實用性；可維護性應充分考慮軟硬件的維修和迭代需求。

根據總原則可將總目標拆分為更全面獲取數據、安全高效傳輸并處理數據、便捷統一管理設備、有效保證科室間協作4 個方面。在獲取數據方面，由于共享管理相關的數據無法直接通過已有系統獲取，且各個可移動設備間的數據獨立，因此需要為每個設備配置數據采集器來獲取數據；在傳輸數據方面，系統應支持醫院內網部署、內外網部署兩種方案，但內外網部署違背安全性設計總原則，因此實際應采用內網部署的方式；在處理數據方面，保證數據可存儲、可訪問、可加工，搭建數據和支撐平臺；在管理設備方面，應設置共享調配庫；在保證科室間協作方面，分別為臨床、醫工搭建相關的可操作系統。

1.2 系統總體技術

目前，醫療設備管理系統大多采用C/S 架構或B/S架構。C/S 架構是軟件系統體系結構，通常采用兩層結構，即服務器-客戶機（Client-Server）結構，主要應用于局域網內。兩層結構中，前端是客戶機，后端是服務器。客戶機負責完成與用戶交互、用戶界面顯示、接受數據輸入、校驗數據有效性、向服務器發送請求、接收返回結果，處理應用邏輯后展示在頁面；服務器負責數據的管理，接受客戶機的請求，運行數據庫管理系統，提供數據庫的查詢和管理，將數據提交給客戶機。B/S架構是對C/S 架構的一種變化或者改進的結構，指瀏覽器-Web 服務器（Broswer-Server），用戶界面完全通過瀏覽器實現，一部分事務邏輯在前端實現，主要事務邏輯在服務器端實現。相對于B/S 架構，C/S 架構的響應速度更快、安全性更強，雖然開發維護成本相對較高，但在實際生產中通常使用C/S 架構[12]。因此，本系統基于物聯網的C/S 架構，采用MVC 的設計框架，將業務規則、交互界面與控制器拆分開來，通過移動端掃碼、拍照等更便捷的方式將原本PC 端復雜繁瑣的操作內容簡化，充分發揮移動端的優勢，并且通過原生與Web 相結合的開發以及后臺配置適配各種應用環境，使系統流程節點更加靈活多變。

本系統前臺開發采用Java 語言，后臺數據庫采用MySQL 和SQL Server 數據庫[13]。在系統部署方面，系統支持醫院內網部署，對于物聯網采集器采集的數據，通過醫院內網上傳到醫院內網數據接收服務器，用戶通過醫院內部網絡訪問應用。在系統對接方面，系統支持與醫院內部醫院信息系統（Hospital Information System，HIS）、放射科信息系統（Radiology Information System，RIS）、影像歸檔和通信系統、檢驗科信息系統、醫院資源規劃系統、預約系統、體檢系統、集成平臺、財務系統等信息系統的數據對接，接口對接方式為視圖、WebService、RESTful、MQ（Websphere MQ）等，保障系統的可擴展性。在網絡環境方面，服務器網絡要求能夠訪問院內網，提供內網固定3 個IP；前置機網絡要求能夠同時訪問內網和公網、固定內網IP 和端口及公網IP 和端口；無線網絡要求Wi-Fi（2.4 G）網絡覆蓋。在網絡安全方面，數據存放在醫院內網中的服務器，系統通過前置機服務器與數據服務器交互，前置機外網接入端安裝防火墻，前置機通過網閘訪問指定的數據庫服務器和服務，保障系統的信息安全[14-15]。

1.3 系統架構

可移動醫療設備共享調配系統采用分層架構設計模式，主要分為5 個基礎層級，分別是感知層、網絡層、物聯網平臺層、應用層、服務層，見圖1。

圖1 可移動醫療設備共享調配系統架構

（1）感知層主要是通過安裝數據采集裝置采集可移動醫療設備使用數據。

（2）網絡層主要是通過醫院內網、醫院無線網絡、衛生專線等傳輸感知層采集到的數據。

（3）物聯網平臺層主要聚焦數據存儲、數據檢索、數據分析、數據安全和隱私保護等問題。采集數據存儲在院內服務器上，一般設定為數據庫或者文件系統，也可分為緩存數據、結構化數據存儲、非結構化數據存儲（含半結構化數據）。通過對指標模型、描述統計、聚類分析、時間序列分析等進行數據分析，并與HIS、RIS等系統做接口，將設備的實時數據與醫院現有信息系統進行集成整合，實現自動識別設備工作狀態及工作情況。

（4）應用層主要提供有具體業務含義、支撐系統用戶完成日常工作的業務服務。支持移動端、Web 客戶端、駕駛艙3 種展現方式，滿足業務使用人員及管理人員不同角色的使用需求。

（5）服務層主要是將整體應用功能通過門戶方式進行展現，包括臨床門戶、醫工門戶和系統管理門戶，對不同的應用人員設置登錄權限，實現相關功能的應用和資源的瀏覽查詢操作。

2 系統功能實現

2.1 系統功能設計

根據醫院業務范圍和相關需求，系統包括設備共享調配庫、設備共享調配預約、設備共享調配統計以及移動端調配管理4 個核心功能。

2.1.1 設備共享調配庫

建立醫院調配庫，可對調配設備基本信息進行錄入和查詢，并與資產管理中的資產庫同步。對于應急設備可按照編碼類別在動態庫中實時查詢，實時統計某類應急設備在規定時限內的庫存變化，支持對重點科室的配置情況、重點崗位的人員配置情況進行條件查詢，見圖2。

圖2 設備共享調配庫

2.1.2 設備共享調配預約

可通過調配預約實時查看設備所在院區以及借用狀態，同時依據借用狀態，進行預約借用操作，見圖3。

圖3 設備預約界面

2.1.3 設備共享調配統計

系統可實時顯示醫療設備各項信息，包括實時狀態（工作中、待機、關機）、設備狀況（正常、故障）、設備租借狀態（是否租借、租借科室、租借時間）、設備定位等，為應急事件設備調配提供參考，見圖4。

圖4 設備調配統計

2.1.4 移動端調配管理

除PC 端外，系統支持在移動端進行設備使用狀態查詢、掃碼調配等功能。臨床科室人員可以在調配列表查看各科室可調配設備情況，通過掃描資產碼或點擊列表選擇設備的方式對設備進行調配（圖5a～b）；通過APP 自動記錄調配人員姓名及調配時間，調配人員可選擇需調入的科室、科室接收人員，確認后開啟調配，同時可關聯患者信息（圖5c～d）；設備歸還時，通過掃描設備資產二維碼或列表選擇設備進入設備歸還頁面，記錄歸還科室、設備原在科室、歸還檢查等信息（圖5e～f）；設備消毒及自檢后，對設備消毒及自檢進行記錄，設備歸還后可查詢歸還檢查記錄（圖5g～h）。

圖5 移動端調配功能

2.2 業務流程設計

臨床科室人員通過移動端借用可移動醫療設備時，主要涉及設備預約、掃碼借用、綁定患者、設備歸還、清洗消毒、歸還檢查等業務流程，見圖6。以呼吸機為例，各個業務流程說明如下。

圖6 可移動醫用設備共享調配管理業務流程圖

2.2.1 設備狀態查詢

呼吸機設備狀態主要分為可借用、預約中、借用中、保修中4 個類別。借用人員可以根據科室、呼吸機品牌、呼吸機型號等條件快速查詢到可以借用的閑置呼吸機列表。

2.2.2 設備預約

系統查詢到所需的閑置呼吸機后，為了防止與其他科室人員借用時間沖突，可選擇呼吸機進行預約鎖定，可保證呼吸機在30 min 內不被其他人借用。借用人員可自主解除鎖定，若無借用行為，30 min 后設備自動解除預約。

2.2.3 掃碼借用

借用人員根據系統顯示信息，到達擬借用呼吸機所在的樓層房間，確認其外觀、配件等是否合格，確認無誤后掃描設備二維碼開始借用，填寫借用人員、借用科室、借用房間等信息，完成設備借用并拿到使用科室。

2.2.4 綁定患者

借用人員開始使用時，在系統中將借用設備與患者及病床進行關聯（包括病歷號、床號等）。如果未進行關聯，系統將在掃碼借用1 h 后推送信息，提示借用人員進行床位關聯。

2.2.5 清洗消毒

設備使用完畢后，借用人員應按照清洗消毒要求進行操作，并拍照上傳洗消過程。

2.2.6 掃碼歸還

借用人員掃描呼吸機二維碼進行歸還，歸還時對設備借用時的配件進行確認，設備歸還至保管房間后可對使用流程進行評價。歸還30 min 后，呼吸機重新進入可調配呼吸機列表。

3 系統應用

3.1 一般資料

2022 年7 月基于物聯網的可移動醫療設備共享調配系統在我院正式上線，全院共享中心共有呼吸機70 臺，本研究以麻醉科為試點科室，對照組為2021 年8—11 月麻醉科32 臺有創呼吸機的調配和使用數據，觀察組為2022 年8—11 月共享調配系統上線后麻醉科32 臺有創呼吸機的調配和使用數據。分析比較兩組調配次數、平均調配時間、呼吸機使用率、單臺呼吸機日均收入4 個指標的差異。

3.2 統計學分析

采用Python 的庫進行數據統計分析處理，其中使用了編程語言Python 3.9、科學數據庫Scipy 的stats 統計分析包、以及開源的數據分析NumPy 庫，計量數據以±s的形式表示，使用統計學的t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

3.3 應用效果

統計數據結果顯示，觀察組中調配次數明顯高于對照組、平均調配時間明顯低于對照組，表明使用共享調配系統后，呼吸機調配效率更高；觀察組中呼吸機使用率、單臺呼吸機日均收入均明顯高于對照組，表明使用共享調配系統后，呼吸機使用效率明顯提高，科室內呼吸機閑置率減少，且兩組比較差異均具有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 試點科室共享調配系統上線前后有創呼吸機調配和使用數據結果（±s）

表1 試點科室共享調配系統上線前后有創呼吸機調配和使用數據結果（±s）

單臺日均收入/元對照組31.00±2.59 21.00±2.63 73.00±2.75 101.50±2.65觀察組47.00±1.83 14.00±1.94 81.00±2.89 123.60±2.63 t值-16.0075.247-8.281-9.848 P值＜0.0010.001＜0.001＜0.001組別調配次數/次平均調配時間/min呼吸機使用率/%

由于呼吸機周轉率的提升，預計試點科室下年度可減少購置呼吸機2 臺，設備調配中心工作人員由原來的2 人降至1 人，全年可累計節省成本35 萬元。預計每年度為醫院節省成本及增加效益近40 余萬元，具有一定經濟效益。

4 討論與總結

在醫療設備共享管理方面的研究中，白文華等[4]基于物聯網技術探索可移動醫療設備精細化管理路徑，提出實現可移動醫療設備運行數據遠程實時監測的對策及共享應用方案；鄧亞芳等[5]基于成本-效率原則探索醫療設備共享模式，但其研究只停留在理論設計的層面，沒有進行實際的應用驗證或試驗評估，無法證明其系統在實際醫院環境中的可行性和有效性。沈君姝等[6]、馬健[7]提出建立內部醫療設備共享調配管理模式；劉佳佳等[10]通過建立監護儀調配中心，張虹等[16]、李天慶等[17]建立醫院呼吸機共享調配平臺，提高了相關設備調配效率，但只是介紹了某種技術或共享管理模式的應用，缺乏對系統架構、功能設計等共享調配系統的深入研究和細節描述，同時也未實現醫療設備使用狀態實時監控、預約借用、績效考核、統計分析等核心功能。本文設計方案能夠更好地支持實時數據交互和可移動醫療設備管理，在共享調配系統的架構和功能設計上進行了更加細致、全面的研究和探討，相比同類研究更加詳盡地描述了系統的構建和實施方案。利用信息化手段對設備的共享調配進行全過程、全周期的記錄、監管和追溯。基于物聯網的可移動共享調配模式改變了各臨床科室原有的設備共享機制，有效實現了對臨床科室所需可移動醫療設備的高效調配，減少設備重復購置，有效節約了經費和人力成本，對于臨床科室高效工作、醫院提質增效起到促進作用。

基于物聯網的可移動醫療設備共享調配系統，易于理解掌握、操作簡單、提示清晰、邏輯性強、操作界面簡潔、幫助信息豐富。物聯網技術有效彌補了設備管理在數據采集和集成方面的短板，本研究系統有效實現了對臨床科室所需可移動醫療設備的高效調配，拓展了傳統醫療設備管理的功能范圍，實現了醫療設備使用情況記錄、查詢、計時計費和數據分析管理等功能，達到了提高設備使用效率、提升醫院運營效益的目標。搭載于系統平臺上的可移動醫療設備管理模式已逐步成型，智能感知終端等硬件也經過了實際工作場景的應用考驗，便于移植建設，借鑒性及推廣性較強。

但本研究系統的搭建仍存在可優化的空間：① 樣本量較少，目前未將本文探討的模式和系統普及到全院，僅在試點科室應用，且參與應用的設備類型較為單一；② 軟件功能不夠完善，目前僅支撐共享調配相關環節的閉環運轉流程。基于物聯網系統的實用性、先進性與可拓展性，以及醫療設備的信息化管理是醫療機構改革與發展的主流趨勢，信息化管理平臺的健全可有效推動全院醫療設備管理工作由經驗型向科學型轉變。醫療設備歸屬“去科室化”，有助于規范各科室使用行為，打破科室間壁壘，推動醫療設備績效考核管理，引導醫院充分發揮現有醫療設備資產作用，輔助醫院完成設備周轉率、設備使用效率等相關考核指標，進一步提升醫院服務滿意度，提供更高效、更安全的臨床服務。另外，逐步將全院其他生命支持類和可移動醫療設備應用到系統中，高效整合分析多維度、多層級的設備使用數據，為后期醫院運營、購置、規范可移動醫療設備以及醫療設備管理改革提供強有力的數據支撐，同時為物聯網大數據分析和科學決策奠定基礎。

綜上，基于物聯網技術構建的可移動醫療設備共享調配系統可為醫院提供更有效管理可移動醫療設備的解決方案，促進資源共享和成本效益的提升，對于現代醫院的管理和經濟效益具有重要的實際意義。