基于物聯網的醫療設備使用評價系統的設計與應用

賀佳彥，陳麗，楊永，陳郁韓，劉婷（通信作者）

南通大學附屬醫院 （江蘇南通 226001）

隨著科學技術的快速發展及經濟水平的持續提高，人們的健康需求不斷提升，我國醫療資源投入也隨之逐年增長。醫療設備作為診斷及治療、科學研究、教學實驗的重要工具，在醫療機構固定資產中的占比逐年上升；而且其是現代化醫學技術水平的重要標志。尤其在“健康中國2030”重大戰略背景下，醫院高質量發展和精細化管理是必然發展趨勢，作為其中重要環節的醫療設備的使用效益分析和績效評價工作的開展勢在必行[1-4]。

1 醫療設備的使用評價現狀

近年來，雖然醫療機構的醫療設備配置及使用評價工作在各級政府相關部門發布政策、措施的推動下取得了積極進展，尤其在購置論證、共享平臺建立、效益分析等方面進行了積極的嘗試和探索，但與需求仍有差距。

1.1 設備數量多，使用評價難以全面覆蓋

以南通大學附屬醫院為例，截止到2022 年底共有21 409 臺醫療設備，約10.2 億元，數量多、固定資產占比高。而目前醫院在醫療設備的可靠性、安全性、效率等方面的使用評價缺乏整體的統籌規劃，受到于人力資源、信息化建設的限制而使院內評價覆蓋面有限。

1.2 院內涉及面廣，使用評價難度大

醫療設備使用涉及試劑、耗材、藥品、危化品、易損件等，其管理涉及醫療、護理、門診、財務、信息中心等部門，因信息量大、數據維度多、需多學科背景人員共同參與及多部門協同管理，導致數據難以被及時獲取、評價難度大。

1.3 信息化建設水平低，全面評價困難

醫療機構的信息化建設還處于發展階段，在缺乏數字化技術支撐的情況下，難以保證醫療設備的安全和質量管理。（1）質量安全方面：醫療設備的質量控制、維修維護多處于被動管理狀態。多數情況下，工程師難以及時獲取設備實際運行時的參數狀態。只有在設備發生故障后臨床使用人員才會通知工程師進行緊急檢修，工程師無法對風險故障無法做到前瞻性判斷和提前干預。醫院難以監管臨床操作人員使用設備的合理性、規范性[5]。（2）日常管理方面：醫療設備信息化管理程度不高，設備調配困難，資源共享程度低[6]；部分設備配置的高端應用功能未得到完全開發利用[7]，甚至設備長期閑置造成資源浪費；一些可移動設備流動性大、位置不固定，資產盤點困難[8-9]。（3）成本管控方面：醫療設備的使用記錄與收費條目無法做到準確匹配，漏收費情況時有發生[10]。（4）評價決策方面：醫療機構固定資產管理部門在進行成本效益分析時缺乏準確數據，大型儀器設備的效益評價常流于形式，綜合效益評價或績效考核難以落實[11]。此外，設備購置申請的決策缺乏量化數據，尚未實現科學配置[12]。

1.4 信息系統互不兼容，標準化數據難獲取

目前，國內外醫療設備的數據采集尚無統一方式，跨廠商的設備連接、運行日志數據的采集與傳輸受制于無標準接口協議[13]，信息無法統一顯示。部分醫療設備的連接依靠設備廠商免費提供的軟件系統，但只能實現自身設備的封閉式管理。一部分醫院雖在原有遠程維護服務系統的基礎上自設物聯網節點，能夠采集到核心部件參數等少量日志數據，但仍存在采集日志數據量少、不同品牌及型號設備數據采集的標準化程度低等問題。此外，許多連接到內部網絡的醫療設備須接入互聯網，存在嚴重的數據安全隱患[14-16]。

2 基于物聯網的醫療設備使用評價系統設計

醫療設備的安全、有效使用直接關系到醫療質量安全和人民群眾身體健康。 根據《大型醫用設備配置與使用管理辦法》[17]、《國家三級公立醫院績效考核操作手冊（2023）版》[18]、《事業單位國有資產管理暫行辦法》等[19]國家管理要求及參考大量相關文獻，南通大學附屬醫院制定了符合醫院實際需求的醫療設備績效考核管理的重要數據指標和管理模式。

2.1 系統需求分析

首先，用戶可查看單臺設備的運行情況，如開機時長、檢查人次、日報表、月報表、年度報表，選定時間段內工作量統計；可對多臺設備同時進行對比、量化分析；大型設備關鍵部件有風險預警功能，對如CT 球管的曝光次數、曝光時長、磁共振的液氦壓力、冷頭溫度等關鍵的監測設備質控參數進行監控。其次，設備檢查人次和檢查部位可以匹配財務收費數據和固定資產設備折舊金額，可對維保費用、人員成本、管理投入進行運營分析，對收費存疑有提示功能。最后，電腦屏幕上或后臺控制中心可直觀顯示關鍵數據。

2.2 系統功能設計

隨著物聯網技術的發展及智慧醫院的興起，物聯網技術在醫療行業的應用范圍不斷加大，通過連接設備采集設備產生的真實數據并進行匯總、分析，實現信息共享，在不改變設備原有用途前提下進行優化，利用數據產生效益。本系統通過物聯網技術，采集醫療設備的運行日志、使用狀態及使用數據，存儲于Mongo DB 數據庫中，依托醫院信息化平臺建設覆蓋全院區的醫療設備智慧物聯平臺，實現對設備運行動態的全數字化還原，全面監測設備運行狀況，對異常狀態實時預警、動態分析，建立醫療設備運營數據庫，并與院內系統（如RIS/PACS/HRP/財務等）數據對接，實現單臺設備運行數據的融合，且確保數據采集、數據解析、數據分析全過程的安全性、高效性和完整性。

根據本系統的需求設計詳細的功能清單，主要分為設備質量控制、運營管理、效益分析和數據報告、顯示大屏5 個功能模塊，支撐整個設備使用評價需求，如圖1 所示。

圖1 系統功能模塊圖

2.3 系統總體設計

醫療設備使用評價系統總體設計分為數據采集部分、數據傳輸解析部分和應用顯示部分。數據采集部分主要通過數據網口和電流標簽完成對設備進行各項數據信息的采集，并實時進行存儲。數據傳輸解析部分將采集到的數據進行融合，使異構數據標準化、結構化，再進行后續分析處理。應用顯示部分為不同職能部門提供關鍵數據和圖表，如實時遠程參數監測、設備運行使用動態、效益分析、漏費監測、運營報表等應用。系統總體設計如圖2 所示。

圖2 醫療設備使用評價系統總體設計圖

該系統采用邊緣計算架構，計算任務由本地化部署的數據結構化分析節點完成，見圖3。為提供更快的網絡響應，本系統的計算、存儲、應用、通信等組件全部本地化部署，全程數據存儲在本地數據庫，數據庫提供本地多機備份，確保醫院數據的信息安全。

圖3 IOT 網關的整體架構圖

物聯網采集節點②，從需采集設備①獲取設備日志，發送到結構化分析服務③，分析后數據推送到結果存儲④，由用戶接口服務⑤向終端提供展示。結構化分析服務在分析前通過醫院預設安全網閘12 及醫院機房DMZ 區域的前置機11 發出模型請求連接⑧，從云端獲取運算模型更新。從信息安全設計角度，該模型下發屬邊緣端pull 方式，不進行主動push，也即邊緣端不監聽公網IP 及任何端口。模型持續優化單元⑦，通過公有計算服務的統計結果，持續地對運算模型進行優化，當下一次⑧建立連接，本地結構化分析服務③將更新運算模型，提供更加精確和可靠的分析結果。計算所需的數據分析模型由本地節點向云端請求，云端響應請求后，針對分析節點的工作目標進行動態下發。數據計算模型不斷動態更新、迭代改進，提供結構化分析服務，且服務過程不間斷。

3 系統應用效果

3.1 應用情況

目前，南通大學附屬醫院醫療設備使用評價系統已接入14 臺大型影像設備。在日工作量界面可選擇設備的類別及需查看的設備，選定日期后顯示反映工作量的甘特圖、開關機時間、某一時段設備的工作效率，其主要統計參數有檢查人數、檢查時長、間隔時長等，還有單臺設備工作量、單次掃描部位、單次掃描方法/序列逐項分析統計。以上功能可全面評價醫療設備的使用效能。

風險預警是設備質量控制的重要環節。風險預警界面24 h 實時遠程監控設備運行狀態、在線狀態，且有風險異常（如CT 球管打火、MRI 壓縮機異常等）實時提醒。系統校驗主要實現采集、分析聯網設備的單次掃描操作數據，自動完成RIS/PACS 系統數據比較，定期生成醫囑校驗清單，標注異常掃描情況。未登記或重復操作的存疑項目如圖4 所示，在A 區域選擇查看時間段，B 區域顯示每日的掃查人數，數量存疑的數據系統自動標注為紅色，C 區域反映整體存疑情況，并用餅狀圖顯示存疑比例，D 區域反映具體的存疑信息。

圖4 醫療設備校驗匯總界面

醫療設備中央監測管理平臺集中顯示全院連入系統的醫用設備工作及健康狀態如圖5 所示。管理界面以圖表為主，直觀顯示了設備的工作量與運營趨勢、全院設備的運行狀態、設備的預警運維質量管理數據、各品類設備使用效率實時動態呈現，重點設備的核心部件質控參數實時監測，實現了動態監測與數字化管理。

圖5 醫療設備中央監測管理界面

3.2 系統應用價值

第一，提高醫療設備使用效率，縮短患者預約等候時間。以MRI 為例，該系統對連接的每臺MRI設備的每項檢查部位、方法、序列、線圈進行全面分析，指導影像科室優化管理策略，從人員排班、患者排隊到設備檢查分配進行動態調整，在縮短患者檢查等候時間的同時全面提高設備單位時間效益。

第二，提高醫療設備精益化管理水平，提升整體運維質量。該系統借助信息化手段真實反映醫療設備使用情況及單機效益，建立量化可追溯的醫療設備質量控制體系，從決策面更合理地調控各項資源配置，提升醫院的精細化管理水平。同時，其定期生成醫囑校驗清單、標注異常掃描詳情、對科室人員進行量化績效考核，以提高資源利用率與醫療服務標準化。

第三，指導預防性維護，提高設備使用安全。該系統對設備整體運行做科學合理的健康評估，對可能存在的問題進行相關風險提示，方便臨床工程師第一時間進行設備的預防性維護，有效預防設備故障的產生，提高設備的使用壽命和使用安全，從而全面提升醫療設備的維修和管理效率。

第四、實現醫療設備互聯互通，助力智慧化醫院建設。醫療設備的智慧管理需與醫院管理信息系統（hospital information system，HIS）、放射科信息系統（radiology information system，RIS）、影像存儲與傳輸系統（picture archiving and communication system，PACS）等系統連接，實現設備數據的自動采集及數據與運行分析程序自動接口，形成設備運營中心數據庫，為醫工結合臨床的管理創新研究提供技術與數據平臺支撐。

4 結語

醫療設備使用評價系統仍處于研究和起步階段，由于醫院醫療設備管理和績效考核的特殊性，還有諸多問題需要思考與探索，相關功能需要不斷完善，如醫療設備的全生命周期管理及共享平臺等。隨著此系統的不斷完善將有效提高設備使用效率，縮短患者等候時間，提升醫院綜合服務能力和質量，促進醫療行業進一步發展。