開發(fā)具有自主特色的數(shù)字一體化手術(shù)室系統(tǒng)的思考

王云龍

上海醫(yī)療器械股份有限公司，上海200093

·醫(yī)療器械園地·

開發(fā)具有自主特色的數(shù)字一體化手術(shù)室系統(tǒng)的思考

王云龍

上海醫(yī)療器械股份有限公司，上海200093

提高醫(yī)院手術(shù)室的效率、改善醫(yī)院手術(shù)室流程一直是醫(yī)院手術(shù)室設(shè)備發(fā)展研究的熱點。該研究結(jié)合所承擔的上海市科委重大科技攻關(guān)項目“數(shù)字一體化手術(shù)室的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項目，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的產(chǎn)品情況，提出了通過對公司現(xiàn)有手術(shù)室設(shè)備的數(shù)字化端口改造，并設(shè)計新的中央控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對術(shù)中所有手術(shù)設(shè)備的控制，形成具有自主特色的數(shù)字一體化手術(shù)室的設(shè)計方案，為臨床手術(shù)提供更好的支持。

一體化手術(shù)室;數(shù)字式;手術(shù)室方案

數(shù)字一體化手術(shù)室是醫(yī)院數(shù)字化、信息化建設(shè)的重要組成部分，數(shù)字一體化手術(shù)室的使用更加符合當今手術(shù)室操作規(guī)程，也更加適合微創(chuàng)手術(shù)等現(xiàn)代手術(shù)技術(shù)的開展，是醫(yī)療技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物。

歐美等發(fā)達國家在20世紀90年代初就開展了數(shù)字化手術(shù)室的研發(fā)。調(diào)查顯示，使用數(shù)字一體化手術(shù)室，可以使手術(shù)效率提高5%～10%，同時也提高了手術(shù)室的潔凈度，降低了手術(shù)室內(nèi)的交叉感染。國際上著名的醫(yī)療器械廠商如美國的史賽克公司、德國的卡爾史托斯公司及日本的奧林巴斯公司等借助自身在骨科、內(nèi)窺鏡和泌尿外科等專業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)勢，推出了一系列數(shù)字一體化手術(shù)室方案。

近年來我國醫(yī)療機構(gòu)數(shù)字化建設(shè)發(fā)展迅猛，醫(yī)院手術(shù)室硬件數(shù)字化建設(shè)已達到相當高的水平，包括PACS系統(tǒng)、HIS系統(tǒng)和RIS系統(tǒng)在內(nèi)的醫(yī)院信息化系統(tǒng)已得到充分使用。隨著我國醫(yī)療信息化建設(shè)速度的加快和數(shù)字一體化手術(shù)室技術(shù)的不斷成熟，可以預(yù)計未來數(shù)字一體化手術(shù)室的建設(shè)也會快速增長。目前，國外先進的數(shù)字一體化手術(shù)室產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用和推廣，受到了越來越多醫(yī)院的關(guān)注。在一些經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，數(shù)字一體化手術(shù)室建設(shè)已經(jīng)呈現(xiàn)出由三級醫(yī)院向二級醫(yī)院擴展的趨勢。

上海醫(yī)療器械股份有限公司是國內(nèi)最早從事醫(yī)院手術(shù)室設(shè)備生產(chǎn)的企業(yè)。進行數(shù)字一體化手術(shù)室產(chǎn)品的開發(fā)，既是對公司現(xiàn)有產(chǎn)品技術(shù)的全面提升，使產(chǎn)品技術(shù)從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)轉(zhuǎn)化;同時也是對現(xiàn)有產(chǎn)品門類的拓展和延伸，注入更符合現(xiàn)代特征的高端手術(shù)室產(chǎn)品。因此開展“數(shù)字一體化手術(shù)室的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項目研究，非常有必要。

該研究在公司現(xiàn)有的產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)上，探索如何形成一個既能滿足醫(yī)院數(shù)字一體化手術(shù)室需要，又具有自主特色的數(shù)字一體化手術(shù)室的設(shè)計方案，為臨床提供穩(wěn)定的、具有較高技術(shù)水平和競爭力的數(shù)字一體化手術(shù)室產(chǎn)品。

1 傳統(tǒng)手術(shù)室模式存在的主要弊端

傳統(tǒng)手術(shù)室的模式是:手術(shù)室的中間安置手術(shù)臺，手術(shù)臺上方是手術(shù)無影燈;在手術(shù)臺四周擺放著各種設(shè)備，連接設(shè)備的線路密密麻麻地分布在手術(shù)臺周圍，設(shè)備之間不能夠很好地做到相互聯(lián)結(jié)，醫(yī)師在手術(shù)操作過程中還要時刻警惕不要被腳下的各種線路絆倒，以免出現(xiàn)安全和醫(yī)療事故。

傳統(tǒng)手術(shù)室的模式存在的主要弊端:(1)場地擁擠，潔凈物與污染物的處理困難，手術(shù)環(huán)境容易受到污染。(2)設(shè)備控制單元大多是獨立的單元，術(shù)中醫(yī)師需要通過其他人員來操作和監(jiān)控各種設(shè)備，極不方便。(3)設(shè)備布局比較混亂，地面線路密集，醫(yī)護人員操作和活動范圍受限。(4)信息網(wǎng)絡(luò)化比較差，不能做到與醫(yī)院數(shù)據(jù)和影像及時共享。(5)遠程醫(yī)療和教學(xué)通訊配置不高，無視音頻系統(tǒng)，手術(shù)觀摩和學(xué)術(shù)交流比較困難。

傳統(tǒng)手術(shù)室的弊端已經(jīng)制約正常手術(shù)的開展。傳統(tǒng)手術(shù)室不僅影響手術(shù)時間和手術(shù)效率，而且容易產(chǎn)生手術(shù)安全事故，不能最大限度充分共享醫(yī)院數(shù)據(jù)和影像等信息，方便地開展各種遠程醫(yī)療和手術(shù)觀摩交流活動。

2 技術(shù)進步促進了數(shù)字化手術(shù)室的發(fā)展

計算機和其他新技術(shù)的發(fā)展促使手術(shù)室進入了科學(xué)引導(dǎo)下外科的數(shù)字智能化時代。數(shù)字化手術(shù)室是20世紀90年代后出現(xiàn)的集成醫(yī)學(xué)系統(tǒng)，是臨床醫(yī)學(xué)工程的重大成果。但在我國，初期的數(shù)字化手術(shù)室主要以視頻示教和麻醉信息管理為主，而且大多數(shù)醫(yī)院的手術(shù)信息系統(tǒng)只是一個相對獨立的系統(tǒng)，并沒有與醫(yī)院的信息系統(tǒng)相集成［1］。具體表現(xiàn)為數(shù)字化手術(shù)室配套的各種信息系統(tǒng)，多由不同公司開發(fā)完成，由于沒有采用統(tǒng)一的DICOM、HL7協(xié)議，給各個系統(tǒng)相互間的信息共享帶來問題。此外，大多數(shù)數(shù)字化手術(shù)室系統(tǒng)還不能與其他廠家的設(shè)備完全兼容，致使數(shù)字化手術(shù)系統(tǒng)的部分功能無法實現(xiàn)［2］，達不到數(shù)字化手術(shù)室實現(xiàn)集中控制的預(yù)期目標。

發(fā)達國家在數(shù)字化手術(shù)室的研發(fā)方面領(lǐng)先中國。國際上許多著名醫(yī)療器械廠商借助于在骨科、內(nèi)窺鏡、泌尿外科及設(shè)備控制等領(lǐng)域的優(yōu)勢，推出了一系列更高水平的數(shù)字化手術(shù)室整體方案。這些公司開發(fā)的數(shù)字化手術(shù)室有許多共同的特點:(1)以信息網(wǎng)絡(luò)為平臺，集數(shù)據(jù)存儲與傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與接口技術(shù)、圖像處理與分析技術(shù)及機電設(shè)備自動控制技術(shù)等于一體。(2)將信息化與醫(yī)學(xué)影像、醫(yī)療設(shè)備等各種系統(tǒng)進行融合設(shè)計，實現(xiàn)了設(shè)備的集中控制。(3)通過高清醫(yī)用影像信息系統(tǒng)對手術(shù)進程進行監(jiān)控和儲存，并且采取實時交互的形式與醫(yī)院信息系統(tǒng)實現(xiàn)對接，實現(xiàn)信息共享。(4)開展遠程演示、教學(xué)，為整個手術(shù)提供更加高效、舒適、安全和便利的環(huán)境，形成數(shù)字一體化手術(shù)室整體方案。

3 自主特色的數(shù)字一體化手術(shù)室系統(tǒng)方案的思考

數(shù)字一體化手術(shù)室是一個系統(tǒng)，它可以根據(jù)臨床的不同需求及不同醫(yī)師的使用偏好進行量身定做，因此數(shù)字一體化手術(shù)室也是個性化的產(chǎn)品。但盡管數(shù)字一體化手術(shù)室根據(jù)使用方向的不同，有各種不同的配置，但其基本功能主要包括一體化手術(shù)室影音管理系統(tǒng)、一體化手術(shù)室集中控制系統(tǒng)、一體化手術(shù)室存儲系統(tǒng)和一體化手術(shù)室交互式示教系統(tǒng)四個組成部分［3］。

如何根據(jù)臨床的需要，結(jié)合公司自身具有的優(yōu)勢，揚長避短，開發(fā)具有自主特色的數(shù)字一體化手術(shù)室系統(tǒng)，實現(xiàn)差異化競爭，這是企業(yè)在制定開發(fā)方案時必須考慮的問題。

上海醫(yī)療器械股份有限公司是國內(nèi)生產(chǎn)醫(yī)院手術(shù)室設(shè)備最早、門類相對比較齊全的企業(yè)之一。多年來始終以國際先進水平為目標，自主研制系列手術(shù)室設(shè)備，多項單機設(shè)備具有自主知識產(chǎn)權(quán)，已經(jīng)達到國際先進水平或國內(nèi)領(lǐng)先水平。通過走訪醫(yī)院、與國際上許多同行進行交流溝通，借鑒國際上數(shù)字一體化手術(shù)室技術(shù)發(fā)展的經(jīng)驗，結(jié)合公司現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)，提出了以自主創(chuàng)新為主、以市場需求為出發(fā)點的開發(fā)原則，通過對公司現(xiàn)有產(chǎn)品進行集成創(chuàng)新，使之成為具有自主特色的數(shù)字一體化手術(shù)室系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容為:研發(fā)一款數(shù)字一體化集成控制系統(tǒng)，同時通過對現(xiàn)有手術(shù)室設(shè)備(包括高頻電刀、呼吸機、麻醉機、監(jiān)護儀、無影燈和手術(shù)床等)進行數(shù)字化接口改造，使傳統(tǒng)手術(shù)室設(shè)備具備信息集成的能力，實現(xiàn)對手術(shù)室設(shè)備的集中控制;進行醫(yī)學(xué)圖像、患者信息及視音頻信息集成開發(fā)，并使其能夠與醫(yī)院的PACS系統(tǒng)、HIS系統(tǒng)和LIS系統(tǒng)等信息系統(tǒng)實現(xiàn)對接，滿足臨床信息共享和開展遠程教學(xué)的需求。其特點主要包括以下7個方面。

3．1 全新的數(shù)字式一體化集成控制系統(tǒng)

研發(fā)一款具有自己特色的獨立數(shù)字式一體化集成控制系統(tǒng)，針對手術(shù)室設(shè)備集中控制的難題，方案采用CAN總線及CPLD結(jié)構(gòu)，通過CAN總線協(xié)議實現(xiàn)與控制主機之間的通信聯(lián)系，實時接受主控機的操作信號并向其反饋設(shè)備的顯示數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對醫(yī)療設(shè)備的集中控制。系統(tǒng)包括三部分的內(nèi)容:①通過對企業(yè)現(xiàn)有的手術(shù)室設(shè)備控制端口進行數(shù)字化改造，實現(xiàn)各設(shè)備與主機的通信聯(lián)系，完成對手術(shù)床、無影燈、醫(yī)用電子內(nèi)鏡、呼吸機、麻醉機和監(jiān)護儀等手術(shù)室設(shè)備一屏式數(shù)字化集成控制;②通過改造和升級內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對圖像信息進行路徑計算等后處理功能，通過基于DICOM、HL7標準的醫(yī)院信息系統(tǒng)接口，實現(xiàn)中央控制器對醫(yī)院PACS系統(tǒng)、HIS系統(tǒng)和LIS系統(tǒng)信息隨時調(diào)用和存儲;③開展視音頻系統(tǒng)控制切換技術(shù)研究，能夠?qū)崿F(xiàn)對手術(shù)術(shù)野和手術(shù)室全景攝像的調(diào)整、控制和切換，實現(xiàn)手術(shù)教學(xué)和遠程醫(yī)療服務(wù)等功能。

3．2 新型偏柱型數(shù)字遙控電動手術(shù)臺

手術(shù)臺是手術(shù)室主要設(shè)備，為了使手術(shù)臺能夠開展包括介入手術(shù)在內(nèi)的各種手術(shù)，本方案結(jié)構(gòu)上采用具有自主特色的偏心立柱結(jié)構(gòu)，保證能夠進行全體位C臂X線機的攝片，為開展影像引導(dǎo)下的各類手術(shù)提供方便;同時通過采用微處理控制系統(tǒng)對四個角度傳感器的監(jiān)測與記憶，實現(xiàn)手術(shù)臺體位的復(fù)位功能;采用紅外遙控的方法，實現(xiàn)對手術(shù)臺的無線遙控控制，避免醫(yī)護人員操作和活動時受地面連線干擾而帶來的不便。

3．3 無影燈視頻圖像

本系統(tǒng)采用新型LED光源的無影燈，配備了中置高清視頻系統(tǒng)，通過視頻圖像的顯示切換與光源控制功能的開發(fā)，實現(xiàn)無影燈的開、關(guān)及亮度調(diào)節(jié)等功能數(shù)字化控制，同時實現(xiàn)對電視無影燈視頻圖像的術(shù)野調(diào)整、亮度調(diào)整、聚焦調(diào)整及多畫面顯示與切換等功能。

3．4 獨立的醫(yī)用吊塔系統(tǒng)

醫(yī)用供給吊塔是支撐一體化手術(shù)室(系統(tǒng))主要部件之一，是為手術(shù)室提供各種醫(yī)用氣體、供電和通信，放置各種醫(yī)療儀器的一種設(shè)備。此次創(chuàng)新研發(fā)主要解決高可靠性的氣密技術(shù)、設(shè)備掛架超強的承載能力的問題;為確保產(chǎn)品轉(zhuǎn)動自如、定位簡便，采用機械、氣壓雙重剎車設(shè)計;采用獨到的綜合布線布管方式，將所有線路、管路直接納入所屬吊塔，使供電、供氣、通信、器械盤和儀器架等通過一體化的醫(yī)用供給吊塔實現(xiàn)，保證手術(shù)室內(nèi)除手術(shù)臺落地以外，其他所有手術(shù)室設(shè)備的連線通過醫(yī)用供給吊塔懸空，改變了以往手術(shù)室布局凌亂、地面線路密集的狀況，給醫(yī)護人員操作和活動帶來極大的方便。

3．5 呼吸機的輸出接口數(shù)字化改造

本系統(tǒng)呼吸機采用渦輪增壓技術(shù)，實現(xiàn)有創(chuàng)與無創(chuàng)通氣的完美結(jié)合，替代原來氣動電控呼吸機，對呼吸機的通氣模式、監(jiān)護參數(shù)、報警及波形顯示等主要技術(shù)指標的輸出接口進行數(shù)字化改進，實現(xiàn)生理監(jiān)護和麻醉監(jiān)護參數(shù)的集中大屏或分屏顯示功能。

3．6 電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的接口數(shù)字化改造

通過數(shù)字化改造，能夠?qū)崿F(xiàn)中央控制器對電子內(nèi)窺鏡的集中控制和近臺控制的切換，能夠與醫(yī)用電子內(nèi)鏡的醫(yī)用冷光源、內(nèi)鏡圖像處理系統(tǒng)進行對接，能夠與醫(yī)用電子內(nèi)鏡的彩色攝像機、彩色打印機進行輸出連接，能夠?qū)崿F(xiàn)中央控制器對電子內(nèi)窺鏡操作和手術(shù)中圖像的存儲、凍結(jié)、輪廓增強、色彩分離調(diào)節(jié)等數(shù)字后處理和控制功能。

3．7 新型多功能麻醉機

多功能麻醉機采用彩色大屏幕、高亮度顯示器和中文界面，并能夠?qū)崿F(xiàn)與中央控制器的對接，可實時顯示壓力波形、監(jiān)護數(shù)據(jù)和報警內(nèi)容等信息。蒸發(fā)器具有低流量麻醉技術(shù)，并可實時監(jiān)測呼吸波形和所有參數(shù)，實現(xiàn)了臨床工程學(xué)與人體工程學(xué)的良好結(jié)合。

面對嚴峻的安全管理形勢，高速公路安全管理模式面臨升級的需求與壓力. 2016年4月，國務(wù)院安委會辦公室印發(fā)了《標本兼治遏制重特大事故工作指南》(安委辦〔2016〕3號文)，強調(diào)堅持標本兼治、綜合治理[3]，提出了“把安全風(fēng)險管控定在隱患前面，把隱患排查治理定在事故前面，扎實構(gòu)建事故應(yīng)急救援最后一道防線”的安全管理要求.

方案考慮到國內(nèi)手術(shù)室醫(yī)療設(shè)備普遍存在種類繁多、控制面板硬件設(shè)計差異較大的狀況，同時考慮到數(shù)字一體化手術(shù)室也是個性化的產(chǎn)品，為了未來能夠?qū)?shù)字一體化手術(shù)室系統(tǒng)中的設(shè)備進行各種組合的方便，設(shè)計時特意采用了基于CAN總線及CPLD的硬件結(jié)構(gòu)，其目的就是考慮未來能像模塊化地對系統(tǒng)進行各種組合，以方便手術(shù)室系統(tǒng)按臨床要求進行個性化設(shè)計。

此外，在完成上述整體的數(shù)字一體化手術(shù)室系統(tǒng)設(shè)計的同時，也充分考慮到隨著醫(yī)院數(shù)字化建設(shè)進程的推進，未來對傳統(tǒng)手術(shù)室的改造，也有非常巨大的市場空間。所以本方案將原來技術(shù)進行簡化，開發(fā)出另一款移動式數(shù)字一體化手術(shù)室集中控制系統(tǒng)，這對于已有的傳統(tǒng)手術(shù)室來講，不需要進行重新改造，只要通過引入移動式一體化手術(shù)室集中控制系統(tǒng)，就能夠成為簡易的數(shù)字一體化手術(shù)室，這既給醫(yī)院推進數(shù)字一體化手術(shù)室發(fā)展提供方便，同時也為企業(yè)推廣數(shù)字一體化手術(shù)室產(chǎn)品創(chuàng)造更大的發(fā)展空間。

4 結(jié)論

在設(shè)計上述產(chǎn)品開發(fā)方案過程中，重視對現(xiàn)有產(chǎn)品進行數(shù)字化能級提升，將各類手術(shù)室設(shè)備進行優(yōu)化、整合、集成和再創(chuàng)新，提出符合企業(yè)實際的數(shù)字一體化手術(shù)室開發(fā)方案，有利于加快產(chǎn)品研發(fā)的速度，提高產(chǎn)品的技術(shù)成熟度，為未來的市場宣傳和推廣奠定更好的基礎(chǔ)。在選擇的產(chǎn)品優(yōu)化方案中，又提出標準、移動兩種配置，以滿足醫(yī)院全新數(shù)字一體化手術(shù)室建設(shè)和對傳統(tǒng)手術(shù)室的改造提升需要。目前兩種配置的產(chǎn)品都已經(jīng)開發(fā)完成并進入三甲和二甲醫(yī)院的臨床，為企業(yè)進一步發(fā)展創(chuàng)造了條件。

數(shù)字一體化手術(shù)室需要根據(jù)臨床不同的個性化要求，結(jié)合醫(yī)院信息資源整合和各相關(guān)科室之間管理的要求進行優(yōu)化，并沒有一個完全固化的模式，本方案也只能根據(jù)自身擁有的資源，提出符合自身特色的數(shù)字一體化手術(shù)室方案。隨著先進醫(yī)療設(shè)備的不斷涌入，數(shù)字一體化手術(shù)室的技術(shù)也將不斷發(fā)展，可以預(yù)期手術(shù)導(dǎo)航、手術(shù)機器人等前瞻性技術(shù)未來都將成為手術(shù)室設(shè)備的重要組成部分。數(shù)字一體化手術(shù)室將朝著設(shè)備的密集度越來越高、信息資源越來越豐富的方向發(fā)展。

［1］查光彥，王克文，畢杰華．數(shù)字化手術(shù)室系統(tǒng)模型(上)［J］．世界醫(yī)療器械，2011，17(8):72-73．

［2］張強，劉勝林，李明航．數(shù)字化手術(shù)室的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］．世界醫(yī)療器械，2010，16(9):20-28

［3］何紅昱．數(shù)字一體化手術(shù)室的應(yīng)用前景［J］．建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015，10(29):1937-1937

［4］楊國華．一體化手術(shù)室是設(shè)備數(shù)字化集成的新模式［J］．中國醫(yī)學(xué)裝備，2007，4(10):20-22．

Thinking in systems on developing characterized digital integrated operating rooms

WANG Yunlong
Shanghai Medical Instruments Co．Ltd．，Shanghai200093，China

The focus of operating room(OR)development has always been to improve OR workflow and efficiency．In this paper，we analyzed our OR equipment based on“Development and Industrialization of Digital Integrated Operating Rooms”project which was funded by Shanghai Science and Technology Comm ission’s Key Technology R＆D Programme．We also proposed to have a centralized control across operation devices from different manufactures by redesigning the digital ports and central control systems in ORs，and finally formulate a characterized design plan of digital integrated OR，aiming for a better support to clinical surgeries．

Integrative operating room;Digital;Operating room design

R197．39

A

2095-378X(2017)02-0137-03

10．3969/j．issn．2095-378X．2017．02．019

2017－04－28)

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《外科研究與新技術(shù)》編輯部

王云龍(1959—)，男，總工程師，從事醫(yī)院手術(shù)急診室設(shè)備研究

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