基于5G技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備管理應(yīng)用研究

羊月祺

(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)工程處，南京 210029)

第五代移動(dòng)通信技術(shù) (5-Generation,5G) 是由“第三代合作伙伴計(jì)劃組織”(3rd Generation Partnership Project,3GPP)負(fù)責(zé)制定的一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3GPP 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，其主要成員包括中國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)和北美等國(guó)家和地區(qū)的相關(guān)行業(yè)機(jī)構(gòu)。5G 網(wǎng)絡(luò)的理論下行速度為10Gb/s（相當(dāng)于下載速度1.25GB/s），比4G 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣瓤鞌?shù)百倍[1-2]。5G 可為用戶(hù)帶來(lái)更高的帶寬速率（增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶eMBB）、更低且可靠的時(shí)延（低時(shí)延高可靠通信uRLLC）和更大容量的網(wǎng)絡(luò)連接（大規(guī)模機(jī)器通信mMTC），這將使之前許多停留在理論階段或者因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸速率和連接數(shù)限制而無(wú)法有效實(shí)施的應(yīng)用場(chǎng)景得到迅速的推廣和應(yīng)用，例如5G 遠(yuǎn)程手術(shù)與檢查、基于物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)醫(yī)療大數(shù)據(jù)采集、基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality,AR)與虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,VR)遠(yuǎn)程會(huì)診、智慧醫(yī)院、醫(yī)療設(shè)備高效運(yùn)行與技術(shù)管理等[3-4]。

1 醫(yī)療設(shè)備管理需求分析與現(xiàn)狀

依據(jù)國(guó)家發(fā)布的《醫(yī)療器械監(jiān)督管理?xiàng)l例》，對(duì)于醫(yī)療設(shè)備管理提出明確要求：對(duì)溫度、濕度等環(huán)境條件有特殊要求的，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施，以保證醫(yī)療器械的安全、有效。醫(yī)療器械使用單位應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)工作人員的技術(shù)培訓(xùn)，按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)、技術(shù)操作規(guī)范等要求使用醫(yī)療器械。醫(yī)療器械使用單位對(duì)需要定期檢查、檢驗(yàn)、校準(zhǔn)、保養(yǎng)、維護(hù)的醫(yī)療器械，應(yīng)當(dāng)按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行檢查、檢驗(yàn)、校準(zhǔn)、保養(yǎng)、維護(hù)并予以記錄，及時(shí)進(jìn)行分析、評(píng)估，確保醫(yī)療器械處于良好狀態(tài)，保障使用質(zhì)量；對(duì)使用期限長(zhǎng)的大型醫(yī)療器械，應(yīng)當(dāng)逐臺(tái)建立使用檔案，記錄其使用、維護(hù)、轉(zhuǎn)讓、實(shí)際使用時(shí)間等事項(xiàng)。

目前，醫(yī)療設(shè)備管理主要依靠一線工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展培訓(xùn)、巡查、維護(hù)和質(zhì)控等工作，受限于工程技術(shù)人員配置和技術(shù)手段限制，很多工作無(wú)法全天候有效開(kāi)展，對(duì)于醫(yī)療設(shè)備在臨床應(yīng)用的隱患無(wú)法有效進(jìn)行預(yù)警和排查[5-6]。此外，各類(lèi)醫(yī)療設(shè)備使用過(guò)程中產(chǎn)生海量運(yùn)行數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，特別是其中技術(shù)報(bào)警信息對(duì)于醫(yī)院設(shè)備管理部門(mén)具有重要意義。通過(guò)及時(shí)處置這些早期、危害程度低的隱患，可進(jìn)一步避免嚴(yán)重技術(shù)故障的發(fā)生和出現(xiàn)，減少設(shè)備使用者和操作者可能受到的傷害，保障醫(yī)療安全。

應(yīng)用5G 相關(guān)技術(shù)，采用物聯(lián)網(wǎng)及VR/AR 等方式讓醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行與管理同5G進(jìn)行深度跨界融合，在醫(yī)療設(shè)備使用環(huán)境及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、開(kāi)展使用培訓(xùn)、提升技術(shù)保障能力等方面具有廣泛應(yīng)用前景，在確保醫(yī)療設(shè)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(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)用設(shè)備管理

2.1 醫(yī)用設(shè)備運(yùn)行環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

醫(yī)用設(shè)備特別是大型醫(yī)用設(shè)備，由于使用技術(shù)復(fù)雜、資金投入量大、維修維護(hù)運(yùn)行成本高，一直是醫(yī)療機(jī)構(gòu)臨床工程人員重點(diǎn)關(guān)注和保障的對(duì)象。大多數(shù)大型醫(yī)用設(shè)備對(duì)于運(yùn)行的環(huán)境有嚴(yán)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(diào)系統(tǒng)故障等原因，引起溫濕度失控而導(dǎo)致大型醫(yī)用設(shè)備故障的情況屢見(jiàn)不鮮[7-9]。

醫(yī)療設(shè)備內(nèi)部的電路板和部件包含大量電子元器件，合適的溫濕度對(duì)于保證其工作穩(wěn)定性和延長(zhǎng)壽命具有重要意義。溫度超過(guò)適宜范圍，元器件不能及時(shí)進(jìn)行散熱，壽命會(huì)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(huì)降低25%。濕度過(guò)高，在電子器件表面易形成水膜，可能導(dǎo)致短路現(xiàn)象的發(fā)生；濕度過(guò)低，空氣就會(huì)變得干燥，易產(chǎn)生靜電，吸附灰塵，同時(shí)還容易使印刷電路板產(chǎn)生形變。

目前醫(yī)療設(shè)備的環(huán)境監(jiān)控主要依靠開(kāi)機(jī)工作期間臨床操作使用人員和臨床工程人員現(xiàn)場(chǎng)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(jié)假日等時(shí)間段，由于缺乏全天候?qū)崟r(shí)的巡查和監(jiān)測(cè)，溫濕度失控時(shí)不能第一時(shí)間獲取信息，導(dǎo)致設(shè)備部件損壞或者物資材料的損失，如磁共振設(shè)備液氦的非正常揮發(fā)損耗等，給醫(yī)療機(jī)構(gòu)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

利用5G 及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在醫(yī)用設(shè)備的機(jī)房布置多個(gè)溫濕度檢測(cè)點(diǎn)，在機(jī)房環(huán)境發(fā)生異常改變時(shí)，第一時(shí)間將報(bào)警信息傳輸并發(fā)送給臨床操作人員和分管工程師，便于他們能夠在第一時(shí)間對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行干預(yù)和處理[10]。

基于5G 及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)將大大降低臨床使用人員和工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)巡查的工作量，提高巡查效率，實(shí)現(xiàn)全天候不間斷的監(jiān)測(cè)。通過(guò)建立一套基于5G 及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)的云平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行24h 不間斷的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果不僅可通過(guò)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)直接訪問(wèn)指定網(wǎng)址查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為便于操作人員和分管工程師實(shí)時(shí)查看相關(guān)數(shù)據(jù)，還可開(kāi)發(fā)手機(jī)端APP，通過(guò)調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)手機(jī)端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看和歷史數(shù)據(jù)的回顧查詢(xún)功能，降低臨床使用人員和工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)巡查的工作量，提高巡查效率，將大型醫(yī)用設(shè)備環(huán)境條件失控的問(wèn)題消滅在萌芽狀態(tài)，保障大型醫(yī)用設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定。如圖1所示，在PET/CT 機(jī)房布置溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)展溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、傳輸、顯示及預(yù)警，可確保環(huán)境溫濕度符合設(shè)備運(yùn)行需求。

2.2 醫(yī)療設(shè)備使用狀態(tài)和報(bào)警實(shí)時(shí)采集

等級(jí)醫(yī)院評(píng)審要求：醫(yī)學(xué)裝備管理部門(mén)對(duì)特殊裝備定期自查和監(jiān)測(cè)，有記錄；應(yīng)用信息化技術(shù)實(shí)施醫(yī)學(xué)裝備可視化、全流程的管理，有醫(yī)學(xué)裝備配置、使用、保障情況的全程記錄，信息真實(shí)、完整、準(zhǔn)確。

目前，各級(jí)醫(yī)院對(duì)于醫(yī)療設(shè)備的使用狀態(tài)主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巡查、維修報(bào)修信息管理系統(tǒng)及微信等即時(shí)通訊工具獲取在用醫(yī)療設(shè)備的實(shí)時(shí)使用狀態(tài)，醫(yī)療設(shè)備主管部門(mén)屬于被動(dòng)獲取數(shù)據(jù)的狀態(tài)[7]。

5G 技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景之一就是“信息隨時(shí)獲取，萬(wàn)物互聯(lián)互通”，利用5G 技術(shù)的大容量網(wǎng)絡(luò)連接和低時(shí)延的特點(diǎn)，將需要監(jiān)管的醫(yī)療設(shè)備利用信息傳輸協(xié)議統(tǒng)一接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)時(shí)采集醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)。對(duì)于需要重點(diǎn)監(jiān)管的醫(yī)療設(shè)備，如CT、MR、呼吸機(jī)等，掌握實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的嚴(yán)重技術(shù)報(bào)警及時(shí)地通過(guò)無(wú)線通信的方式傳遞給分管工程技術(shù)人員，能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)和干預(yù)，排除因設(shè)備故障而導(dǎo)致的使用風(fēng)險(xiǎn)[11-13]。

通過(guò)利用5G 及物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，對(duì)設(shè)備的使用情況、故障報(bào)錯(cuò)情況、關(guān)鍵部件使用壽命等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取和監(jiān)測(cè)，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及預(yù)測(cè)關(guān)鍵部件的壽命，減少非預(yù)期的故障停機(jī)時(shí)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(tài)關(guān)系整個(gè)CT 設(shè)備的臨床檢查效率和診斷效果。通過(guò)實(shí)時(shí)采集與獲取球管的曝光秒次、掃描次數(shù)、打火次數(shù)等信息，可時(shí)刻掌握其工作狀態(tài)，指導(dǎo)定期的保養(yǎng)維護(hù)及預(yù)測(cè)性維修更換等工作，可最大限度充分利用和發(fā)揮球管的效能。

圖1 PET/CT 機(jī)房實(shí)時(shí)溫濕度監(jiān)測(cè)

圖2 CT 球管實(shí)時(shí)使用狀態(tài)和報(bào)警監(jiān)測(cè)

圖3 MR 液氦水平、液氦壓力及冷頭溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

磁共振成像(MRI)設(shè)備也是各大醫(yī)院放射科重點(diǎn)設(shè)備之一，由于涉及要通過(guò)低溫保持超導(dǎo)狀態(tài)，因此其對(duì)于運(yùn)行環(huán)境要求更高，如圖3 所示，通過(guò)5G 及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磁共振設(shè)備運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)，如液氦水平、液氦壓力、磁體壓力、冷頭溫度等，對(duì)于小問(wèn)題和報(bào)警信息做到早發(fā)現(xiàn)、早解決，及時(shí)排查設(shè)備潛在風(fēng)險(xiǎn)，避免了風(fēng)險(xiǎn)演化擴(kuò)大造成后期停機(jī)故障和部件損壞。

3 醫(yī)療設(shè)備臨床VR/AR 培訓(xùn)

醫(yī)療設(shè)備使用培訓(xùn)的重要性無(wú)需贅言。目前醫(yī)療設(shè)備的使用培訓(xùn)以培訓(xùn)老師現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作培訓(xùn)為主，一般都是大班制和一對(duì)多的講解模式；對(duì)于使用人員的個(gè)人理解和接受的差異性無(wú)個(gè)性化的方案，培訓(xùn)考核基本流于形式，無(wú)法對(duì)培訓(xùn)的效果進(jìn)行客觀評(píng)估。

5G 通信技術(shù)的超高速和低延時(shí)等特性，為醫(yī)療設(shè)備培訓(xùn)、訓(xùn)練和評(píng)估方式的巨變提供了新手段，為臨床使用操作人員開(kāi)發(fā)基于5G 的培訓(xùn)和訓(xùn)練課程系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)操作使用模擬場(chǎng)景，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)展培訓(xùn)，5G 的速率一般都在1Gbps，高峰值甚至可以達(dá)到10Gbps，而其時(shí)延通常在10ms 以?xún)?nèi)，能夠很好地滿(mǎn)足手術(shù)培訓(xùn)和操作培訓(xùn)要求，營(yíng)造高度沉浸式體驗(yàn)環(huán)境，并可針對(duì)臨床人員每個(gè)人的特點(diǎn)為其定制合理的后續(xù)學(xué)習(xí)計(jì)劃，提高培訓(xùn)效率，有助于更好地掌握醫(yī)療設(shè)備使用操作技能[14-16]。

通過(guò)5G 開(kāi)展VR/AR 模擬設(shè)備操作培訓(xùn)課程，加強(qiáng)對(duì)醫(yī)用設(shè)備臨床使用，確保每一名醫(yī)護(hù)人員都能有充分的時(shí)間來(lái)進(jìn)行設(shè)備操作使用訓(xùn)練，便于開(kāi)展操作考核評(píng)估與評(píng)價(jià)，減少不當(dāng)或者錯(cuò)誤使用的情況發(fā)生。如圖4 所示，醫(yī)護(hù)人員既可通過(guò)5G 技術(shù)營(yíng)造的VR/AR 環(huán)境實(shí)時(shí)觀看5G 手術(shù)轉(zhuǎn)播及操作演示，學(xué)習(xí)和掌握新的醫(yī)療技術(shù)，也可開(kāi)展針對(duì)性醫(yī)用設(shè)備操作模擬與使用，達(dá)到多角度、多維度、時(shí)間安排靈活的操作訓(xùn)練，避免集中培訓(xùn)的弊端，取得預(yù)期培訓(xùn)效果。

圖4 基于VR/AR 的模擬手術(shù)及設(shè)備操作訓(xùn)練系統(tǒng)

4 醫(yī)療設(shè)備維保優(yōu)化升級(jí)

高效率、高水平、低費(fèi)用支出的醫(yī)療設(shè)備維保障方式一直是醫(yī)療機(jī)構(gòu)臨床工程人員不斷追求的目標(biāo)。但隨著醫(yī)療設(shè)備集成度的不斷提升，自主維修保障難度不斷增大，有些設(shè)備即使買(mǎi)了廠家的保修服務(wù)，廠家的工程師從接到報(bào)修到趕至現(xiàn)場(chǎng)仍然可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)判斷故障和訂購(gòu)配件將花費(fèi)更多的時(shí)間，這一點(diǎn)對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)影響更為明顯；同時(shí)，隨著醫(yī)療機(jī)構(gòu)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，一所醫(yī)院多個(gè)分院的模式已成常態(tài)，對(duì)于當(dāng)前醫(yī)療設(shè)備維修保障及時(shí)性和可靠性提出了很大挑戰(zhàn)。

利用5G 技術(shù)的高速率和低時(shí)延的技術(shù)特點(diǎn)，實(shí)時(shí)傳輸醫(yī)療設(shè)備維?，F(xiàn)場(chǎng)圖像和音頻資料，邀請(qǐng)廠家后臺(tái)技術(shù)支持人員或本院其他院區(qū)的資深工程師進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)故障判斷、故障排除的指導(dǎo)，類(lèi)似于遠(yuǎn)程會(huì)診，通過(guò)實(shí)時(shí)上傳故障的錯(cuò)誤代碼、故障日志、故障現(xiàn)象影像、使用人員和現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的語(yǔ)音描述的音頻數(shù)據(jù)，廠家工程師或本院其他院區(qū)的技術(shù)專(zhuān)家實(shí)時(shí)下載查看相關(guān)資料，為現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員提供指導(dǎo)，傳輸維修方案的影像資料等，實(shí)現(xiàn)故障遠(yuǎn)程診斷與指導(dǎo)、維修配件的及時(shí)配送，減少無(wú)效旅途時(shí)間及備件等待時(shí)間耗費(fèi)。

在具體故障維修過(guò)程中，5G 技術(shù)可以保證指導(dǎo)專(zhuān)家對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌控，可以為現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員提供準(zhǔn)確指示，實(shí)現(xiàn)與手把手的操作指導(dǎo)相同效果的指導(dǎo)，可有效提高醫(yī)療設(shè)備維修保障的響應(yīng)時(shí)間，節(jié)約雙方時(shí)間成本，提高故障排除效率。通過(guò)5G 遠(yuǎn)程完成設(shè)備故障日志提取、傳輸、顯示和分析，可顯著加快問(wèn)題排查和解決速度，縮短維修時(shí)間，在最短時(shí)間內(nèi)讓設(shè)備恢復(fù)正常工作。

5 展望

5G 技術(shù)突破了傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用范疇，在大幅提升傳統(tǒng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)能力的同時(shí)，將應(yīng)用的觸角滲透至各行各業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，從而演變成為支撐全社會(huì)、全行業(yè)運(yùn)行的基礎(chǔ)性互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以統(tǒng)一的技術(shù)框架支撐極度差異化的繁雜應(yīng)用。

5G 技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備管理領(lǐng)域的應(yīng)用將面臨著前所未有的機(jī)遇，已有大量的醫(yī)療機(jī)構(gòu)在探索融合5G 的醫(yī)療設(shè)備管理新方案，這也代表了5G 技術(shù)在實(shí)踐中應(yīng)用的新方向。通過(guò)進(jìn)一步的深化和探索，5G 技術(shù)必將在未來(lái)醫(yī)療設(shè)備的全生命周期的使用與管理中發(fā)揮出更加顯著的成效，進(jìn)一步提高醫(yī)療設(shè)備在臨床使用的安全性和有效性。