基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備調(diào)配系統(tǒng)

王玉寶，李濤

臨沂市人民醫(yī)院設(shè)備與醫(yī)學(xué)工程部 （山東臨沂 276003）

應(yīng)急儲備設(shè)備是醫(yī)療支持體系的重要構(gòu)成部分，包括呼吸機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、微量泵、心電監(jiān)護(hù)儀、除顫儀、心電圖機(jī)、負(fù)壓吸引器等。臨床醫(yī)療的持續(xù)安全有效運(yùn)行離不開醫(yī)療設(shè)備特別是應(yīng)急儲備設(shè)備的支持，且醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用和疾病診斷與療效密切相關(guān)[1-3]。目前，醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備調(diào)配現(xiàn)狀為：（1）醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備被借出后閑置，導(dǎo)致有需要的科室無法調(diào)用；（2）設(shè)備使用情況無法實(shí)時(shí)反饋，需要大量人力進(jìn)行設(shè)備追蹤；（3）設(shè)備使用時(shí)長無法統(tǒng)計(jì)，無法獲得準(zhǔn)確的設(shè)備生命周期數(shù)據(jù)；（4）隨著可調(diào)配設(shè)備種類及數(shù)量的增加，手工登記、統(tǒng)計(jì)、核算等方式已經(jīng)無法滿足臨床需求。

一套基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療設(shè)備調(diào)配管理系統(tǒng)有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備調(diào)配無紙化、透明化[4]，并可對監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)等生命支持類應(yīng)急設(shè)備的使用情況進(jìn)行監(jiān)測管理。醫(yī)院通過分析監(jiān)測結(jié)果，可要求借用率高的科室采購相應(yīng)的設(shè)備，優(yōu)化各科室醫(yī)療設(shè)備的配置，提高生命支持類設(shè)備的使用安全和使用效率，進(jìn)而為臨床科室提供可靠應(yīng)急支持服務(wù)。

1 醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備調(diào)配系統(tǒng)的監(jiān)測原理

物聯(lián)網(wǎng)（internet of things，IoT）是指物物相連的互聯(lián)網(wǎng)[5-6]?；谡瓗锫?lián)網(wǎng)（narrow band internet of things，NBIoT）技術(shù)的醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備調(diào)配系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)臨床科室從設(shè)備科掃碼借、還設(shè)備；設(shè)備借出后，設(shè)備科工作人員通過后臺遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備通電狀態(tài)，并能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測設(shè)備的開關(guān)機(jī)時(shí)間，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將相關(guān)設(shè)備使用數(shù)據(jù)傳輸至后臺服務(wù)器，避免設(shè)備閑置；同時(shí)，該系統(tǒng)在設(shè)備借出時(shí)可設(shè)定借出時(shí)長（天數(shù)），到期前短信或微信提示歸還；該系統(tǒng)可統(tǒng)計(jì)每個(gè)科室/借出人的借用次數(shù)和設(shè)備使用率、超期費(fèi)用等數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而提高設(shè)備使用率。

2 醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備調(diào)配系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)原理

該系統(tǒng)整體分為3層結(jié)構(gòu)：（1）感知層，設(shè)備數(shù)據(jù)采集器將設(shè)備層的通電數(shù)據(jù)通過協(xié)議進(jìn)行采集傳輸至MCU；（2）傳送層，設(shè)備通電數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)協(xié)議將信息傳遞至物聯(lián)網(wǎng)平臺；（3）應(yīng)用層，通過以太網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，將歸類的數(shù)據(jù)傳輸至PC端的展示終端和移動(dòng)APP展示終端[7-9]。

3 醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備調(diào)配系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)原理

該系統(tǒng)硬件主要包含主控制芯片模塊、能源采集模塊、NBIoT 通信模塊，其他硬件為已經(jīng)成熟的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品如路由器、阿里云平臺[10-11]。該系統(tǒng)感知層硬件包括：（1）系統(tǒng)選用SMT32103C8T6為主控制芯片，開發(fā)語言為kiel C；（2）電流采集芯片選用HLW8032；（3）組網(wǎng)通信芯片采用中國移動(dòng)的NBIoT M5310；（4）系統(tǒng)配備1個(gè)離線存儲芯片，用于數(shù)據(jù)采集和儲存；（5）系統(tǒng)配備實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，準(zhǔn)確記錄設(shè)備使用的時(shí)間信息；（6）系統(tǒng)配備AC-DC電源模塊，在設(shè)備插入插座后，提供電源，并為鋰電池充電；（7）系統(tǒng)包含1個(gè)300 MA的鋰電池，為數(shù)據(jù)采集端提供電源支持。圖1為系統(tǒng)的感應(yīng)終端。

圖1 感應(yīng)終端

感應(yīng)終端主要是起到數(shù)據(jù)采集發(fā)送功能，其設(shè)計(jì)原理如下：當(dāng)設(shè)備插入220 V插座進(jìn)行使用時(shí)，AC-DC模塊給設(shè)備供電；同時(shí)，電流采集芯片檢測到有供電信號，通過串行口（Tx端）發(fā)送數(shù)據(jù)包至主控MCU；主控MCU通過算法，將電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)流，預(yù)存至外部存儲器，并根據(jù)通信狀況，將數(shù)據(jù)通過串口實(shí)時(shí)傳送至NBIoT模塊；NBIoT模塊通過中國移動(dòng)機(jī)基站轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至云端平臺。因此，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與發(fā)送過程是雙向的，可確保數(shù)據(jù)傳送成功與正確。該系統(tǒng)內(nèi)置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較準(zhǔn)，可記錄用電事件對應(yīng)的準(zhǔn)確時(shí)間點(diǎn)。

此外，為了能在用戶撥下插座斷電后也能將設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)發(fā)送至云端，該系統(tǒng)內(nèi)置了300 MA的鋰電池（類藍(lán)牙耳機(jī)用的電池），可在拔離插座后工作24 h以上；同時(shí)，主控MCU負(fù)責(zé)檢測電池使用量，發(fā)送剩余電流數(shù)據(jù)至云平臺，當(dāng)電量低至40%時(shí)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存至外部存儲器，分組發(fā)送，節(jié)省用電。

4 醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備調(diào)配系統(tǒng)的部分電路原理

應(yīng)用電路采用SSOP16封裝，可以在3.3 V和5.0 V兩種電源下工作，可選UART或SPI輸出方式，最小測量電流4 mA。該電路具有A和B兩路通道：B通道通過電流互感器對負(fù)載設(shè)備進(jìn)行漏電檢測，當(dāng)負(fù)載設(shè)備發(fā)生漏電時(shí)，會(huì)及時(shí)判斷出危險(xiǎn)狀態(tài)，通過INT2快速切斷設(shè)備電源；A通道用于檢測負(fù)載設(shè)備的功率、電壓、電流和用電量，通過UART或SPI接口傳輸數(shù)據(jù)至MCU，通過INT1引腳對過載和過壓等異常狀態(tài)進(jìn)行指示。有關(guān)電流感應(yīng)的電路原理見圖2。

圖2 電流互感電路原理

5 醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備調(diào)配系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件部分包含云端系統(tǒng)搭建、數(shù)據(jù)庫平臺、WEB平臺終端設(shè)計(jì)、手機(jī)平臺終端APP設(shè)計(jì)，其數(shù)據(jù)庫采用阿里云平臺，部署SQL2000數(shù)據(jù)庫服務(wù)，采用NBIoT 實(shí)時(shí)推送技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。該系統(tǒng)的主要功能見表1。

6 小結(jié)

醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備調(diào)配系統(tǒng)采用NBIoT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備的智能識別、定位、跟蹤、監(jiān)控、管理，可提高醫(yī)用應(yīng)急儲備設(shè)備的管理水平和使用率，提升醫(yī)療設(shè)備的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入醫(yī)療設(shè)備管理中，可確保醫(yī)療設(shè)備使用的安全性和有效性，進(jìn)而有效提高醫(yī)療水平[12]；通過借助云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)構(gòu)建的整合平臺和解決方案，將推動(dòng)醫(yī)院全流程、全數(shù)據(jù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智慧醫(yī)院建設(shè)。

表1 醫(yī)院應(yīng)急儲備設(shè)備調(diào)配系統(tǒng)詳細(xì)功能