手術(shù)室高值耗材智能管理系統(tǒng)的開發(fā)

陳盛帆，黃建琪，高正

溫州醫(yī)科大學(xué)附屬眼視光醫(yī)院，溫州市，325000

0 引言

科技的發(fā)展，使得高新技術(shù)日新月異，層出不窮，也使得人們生活水平逐日提升。在醫(yī)療行業(yè)，人們也感受到了各種信息技術(shù)的革新給醫(yī)院和患者帶來的便捷。

物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)的出現(xiàn)使得很多不可能都已變成可能。物聯(lián)網(wǎng)通過對互聯(lián)網(wǎng)進行擴展，使得各種物品、設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的信息交換和通信，基于這一點，人們可以對物品、設(shè)備進行智能化識別[1]。另一方面，人工智能在醫(yī)療行業(yè)的研究和應(yīng)用也已經(jīng)越來越深入，這使得醫(yī)療服務(wù)變得越來越人性化以及智能化，人們的就診體驗以及醫(yī)療健康狀況得到了很大的提高與保障[2]。

在醫(yī)院，如何對高值醫(yī)用耗材進行高效、精準(zhǔn)并且安全的管理，一直是一個難題。尤其是手術(shù)室，其耗材的使用對患者的治療效果和手術(shù)結(jié)果起著至關(guān)重要的作用，任何一點疏漏都可能會引起嚴(yán)重的醫(yī)療事故[3]。2017年，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，強調(diào)應(yīng)充分利用人工智能的優(yōu)勢，開展精準(zhǔn)醫(yī)療并建立智能診療新模式[4]。在這樣的醫(yī)療背景與信息化背景之下，我們設(shè)計了一套基于物聯(lián)網(wǎng)與人工智能的手術(shù)室高值耗材智能管理系統(tǒng)，可以提高手術(shù)室高值耗材管理效率，減少醫(yī)護人員的工作量，節(jié)省人力成本。

1 系統(tǒng)需求分析

現(xiàn)階段醫(yī)用耗材技術(shù)創(chuàng)新不斷，耗材的種類和數(shù)量日益增長，醫(yī)院對其需求亦愈加龐大。醫(yī)用耗材在各醫(yī)院的醫(yī)療活動中起著越來越重要的作用[5-6]。然而，醫(yī)院手術(shù)室對于高值醫(yī)用耗材的管理正面臨著巨大壓力，傳統(tǒng)的手術(shù)室耗材管理模式已不能達到人們的管理要求。

首先，耗材庫存管理效率非常低下。從耗材的入庫到出庫，再到庫存盤點，傳統(tǒng)的方式都依賴于手工清點模式，這種模式需要消耗大量的時間與人力，并且容易出現(xiàn)差錯，導(dǎo)致成本核算不精確。

其次，無法進行耗材全流程追溯，增加了監(jiān)管的難度。傳統(tǒng)的管理模式下，手術(shù)室耗材沒有一個唯一的標(biāo)識，這使得人們無法精準(zhǔn)地追溯到申領(lǐng)者、使用者等信息，甚至有可能出現(xiàn)錯收費、漏收費等情況。在使用時的核對、清點等工作也容易出現(xiàn)差錯，安全性得不到保障，從而造成醫(yī)療事故[7]。

再次，耗材的配送精力耗費巨大。大型綜合醫(yī)院每日開展的手術(shù)量都非常大，這其中醫(yī)護人員要花費很大的時間與精力往返在庫房與各手術(shù)間的路上，頻繁的人員出入，既影響了手術(shù)室的運作效率，又增加了時間和人力成本的投入。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及相關(guān)技術(shù)

手術(shù)室高值耗材智能管理系統(tǒng)采用軟硬件相結(jié)合模式，硬件方面采用基于人工智能的智能配送機器人與基于物聯(lián)網(wǎng)的智能儲藏柜。系統(tǒng)整體為客戶端/服務(wù)器(Client/Server,C/S)結(jié)構(gòu)，后臺基于.Net Core 2.1開發(fā)框架，同時，為了降低系統(tǒng)耦合性，提高可用性，系統(tǒng)使用RabbitMQ作為中間件，并且采用Web Api為主的微服務(wù)架構(gòu)。另一方面，智能儲藏柜采用了基于物聯(lián)網(wǎng)的RFID電子標(biāo)簽技術(shù)，可以實現(xiàn)自動盤點等操作，基于ROS系統(tǒng)開發(fā)的智能機器人可以實現(xiàn)自動配送，系統(tǒng)整體架構(gòu)，如圖1所示。

智能儲藏柜采用六層組合柜模式，整體材質(zhì)為鋁合金，每個柜子內(nèi)都配備可活動的隔片，可以根據(jù)所放的耗材的大小靈活改變空間，柜子的高度可自由調(diào)節(jié)，這樣更符合耗材管理要求。每個柜子下方有一個顯示屏，用來顯示耗材名稱、實時庫存以及預(yù)警情況，這樣便可以直觀地看到耗材的整體情況。另外，通過RFID電子標(biāo)簽綁定儲藏柜中的耗材，通過掃描設(shè)備即可實現(xiàn)自動出入庫、自動盤點等功能，大大降低工作量。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)Fig.1 The architecture of system

智能機器人主要采用ROS自帶的導(dǎo)航程序包作為開發(fā)框架，擁有自動配送、自動充電等全局室內(nèi)導(dǎo)航功能，所支持的操作系統(tǒng)為Ubuntu Linux，通過Kinect傳感器與里程計，結(jié)合擴展卡爾曼濾波（extended Kalman filter，EFK）估計方法實現(xiàn)實時定位與地圖構(gòu)建，以及障礙物識別。機器人的架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 機器人架構(gòu)Fig.2 The architecture of robot

相關(guān)技術(shù)介紹如下：

（1）.Net Core

.Net Core最早由微軟在2016年發(fā)布，是目前最成熟、最現(xiàn)代化的完全免費的開發(fā)框架，與.Net Framework相比，它更輕量化、更靈活，擁有高可用、高性能等優(yōu)勢。另一方面，它應(yīng)用范圍很廣，適用于各種不同種類的應(yīng)用程序的構(gòu)建，如微服務(wù)、Web應(yīng)用等，既能支持Windows、Linux等操作系統(tǒng)，也能支持云應(yīng)用、移動應(yīng)用等多個平臺。因此，為了提高系統(tǒng)整體性能以及靈活性，同時為了降低開發(fā)人員開發(fā)難度，筆者采用.Net Core作為開發(fā)框架。

（2）RFID

RFID（radio frequency identification）是無線射頻技術(shù)，是一種利用無線電波技術(shù)，通過非接觸的方式讀取到物品上儲存信息的媒介（如電子標(biāo)簽），從而實現(xiàn)物與物之間通信的技術(shù)，具有高效、便捷、安全性高、應(yīng)用范圍廣等特點。因此，該技術(shù)對手術(shù)室內(nèi)的耗材庫存管理擁有非常高的適用性，可以很大程度上減少工作人員的工作量。

（3）ROS

ROS（robot operating syetem）就是機器人操作系統(tǒng)，在機器人研發(fā)領(lǐng)域是一個非常重要而強大的軟件架構(gòu)，內(nèi)部包含了大部分機器人研發(fā)中可能用到的基礎(chǔ)功能，如傳感、定位、導(dǎo)航等等，ROS的出現(xiàn)主要就是為了在一定程度上降低機器人研發(fā)難度，提高代碼復(fù)用率，從而提高機器人研發(fā)效率。

3 系統(tǒng)的主要功能

手術(shù)室耗材智能管理解決方案的主要分為手術(shù)室耗材管理系統(tǒng)、智能儲藏柜和智能配送機器人，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The function structure of system

整體運轉(zhuǎn)流程，如圖4所示。首先耗材從醫(yī)院設(shè)備科統(tǒng)一調(diào)撥入庫到手術(shù)室二級庫，并存放在智能儲藏柜中，接著通過智能配送機器人將耗材運輸?shù)綄?yīng)的手術(shù)間，并將多余的耗材送回，最后系統(tǒng)根據(jù)耗材使用記錄生成對應(yīng)的收費信息傳到HIS進行收費。

圖4 系統(tǒng)整體運轉(zhuǎn)流程圖Fig.4 The flow diagram of system

3.1 智能庫存管理

系統(tǒng)實現(xiàn)智能庫存管理的核心就是智能儲藏柜。利用RFID識別技術(shù)，對柜內(nèi)的高值耗材做到自動及實時感應(yīng)，通過這一特點可以實時知道柜內(nèi)高值耗材的庫存情況，進而實現(xiàn)自動盤點功能。同時，當(dāng)柜內(nèi)庫存產(chǎn)生變更時，系統(tǒng)會自動記錄庫存變更的耗材的數(shù)量、品種、規(guī)格等信息，從而生成對應(yīng)的入庫單或者出庫單。另外，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)置的效期信息和庫存上下限信息，進行實時的效期預(yù)警和庫存預(yù)警，并將預(yù)警信息顯示在對應(yīng)位置的顯示屏上，這樣便可以直觀地看到報警的具體位置和耗材。最后，系統(tǒng)可以根據(jù)一物一碼的原則，對耗材的全流程進行追溯，真正實現(xiàn)了手術(shù)室耗材精細化管理。

3.2 智能配件管理

系統(tǒng)采用的智能配件有智能儲藏柜和智能配送機器人，兩者都擁有人臉識別、指紋識別等用戶鑒權(quán)的功能，大大提高了系統(tǒng)和耗材的安全性。智能配送機器人通過室內(nèi)導(dǎo)航功能可以到達一個封閉空間內(nèi)的任何地方，并且可以做到自動避開動態(tài)或靜態(tài)的障礙物，基于這兩點可以實現(xiàn)機器人的自動配送，將指定物品送到對應(yīng)的地點。因此，系統(tǒng)通過各手術(shù)間登記的耗材申領(lǐng)需求，對機器人進行調(diào)度，可以實現(xiàn)耗材自動配送到對應(yīng)的手術(shù)間。

3.3 使用管理

各手術(shù)間在使用高值耗材之前都會清點一遍清單，清點無誤后便會出現(xiàn)在主刀醫(yī)生的當(dāng)日手術(shù)患者列表中，將對應(yīng)批次的耗材與患者建立關(guān)聯(lián)，同時系統(tǒng)減去相應(yīng)的庫存，并生成耗材的使用記錄。另一方面，根據(jù)耗材名稱、批號、批次等信息，或者根據(jù)使用日期、使用醫(yī)生、患者姓名等條件，可以查到耗材的使用記錄和收費情況，并檢查有無耗材錯收、漏收等情況。

3.4 報表管理

系統(tǒng)可以查詢耗材的出入庫報表、使用報表、庫存報表以及預(yù)警報表，并將結(jié)果導(dǎo)出，以此來對耗材的庫存情況和使用情況進行核對和統(tǒng)計。

3.5 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)可以對用戶的賬號和權(quán)限進行管理，并且對用戶的人臉和指紋進行錄入，以此來使得儲藏柜和機器人可以進行人臉識別和指紋識別。另外可以對耗材的基本信息進行維護，并根據(jù)不同手術(shù)方式進行耗材套餐的設(shè)置。

4 應(yīng)用效果

（1）效率更高：在庫存管理方面，手術(shù)室護士無需進行手工清點與手工錄入，系統(tǒng)會自動清點并生成對應(yīng)出入庫記錄，快速且準(zhǔn)確率高，避免了手工模式容易出錯的問題。

（2）成本更低：系統(tǒng)可以進行自動盤點，且對近效期的耗材及庫存不夠的耗材進行實時預(yù)警，在耗材的配送方面實現(xiàn)自動配送，這大大降低了手術(shù)室護士的工作量，提高了耗材運轉(zhuǎn)的效率，節(jié)省了人力成本與管理成本。

（3）安全性更高：通過一物一碼的原則，加上指紋識別與人臉識別，使得耗材管理上更加安全，并且減少了耗材領(lǐng)用出錯的概率，大大提高了醫(yī)療安全。

5 結(jié)論

結(jié)合人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)了一套適合醫(yī)院使用的手術(shù)室高值耗材管理系統(tǒng)，提高了手術(shù)室高值耗材運轉(zhuǎn)的效率，節(jié)省了醫(yī)院人力成本和管理成本，并提高了手術(shù)室高值耗材以及手術(shù)室醫(yī)療的安全性。