基于窄带物联网技术的医院应急储备设备调配系统

王玉宝，李涛

临沂市人民医院设备与医学工程部 （山东临沂 276003）

应急储备设备是医疗支持体系的重要构成部分，包括呼吸机、监护仪、微量泵、心电监护仪、除颤仪、心电图机、负压吸引器等。临床医疗的持续安全有效运行离不开医疗设备特别是应急储备设备的支持，且医疗设备的应用和疾病诊断与疗效密切相关[1-3]。目前，医院应急储备设备调配现状为：（1）医院应急储备设备被借出后闲置，导致有需要的科室无法调用；（2）设备使用情况无法实时反馈，需要大量人力进行设备追踪；（3）设备使用时长无法统计，无法获得准确的设备生命周期数据；（4）随着可调配设备种类及数量的增加，手工登记、统计、核算等方式已经无法满足临床需求。

一套基于物联网的医疗设备调配管理系统有利于实现设备调配无纸化、透明化[4]，并可对监护仪、呼吸机等生命支持类应急设备的使用情况进行监测管理。医院通过分析监测结果，可要求借用率高的科室采购相应的设备，优化各科室医疗设备的配置，提高生命支持类设备的使用安全和使用效率，进而为临床科室提供可靠应急支持服务。

1 医院应急储备设备调配系统的监测原理

物联网（internet of things，IoT）是指物物相连的互联网[5-6]。基于窄带物联网（narrow band internet of things，NBIoT）技术的医院应急储备设备调配系统能够实现临床科室从设备科扫码借、还设备；设备借出后，设备科工作人员通过后台远程监测设备通电状态，并能够实时监测设备的开关机时间，借助物联网技术将相关设备使用数据传输至后台服务器，避免设备闲置；同时，该系统在设备借出时可设定借出时长（天数），到期前短信或微信提示归还；该系统可统计每个科室/借出人的借用次数和设备使用率、超期费用等数据信息，进而提高设备使用率。

2 医院应急储备设备调配系统的整体结构原理

该系统整体分为3层结构：（1）感知层，设备数据采集器将设备层的通电数据通过协议进行采集传输至MCU；（2）传送层，设备通电数据通过局域网或广域网协议将信息传递至物联网平台；（3）应用层，通过以太网或移动网络传输协议，将归类的数据传输至PC端的展示终端和移动APP展示终端[7-9]。

3 医院应急储备设备调配系统的硬件电路设计原理

该系统硬件主要包含主控制芯片模块、能源采集模块、NBIoT 通信模块，其他硬件为已经成熟的物联网产品如路由器、阿里云平台[10-11]。该系统感知层硬件包括：（1）系统选用SMT32103C8T6为主控制芯片，开发语言为kiel C；（2）电流采集芯片选用HLW8032；（3）组网通信芯片采用中国移动的NBIoT M5310；（4）系统配备1个离线存储芯片，用于数据采集和储存；（5）系统配备实时时钟模块，准确记录设备使用的时间信息；（6）系统配备AC-DC电源模块，在设备插入插座后，提供电源，并为锂电池充电；（7）系统包含1个300 MA的锂电池，为数据采集端提供电源支持。图1为系统的感应终端。

图1 感应终端

感应终端主要是起到数据采集发送功能，其设计原理如下：当设备插入220 V插座进行使用时，AC-DC模块给设备供电；同时，电流采集芯片检测到有供电信号，通过串行口（Tx端）发送数据包至主控MCU；主控MCU通过算法，将电流信号转换成数据流，预存至外部存储器，并根据通信状况，将数据通过串口实时传送至NBIoT模块；NBIoT模块通过中国移动机基站转发数据至云端平台。因此，该系统的数据处理与发送过程是双向的，可确保数据传送成功与正确。该系统内置的实时时钟通过网络进行较准，可记录用电事件对应的准确时间点。

此外，为了能在用户拨下插座断电后也能将设备的实际状态发送至云端，该系统内置了300 MA的锂电池（类蓝牙耳机用的电池），可在拔离插座后工作24 h以上；同时，主控MCU负责检测电池使用量，发送剩余电流数据至云平台，当电量低至40%时，将实时数据存至外部存储器，分组发送，节省用电。

4 医院应急储备设备调配系统的部分电路原理

应用电路采用SSOP16封装，可以在3.3 V和5.0 V两种电源下工作，可选UART或SPI输出方式，最小测量电流4 mA。该电路具有A和B两路通道：B通道通过电流互感器对负载设备进行漏电检测，当负载设备发生漏电时，会及时判断出危险状态，通过INT2快速切断设备电源；A通道用于检测负载设备的功率、电压、电流和用电量，通过UART或SPI接口传输数据至MCU，通过INT1引脚对过载和过压等异常状态进行指示。有关电流感应的电路原理见图2。

图2 电流互感电路原理

5 医院应急储备设备调配系统的软件设计

该系统软件部分包含云端系统搭建、数据库平台、WEB平台终端设计、手机平台终端APP设计，其数据库采用阿里云平台，部署SQL2000数据库服务，采用NBIoT 实时推送技术，实现数据实时同步。该系统的主要功能见表1。

6 小结

医院应急储备设备调配系统采用NBIoT技术，实现医院应急储备设备的智能识别、定位、跟踪、监控、管理，可提高医用应急储备设备的管理水平和使用率，提升医疗设备的社会效益和经济效益；将物联网技术融入医疗设备管理中，可确保医疗设备使用的安全性和有效性，进而有效提高医疗水平[12]；通过借助云计算、物联网、大数据等新兴技术构建的整合平台和解决方案，将推动医院全流程、全数据的数字化转型和智慧医院建设。

表1 医院应急储备设备调配系统详细功能