物联网技术在医疗设备精细化管理中的应用——以内窥镜设备为例

孟令广，王元，刘东

郑州大学附属肿瘤医院 医学装备部，河南 郑州 450008

引言

内窥镜泛指经各种腔道进入人体内，用以观察人体内部组织形态的专用医学成像设备[1-2]。根据成像原理不同，内窥镜可分为硬管式内窥镜、纤维内窥镜、电子内窥镜、超声内窥镜等[3-4]。目前，电子内窥镜在临床应用中最为广泛，超声内窥镜系统是将电子内窥镜与高频超声换能器结合起来的新型医学装备，由于其诊断范围和诊断能力大大增强，在大型三级医院中的应用也越来越多[5-7]。随着早诊早治、癌症筛查的理念不断推进，医院配置内窥镜设备的数量不断增加，然而高端内窥镜设备的购置金额动辄百万元，合理对内窥镜设备进行经济效益单机核算和针对性精细化管理，促进该类设备合理配置及使用，成为医疗机构加强经济运营必须解决的问题。然而内窥镜设备管理普遍存在以下问题：① “重配置、轻管理”问题突出，盲目追求数量、档次，论证不充分，导致相关资产闲置[8-9]；② 设备主机及内镜数量、型号繁多，且两者并非一一对应关系，确定内镜使用效率及单机效益情况比较困难；③ 管理方式单一，缺乏信息化管理手段。

杨晓雁等[10]以12套内窥镜诊疗设备整体效益分析为基础，提出一些加强该类设备精细化管理的方法。姜义兵[11]通过建立可量化的设备综合指标考评体系，对内镜等设备经济效益进行综合定量分析。郭霜等[12]通过构建手术室硬式腔镜精细化管理模型，对其使用效益进行分析。尤超等[13]通过物联网技术，实现全院级医疗设备数据的信息化整合和使用。以上研究从不同维度阐述了加强医疗设备精细化管理的方法，均有值得借鉴之处，但对于应用物联网技术加强软式内窥镜设备管理的研究尚少。本文拟通过物联网平台建设，利用大数据挖掘技术，通过数据多维度分析，旨在提升内窥镜设备精细化管理水平，并逐步覆盖医院其他大型医疗设备，满足医院智慧管理分级评估标准体系的要求，提升设备使用效率，促进合理配置。

1 物联网管理平台设计

1.1 软件设计

本系统用Java语言开发，采用MVC的架构思想进行设计，应用SSM开源框架，系统支持跨平台、跨数据库。系统基于Java平台的J2EE技术体系，系统构建于B/S三层应用体系结构之上，采用Struts2、Hibernate3、和Spring2等国际流行和成熟的技术框架，使用JSP、Servlet、EJB、XML等编程技术和面向对象程序设计方法，将复杂的业务逻辑、流程控制逻辑和数据存取逻辑通过在不同的技术层面上实现，在应用服务器之上，实现业务逻辑的快速部署和灵活调整，充分保证数据库系统的安全可靠访问。物联网管理平台结构框图如图1所示。

图1 物联网管理平台结构框图

本系统通过接口开发，实现了管理平台与系统软件之间单向或双向的数据流动[14]，首先安装Oracle客户端，并配置TNS信息，其次配置ODBC连接信息，最后通过SQL Server配置连接对方数据库。如表1所示，实现医院信息系统（Hospital Information System，HIS）、医院资源规划（Hospital Resource Planning，HRP）和医学影像存档与通讯系统（Picture Archiving and Communication Systems，PACS）、体检系统、预约系统与物联网管理平台对接，收集设备收入数据、预约数据、维护费用、不可收费耗材费用、房屋折旧费用等基础信息，物联网管理平台融合上述系统的基础数据，实现信息资源整合。

表1 本院物联网管理平台相关接口系统明细

1.2 硬件设计

在内窥镜设备主机上加装数据采集器，从内窥镜设备视频输出端口增加一个分频器，实时采集设备工作站图像，利用图像识别技术对图像中文字信息进行识别和提取，将识别和提取的信息存储至服务器中。在本院8台奥林巴斯内窥镜主机上安装数据采集器，数据采集器如图2所示。

图2 数据采集器等硬件安装

1.3 整体设计思路

管理平台采用软、硬件结合的方式，基于采集装置采集原理及连接方式，实时采集医疗设备自身视频输出端口的视频信号，进行实时数据采集与分析，将采集数据以有线的方式上传至数据服务器，另外融合院内现有HIS、HRP等系统的基础数据，实现对医院医疗设备运行情况、使用效率、成本和效益、临床使用评价等方面的精细化管理，为医院全面评估医疗设备的使用情况提供依据，为采购医疗设备提供准确的评价数据。

2 系统重点功能

2.1 使用效率分析

2.1.1 首末工作时刻、设备实时状态

系统的信息采集终端可以对医疗设备的状况进行监控并发送到数据接收终端，记录设备首末工作时刻，并实时显示设备工作状态，工作状态的种类可以细分为以下4种：① 关机，没有接通电源；② 待机，开机但没有使用；③ 使用中，开机状态下正在使用；④ 离线，系统无法与设备保持连接。

2.1.2 设备使用率

设备使用率=实际使用时间/预期使用时间×100%。信息采集终端能够自动获取设备实际使用时长，内镜设备预期使用时长设定为8 h，可计算出设备使用率，该指标能够有效反馈设备是否闲置。根据设备使用率排名，能够客观反映医院对不同类型内窥镜设备的需求情况，指导院方合理配置设备。

2.1.3 内镜设备工作明细

数据采集器实时采集设备工作站图像，利用图像识别技术对图像中的文字信息进行识别和提取，通过识别内镜机身号（图3）详细分析和统计每台内窥镜的主机工作量、时长和单条内镜工作明细、时长，为内镜的配置管理提供精确科学的数据支持。并通过数据接口与院内系统进行对接，利用大数据分析方法，实现数据自动呈现。

图3 内窥镜设备使用状态（识别内镜机身号）

2.2 单机成本效益分析

内窥镜设备收益率=（收入-支出）/系统原值×100%，内窥镜设备单机成本效益核算有两个问题需要解决：① HIS只能统计到一类设备的共同收益情况，如本院有5台电子胃肠镜系统具有相同的收费项目，收益情况无法精确到单台设备；② 内窥镜系统原值应包含主机原值、内镜原值两部分，但主机及内镜数量、型号繁多，且两者并非一一对应关系，确定内窥镜系统原值比较困难。物联网管理平台基于信息采集终端模块利用图像识别技术，能够精确、动态掌握内镜每月在不同主机上的使用情况，根据其在不同主机上的使用频次不同，将收益按照比例进行分摊，能够获得单套内窥镜系统精确的收入数据。并根据内镜在不同主机上的使用频次，分摊其原值、折旧费用、维保费用，最终每月自动获取内窥镜诊疗设备的动态原值、动态折旧费用以及动态维保费用。另外，通过与HIS、预约系统、HRP系统对接，每月获取收入、门诊收入、人员费用、房屋折旧费用、不可收费耗材费用等，平台能够实现自动核算单台内窥镜设备单机效益情况。

2.3 决策支持模块

平台通过可视化展示模块实现对内窥镜设备使用率、单机效益、开关机时间、设备状态、检查时长、预约时长等的监控功能。系统能够获取医疗设备动态数据，宏观展示设备运行情况、效益数据、使用率的实时情况与决策报告分析，以全局视角提高医院内窥镜设备管理水平，提高医用设备配置的科学决策水平、安全管理和使用效率评价监管体系建设。

3 管理平台测试

管理平台自2021年9月底上线以来，运行良好，其各个模块界面图如图4～6所示。设备管理人员可查询内窥镜设备单机效益情况、内镜使用明细、内镜检查部位数、各患者检查间隔、内镜维保合同情况等信息。管理平台决策支持模块如图7所示。

图4 数据采集分析平台成本效益模块

图5 内窥镜设备效率分析模块

图6 内窥镜设备维护管理模块

图7 决策支持模块

4 应用效果

4.1 动态掌握内镜使用情况

将2021年11月人工统计的内窥镜设备诊疗人次和物联网管理平台获取的数据做独立样本t检验对比，见表2。物联网管理平台监测数据与人工统计诊疗人次没有显著性差异，P＞0.05，验证了系统的可靠性。

表2 2021年11月份人工统计诊疗人次和物联网管理平台获取数据对比表

内镜数量、型号繁多，布局分散，且与内窥镜设备主机不是一一对应关系，手工统计内镜在不同主机上的使用情况将耗费巨大人力、物力。本院物联网管理平台建成后，能够精确、动态掌握内镜检查开始时间、结束时间、耗时、内镜类型、使用主机等情况（图8）。

图8 内镜使用明细查询界面

精确、动态掌握内镜使用情况：① 对于使用频率较低的内镜，科室申请购置同类设备时，应加强论证、谨慎配置，避免资产浪费；② 使用频率低的内镜应加强管理，分析原因，尽量提高使用效率；③ 对于使用频率较高的内镜应加强预防性维护，制订科学合理的维保策略，减少故障率并降低维修成本。

4.2 实现内窥镜设备单机效益核算

2021年第4季度管理平台自动核算的内窥镜设备单机效益情况如表3所示。气管内镜系统年化收益率高达83.43%，投资回收期限1.2年。5套胃肠内镜系统效益率也较好，年化投资收益率为51.90%～64.75%，平均收益率达58.7%，平均投资回收期限1.7年。超声胃镜系统与普通胃肠内镜系统相比，效益率较低，为33.49%，投资回收期限3年。超声气管内镜系统投资收益率最低，年化收益率为-4.68%，2021年第4季度诊疗人次仅89人。

表3 2021年第4季度管理平台自动核算的内窥镜设备单机效益情况

如表4所示，将2021年第4季度物联网管理平台自动核算的年化收益率与本院人工核算结果做独立样本t检验对比，P=0.002＜0.01，证明两种核算方式存在显著性差异。其中，人工核算的投资年化收益率远高于管理平台结果，究其原因：① 内窥镜系统原值应包含主机原值、内镜原值两部分，但主机及内镜数量、型号繁多，且两者并非一一对应关系，确定内窥镜系统原值比较困难，本院以往人工计算方法是将主机原值作为内窥镜系统原值，未考虑内镜影响，导致人工核算的投资年化收益率偏高；② 本院以往人工核算方法预估的不可收费耗材支出、人员成本支出偏低，也导致了人工核算的投资年化收益率偏高。物联网管理平台建成后，极大提升了单机效益核算的精确度。

表4 2021年第4季度管理平台与人工核算的内窥镜设备年化收益率对比表

4.3 设备管理部门监管服务手段更丰富

通过态势感知驾驶舱可精确获取内窥镜诊疗设备开关机时间、设备实时运行状态、预约时长、日均工作时长等信息。设备管理部门可利用这些信息，提升自身服务能力与水平。当系统采集到异常状况时，对设备管理人员进行预警，减少故障处置时间，提升设备完好率。设备管理部门可以通过数据采集平台，分析内镜使用情况，实现远程盘点管理，改善现有固定资产管理模式。

如图9所示，数据采集分析平台每月自动出具医疗设备整改反馈表，对于使用效率不高、经济效益较差的医学装备，设备管理部门可以将医疗设备整改反馈表传达给使用科室，一起分析医疗设备使用效率不高、经济效益差的原因，提出整改措施，共同做好医疗设备运行管理工作。

图9 医疗设备整改反馈表

5 讨论

随着物联网技术在设备管理中的应用和发展，医院资产的精准管理得到越来越多的重视[15-16]。设备管理部门不再仅仅局限于资产保管和日常维护问题，对其使用情况、利用率、经济效益更加关注。由于内窥镜诊疗设备的数量、种类、型号繁多，且主机与内镜并非一一对应关系，统计内镜使用频率、时长非常困难。何欣怡[17]和方玲等[18]通过人工方式进行管理，缺少信息化手段，往往不能满足繁杂的数据记录要求，查询、追溯、提取数据需要付出较多的时间成本。本研究通过在内窥镜设备视频输出端口增加一个分频器，实时采集设备工作站图像，利用图像识别技术对图像中内镜机身号信息进行识别和提取，精确获取内镜使用频率、时长等数据，为内镜的配置管理提供精确、科学的数据支持。

另外，由于内窥镜设备原值应包括主机、内镜两方面的价值，但一条内镜可能会在多台主机上进行使用，很难确定整套内窥镜设备原值，导致单机效益核算精确度不高。杨晓雁等[10]和马祥等[19]以科室为对象，分析科室所有内窥镜诊疗设备的整体效益，整体效益无法反映单台设备的运行情况。本研究通过物联网管理平台的建设，能够精确、动态掌握内镜每月在不同主机上的使用情况，通过其在不同主机上的使用频次，分摊内镜原值、折旧费用、维保费用，最终每月自动获取内窥镜诊疗设备的动态原值、动态折旧费用以及动态维保费用，并通过与医院现有系统对接，自动核算内窥镜设备单机效益情况。对2021年第4季度本院8套内窥镜诊疗系统单机效益核算情况进行汇总、分析，本院电子胃肠内镜系统、电子支气管内镜系统使用效率高，经济效益较好，年化收益率均高于50%，投资回收期限低于2年。超声胃镜、超声支气管镜虽功能更加丰富，诊断能力大大增强，但是超声内镜系统原值较高且使用效率低，导致经济效益相对较差，超声支气管镜的年化经济收益率甚至为负值。因此在支持先进医学装备引进、提升医院诊疗能力的同时，应充分评估该装备使用范围、预期使用量及收益率，避免高端医疗设备闲置，造成资源浪费。

6 结论

基于物联网技术的内窥镜设备管理平台已在本院基本建成，能够动态掌握内镜使用情况、实现单机效益自动核算，为医院全面评估内镜主机、内镜的使用情况提供依据，为设备配置及维保方式提供决策支持。下一步医院将持续收集内窥镜诊疗设备的运行数据，对管理平台收集的大量数据进行深度分析与挖掘，详细分析内窥镜诊疗设备成本与利润来源，分析预测发展趋势，为医院领导层进行重大决策提供精确的数据支持。另外，医院计划将管理平台逐步覆盖至全院大型医疗设备，满足医院智慧管理分级评估标准体系的要求，提升医院管理精细化、智能化水平。