基于物联网的医疗设备使用评价系统的设计与应用

贺佳彦，陈丽，杨永，陈郁韩，刘婷（通信作者）

南通大学附属医院 （江苏南通 226001）

随着科学技术的快速发展及经济水平的持续提高，人们的健康需求不断提升，我国医疗资源投入也随之逐年增长。医疗设备作为诊断及治疗、科学研究、教学实验的重要工具，在医疗机构固定资产中的占比逐年上升；而且其是现代化医学技术水平的重要标志。尤其在“健康中国2030”重大战略背景下，医院高质量发展和精细化管理是必然发展趋势，作为其中重要环节的医疗设备的使用效益分析和绩效评价工作的开展势在必行[1-4]。

1 医疗设备的使用评价现状

近年来，虽然医疗机构的医疗设备配置及使用评价工作在各级政府相关部门发布政策、措施的推动下取得了积极进展，尤其在购置论证、共享平台建立、效益分析等方面进行了积极的尝试和探索，但与需求仍有差距。

1.1 设备数量多，使用评价难以全面覆盖

以南通大学附属医院为例，截止到2022 年底共有21 409 台医疗设备，约10.2 亿元，数量多、固定资产占比高。而目前医院在医疗设备的可靠性、安全性、效率等方面的使用评价缺乏整体的统筹规划，受到于人力资源、信息化建设的限制而使院内评价覆盖面有限。

1.2 院内涉及面广，使用评价难度大

医疗设备使用涉及试剂、耗材、药品、危化品、易损件等，其管理涉及医疗、护理、门诊、财务、信息中心等部门，因信息量大、数据维度多、需多学科背景人员共同参与及多部门协同管理，导致数据难以被及时获取、评价难度大。

1.3 信息化建设水平低，全面评价困难

医疗机构的信息化建设还处于发展阶段，在缺乏数字化技术支撑的情况下，难以保证医疗设备的安全和质量管理。（1）质量安全方面：医疗设备的质量控制、维修维护多处于被动管理状态。多数情况下，工程师难以及时获取设备实际运行时的参数状态。只有在设备发生故障后临床使用人员才会通知工程师进行紧急检修，工程师无法对风险故障无法做到前瞻性判断和提前干预。医院难以监管临床操作人员使用设备的合理性、规范性[5]。（2）日常管理方面：医疗设备信息化管理程度不高，设备调配困难，资源共享程度低[6]；部分设备配置的高端应用功能未得到完全开发利用[7]，甚至设备长期闲置造成资源浪费；一些可移动设备流动性大、位置不固定，资产盘点困难[8-9]。（3）成本管控方面：医疗设备的使用记录与收费条目无法做到准确匹配，漏收费情况时有发生[10]。（4）评价决策方面：医疗机构固定资产管理部门在进行成本效益分析时缺乏准确数据，大型仪器设备的效益评价常流于形式，综合效益评价或绩效考核难以落实[11]。此外，设备购置申请的决策缺乏量化数据，尚未实现科学配置[12]。

1.4 信息系统互不兼容，标准化数据难获取

目前，国内外医疗设备的数据采集尚无统一方式，跨厂商的设备连接、运行日志数据的采集与传输受制于无标准接口协议[13]，信息无法统一显示。部分医疗设备的连接依靠设备厂商免费提供的软件系统，但只能实现自身设备的封闭式管理。一部分医院虽在原有远程维护服务系统的基础上自设物联网节点，能够采集到核心部件参数等少量日志数据，但仍存在采集日志数据量少、不同品牌及型号设备数据采集的标准化程度低等问题。此外，许多连接到内部网络的医疗设备须接入互联网，存在严重的数据安全隐患[14-16]。

2 基于物联网的医疗设备使用评价系统设计

医疗设备的安全、有效使用直接关系到医疗质量安全和人民群众身体健康。 根据《大型医用设备配置与使用管理办法》[17]、《国家三级公立医院绩效考核操作手册（2023）版》[18]、《事业单位国有资产管理暂行办法》等[19]国家管理要求及参考大量相关文献，南通大学附属医院制定了符合医院实际需求的医疗设备绩效考核管理的重要数据指标和管理模式。

2.1 系统需求分析

首先，用户可查看单台设备的运行情况，如开机时长、检查人次、日报表、月报表、年度报表，选定时间段内工作量统计；可对多台设备同时进行对比、量化分析；大型设备关键部件有风险预警功能，对如CT 球管的曝光次数、曝光时长、磁共振的液氦压力、冷头温度等关键的监测设备质控参数进行监控。其次，设备检查人次和检查部位可以匹配财务收费数据和固定资产设备折旧金额，可对维保费用、人员成本、管理投入进行运营分析，对收费存疑有提示功能。最后，电脑屏幕上或后台控制中心可直观显示关键数据。

2.2 系统功能设计

随着物联网技术的发展及智慧医院的兴起，物联网技术在医疗行业的应用范围不断加大，通过连接设备采集设备产生的真实数据并进行汇总、分析，实现信息共享，在不改变设备原有用途前提下进行优化，利用数据产生效益。本系统通过物联网技术，采集医疗设备的运行日志、使用状态及使用数据，存储于Mongo DB 数据库中，依托医院信息化平台建设覆盖全院区的医疗设备智慧物联平台，实现对设备运行动态的全数字化还原，全面监测设备运行状况，对异常状态实时预警、动态分析，建立医疗设备运营数据库，并与院内系统（如RIS/PACS/HRP/财务等）数据对接，实现单台设备运行数据的融合，且确保数据采集、数据解析、数据分析全过程的安全性、高效性和完整性。

根据本系统的需求设计详细的功能清单，主要分为设备质量控制、运营管理、效益分析和数据报告、显示大屏5 个功能模块，支撑整个设备使用评价需求，如图1 所示。

图1 系统功能模块图

2.3 系统总体设计

医疗设备使用评价系统总体设计分为数据采集部分、数据传输解析部分和应用显示部分。数据采集部分主要通过数据网口和电流标签完成对设备进行各项数据信息的采集，并实时进行存储。数据传输解析部分将采集到的数据进行融合，使异构数据标准化、结构化，再进行后续分析处理。应用显示部分为不同职能部门提供关键数据和图表，如实时远程参数监测、设备运行使用动态、效益分析、漏费监测、运营报表等应用。系统总体设计如图2 所示。

图2 医疗设备使用评价系统总体设计图

该系统采用边缘计算架构，计算任务由本地化部署的数据结构化分析节点完成，见图3。为提供更快的网络响应，本系统的计算、存储、应用、通信等组件全部本地化部署，全程数据存储在本地数据库，数据库提供本地多机备份，确保医院数据的信息安全。

图3 IOT 网关的整体架构图

物联网采集节点②，从需采集设备①获取设备日志，发送到结构化分析服务③，分析后数据推送到结果存储④，由用户接口服务⑤向终端提供展示。结构化分析服务在分析前通过医院预设安全网闸12 及医院机房DMZ 区域的前置机11 发出模型请求连接⑧，从云端获取运算模型更新。从信息安全设计角度，该模型下发属边缘端pull 方式，不进行主动push，也即边缘端不监听公网IP 及任何端口。模型持续优化单元⑦，通过公有计算服务的统计结果，持续地对运算模型进行优化，当下一次⑧建立连接，本地结构化分析服务③将更新运算模型，提供更加精确和可靠的分析结果。计算所需的数据分析模型由本地节点向云端请求，云端响应请求后，针对分析节点的工作目标进行动态下发。数据计算模型不断动态更新、迭代改进，提供结构化分析服务，且服务过程不间断。

3 系统应用效果

3.1 应用情况

目前，南通大学附属医院医疗设备使用评价系统已接入14 台大型影像设备。在日工作量界面可选择设备的类别及需查看的设备，选定日期后显示反映工作量的甘特图、开关机时间、某一时段设备的工作效率，其主要统计参数有检查人数、检查时长、间隔时长等，还有单台设备工作量、单次扫描部位、单次扫描方法/序列逐项分析统计。以上功能可全面评价医疗设备的使用效能。

风险预警是设备质量控制的重要环节。风险预警界面24 h 实时远程监控设备运行状态、在线状态，且有风险异常（如CT 球管打火、MRI 压缩机异常等）实时提醒。系统校验主要实现采集、分析联网设备的单次扫描操作数据，自动完成RIS/PACS 系统数据比较，定期生成医嘱校验清单，标注异常扫描情况。未登记或重复操作的存疑项目如图4 所示，在A 区域选择查看时间段，B 区域显示每日的扫查人数，数量存疑的数据系统自动标注为红色，C 区域反映整体存疑情况，并用饼状图显示存疑比例，D 区域反映具体的存疑信息。

图4 医疗设备校验汇总界面

医疗设备中央监测管理平台集中显示全院连入系统的医用设备工作及健康状态如图5 所示。管理界面以图表为主，直观显示了设备的工作量与运营趋势、全院设备的运行状态、设备的预警运维质量管理数据、各品类设备使用效率实时动态呈现，重点设备的核心部件质控参数实时监测，实现了动态监测与数字化管理。

图5 医疗设备中央监测管理界面

3.2 系统应用价值

第一，提高医疗设备使用效率，缩短患者预约等候时间。以MRI 为例，该系统对连接的每台MRI设备的每项检查部位、方法、序列、线圈进行全面分析，指导影像科室优化管理策略，从人员排班、患者排队到设备检查分配进行动态调整，在缩短患者检查等候时间的同时全面提高设备单位时间效益。

第二，提高医疗设备精益化管理水平，提升整体运维质量。该系统借助信息化手段真实反映医疗设备使用情况及单机效益，建立量化可追溯的医疗设备质量控制体系，从决策面更合理地调控各项资源配置，提升医院的精细化管理水平。同时，其定期生成医嘱校验清单、标注异常扫描详情、对科室人员进行量化绩效考核，以提高资源利用率与医疗服务标准化。

第三，指导预防性维护，提高设备使用安全。该系统对设备整体运行做科学合理的健康评估，对可能存在的问题进行相关风险提示，方便临床工程师第一时间进行设备的预防性维护，有效预防设备故障的产生，提高设备的使用寿命和使用安全，从而全面提升医疗设备的维修和管理效率。

第四、实现医疗设备互联互通，助力智慧化医院建设。医疗设备的智慧管理需与医院管理信息系统（hospital information system，HIS）、放射科信息系统（radiology information system，RIS）、影像存储与传输系统（picture archiving and communication system，PACS）等系统连接，实现设备数据的自动采集及数据与运行分析程序自动接口，形成设备运营中心数据库，为医工结合临床的管理创新研究提供技术与数据平台支撑。

4 结语

医疗设备使用评价系统仍处于研究和起步阶段，由于医院医疗设备管理和绩效考核的特殊性，还有诸多问题需要思考与探索，相关功能需要不断完善，如医疗设备的全生命周期管理及共享平台等。随着此系统的不断完善将有效提高设备使用效率，缩短患者等候时间，提升医院综合服务能力和质量，促进医疗行业进一步发展。