电气工程及其自动化在医疗设备维修中的应用探讨

佟 林

（唐山市人民医院）

0 引言

当代医疗领域日益依赖先进的技术来提供高质量的医疗服务，其中电气工程及其自动化技术在医疗设备维修中扮演着至关重要的角色［1］。随着医疗设备的复杂化和多样化，维修变得更加挑战性，因此寻找创新的方法来加速故障诊断、提高维修效率以及降低设备损坏的风险显得尤为迫切［2］。本文旨在探讨电气工程及其自动化在医疗设备维修中的应用，从而揭示其在改进医疗保健体系中的潜力。

1 相关概述

1.1 电气工程及其自动化概述

电气工程及其自动化是一门涉及电力电子技术，计算机技术，电机电器技术，信息与网络控制技术，机电一体化技术等诸多领域的综合性学科［3］。运用各种科学原理和工程方法，解决了电气设备和系统的设计、制造、运行、维护和优化等问题。其主要特点是强弱电结合，机电结合，软硬件结合，电工技术与电子技术相结合，元件与系统相结合。电气工程涵盖电路理论、电力系统和电子学等内容［4］。电路理论深入探讨了电路元件的行为和电路的分析，为医疗设备故障诊断提供了基础。电力系统工程涉及电力的生成、传输和分配，为医疗机构提供了稳定的电力供应。电子学和数字电路则构成了医疗设备中的电子元件和数字控制系统。在自动化方面，控制系统理论帮助理解和设计自动化控制系统，实现对医疗设备的精确控制。传感器和执行器在设备监测和控制中支持数据的采集和反馈。可编程逻辑控制器（PLC）和微控制器用于实现设备的自动化逻辑和控制。

1.2 医疗设备维修中常见的问题

现代医疗设备的复杂性日益增加，涵盖了从高精度的医学成像设备到生命维持装置的多个领域。这些设备不仅需要在临床环境中保持高度稳定性和精确性，还需要迅速故障诊断和及时维修，以确保患者的安全和诊疗质量。然而，维修医疗设备所需的专业化技能和知识却显得愈发稀缺。1）专业化人员缺乏的问题：医疗设备维修需要高度专业化的人员，精通电气工程、自动化控制和医学技术。然而，专业化人员的供给却严重不足，导致医疗机构在维修与管理中面临严峻挑战。由于医疗设备的复杂性，缺乏专业技能的人员难以准确诊断故障，维修过程常常耗时长且困难重重。这不仅增加了维修成本，还可能导致设备故障和隐患得不到及时妥善处理，对患者和医疗诊疗产生负面影响。2）信息化管理水平低的问题：现代医疗设备维修依赖于实时监测和动态分析，然而，许多医疗机构的信息化管理水平仍然较低。缺乏有效的信息化系统使得设备运行数据难以实时获取和分析，导致故障预防和维修效率受限。无法追踪记录和管控故障情况，进一步加大了维修的难度和风险。

2 电气工程及其自动化在医疗设备维修中的应用优势

2.1 快速而精准的故障诊断

电气工程及其自动化技术通过各种传感器、仪器和软件，对医疗设备的电气参数进行实时监测和分析，实现快速而精准的故障诊断。通过在医疗设备上布置传感器，获取设备运行时的电流、电压、温度、振动等信息。这些数据经过实时采集后，进入数据处理系统。在数据处理过程中，使用信号处理算法去除噪声，突出有用信息。然后，这些数据与预先建立的故障数据库进行比对，利用模式识别算法判断是否存在异常状态。这一过程可以实现对设备运行状态的实时监测，快速发现异常，进而定位故障原因和位置。例如图1 通过与智能化技术的结合，以及传感器等的科学应用，能实现对医疗设备运行状况和使用状况的实时监测和分析，实现对运行过程各种数据信息的及时采集，在医疗设备出现异常情况和故障问题的时候，及时发现和处理。

图1 一种医疗液体点滴自动控制系统

2.2 数据驱动的预防性维护

电气工程及其自动化技术能够基于数据的分析和建模，实现医疗设备的预防性维护。在医疗设备运行过程中，传感器会持续地采集运行数据。这些数据被送入数据处理系统，通过统计分析和机器学习等方法，建立设备的状态模型。通过对历史数据的分析，可以识别出设备在不同寿命阶段的特征，预测设备未来可能的故障风险。基于这些预测，维修团队可以合理制定维护计划，将维护工作集中在真正需要的时候，避免了过度维护或未及时维护的情况，提高了维修的效率和质量，实现维修计划的优化和设备寿命的延长。

2.3 远程监控与维护

电气工程及其自动化技术允许医疗设备实现远程监控与维护，这在提高维修效率、降低成本、实现跨地域协作方面具有优势。借助网络通信技术，医疗设备可以将实时数据传输至远程服务器。维修人员通过互联网访问这些数据，实时监控设备状态。在发生故障或异常时，远程监控系统会自动发送警报，维修团队可以根据警报内容判断是否需要进行进一步的维护。此外，远程维护还可以实现远程控制和调试，一些常见问题可以远程解决，从而避免了不必要的现场维修。

3 电气工程及其自动化在医疗设备维修中的应用建议

3.1 优化医疗设备维修方案设计

为了应对医疗设备的高复杂性，建议将维修重点从单纯的故障处理转移到故障预防和定期维护上。通过电气工程及其自动化技术中的数据收集和分析实现。设备的各项运行参数，如电流、电压、温度等，可以实时被传感器监测并记录。系统对这些数据进行分析，通过比对历史数据来识别出异常情况，进而预测潜在的故障风险。基于这些预测，维修团队可以制定定期维护策略，定期检查和维护可能出现问题的部件，以防患于未然。智能传感器和实时数据监控允许设备实时地向维修团队传递运行状况信息。一旦设备出现异常或故障，系统通过比对实际数据与预设阈值来判断问题的性质。例如，电气参数的突变可能提示电源供给问题，温度异常可能指示部件损坏。维修团队可以根据这些信息迅速定位故障原因，采取适当措施，从而大大缩短故障诊断和处理的时间。

在医疗设备中，如X 射线机、核磁共振设备等，电气工程及其自动化技术可以应用在电力供给的自动化控制中。通过实时监测电力输入和输出情况，自动化控制系统可以对电力进行实时调整，以确保设备获得稳定的电力供应。这有助于降低电力波动对设备运行的影响，从而减少了因电力问题引起的故障风险。考虑将维护和预防控制单元纳入设备结构中。维护用设备单元应包括易于拆卸和更换的零部件，以便在需要维修时可以迅速更换，从而减少设备停机时间。预防控制单元则涵盖设备状态模型、预测算法等，用于识别潜在的故障风险。在维护团队获得这些信息后，他们可以采取相应的预防措施，以延长设备的使用寿命并减少维修次数。

3.2 终端控制系统软件设计

为了确保终端控制系统软件的高效运行，需要绘制详尽的运作逻辑图。表1 将清晰展示软件的运作过程和各个模块之间的关系。逻辑图不仅有助于程序员理解系统的逻辑架构，还能够为维修人员提供一个直观的操作界面。

表1 软件运作逻辑表

在设计和实施终端控制系统软件后，需要进行一段时间的实际运行和效果校验。这个阶段的目标是评估系统的性能和稳定性，以确保软件能够在实际医疗设备维修中取得良好的效果。经过某医院实际校验，本方案成功检测出了77 次医疗设备故障，准确率达到了100%。系统能够对所有故障进行自动诊断，准确率也达到了100%，没有出现误诊情况。这些结果表明，终端控制系统软件的设计和运作是非常成功的，能够在维修过程中提供高度准确的故障诊断和处理支持。

3.3 创新和优化医疗设备维修的方法

在不断发展的电气工程及其自动化技术中，创新和优化医疗设备维修方法显得至关重要。这些方法将极大地促进医疗设备维修工作的智能化，从而提高管理效率和维修质量。以下是几个关键方法，可以推动电气工程及其自动化在医疗设备维修中的应用，实现维修工作的智能化水平的持续提升。

（1）提升医院信息化和智能化建设水平：为确保医疗设备的信息化管理和智能化监测维护，医院需要加强信息技术的应用。建立综合信息平台，将医疗设备的运行状态、维修记录、保养计划等数据进行集中管理。同时，引入智能传感器等技术，可以实时监测设备运行状态，提前预警潜在的故障风险，有效减轻维修压力。

（2）应用ICT 测试仪：引入先进的ICT 测试仪在医疗设备维修中具有重要作用。这些测试仪能够高效地检测设备的电路连接、元器件故障等问题，为维修人员提供精准的问题定位。此外，ICT 测试仪还能够实时采集医疗设备的性能数据，为维修决策提供可靠依据，从而加速维修流程，降低维修成本。

（3）开发RCM 维修软件： 针对大型医疗设备，开发专用的RCM（Reliability-Centered Maintenance）维修软件是另一项创新方法。这些软件根据设备特点和使用情况，制定个性化的维修策略和计划。通过对设备寿命的预测分析，实现合理的预防性维修，延长设备寿命，减少维修成本。

3.4 加强医疗设备维修人员的培训

随着电气工程及其自动化技术的不断进步，医疗设备维修人员需要学习并适应新的维修方法和工具。定期组织针对新技术的培训课程，让维修人员了解最新的设备维修趋势和应用案例，掌握先进的维修技能。而且，医疗设备种类繁多，每种设备都有其独特的工作原理和维修要点。因此，维修人员需要深入了解各种医疗设备的特点，包括其电气结构、控制逻辑、传感器应用等。针对不同设备类型，开设专业化的培训课程，培养维修人员对设备的深入理解。通过模拟故障情况、案例分析等形式进行。培训可以涵盖常见故障类型和解决方法，帮助维修人员迅速定位问题并采取有效措施。同时，医疗设备维修涉及多个学科领域，包括电气工程、医学、计算机等。维修人员需要具备跨学科的知识，以更好地理解医疗设备的运行机制和维修需求。组织跨学科的培训课程，促进不同领域的知识交流和合作。

4 结束语

电气工程及其自动化技术在医疗设备维修中的应用，为医疗领域带来了深远的影响。本文中，我们探讨了这一领域的重要性，并详细介绍了其在医疗设备维修中的应用优势和建议。然而，电气工程及其自动化技术在医疗设备维修中的应用仍然需要不断发展和完善。未来，通过不断的创新和努力，确保医疗设备始终处于最佳状态，为患者提供更安全、更可靠的医疗服务，实现医疗领域的可持续发展。