医疗设备状态监测方法及其应用前景

殷相飞 杨 冰 张和华

医疗设备状态监测方法及其应用前景

殷相飞①②杨 冰②张和华①*

分析医疗设备状态监测管理的现状，阐述医疗设备状态监测的主要方法，并提出医院加强医疗设备状态监测的策略。

医疗设备；状态监测；质量管理；对策

［First-author’s address］ 1.Department of Medical Engineering， Institute of Surgery Research， Daping Hospital， Third Military Medical University， Chong qing 400042； 2.Institute of Biomedical Engineering， Third Military Medical University， Chongqing， 400038，China.

医疗设备在医疗活动中的地位日益突出，广泛应用于诊断治疗、预防保健、康复训练等各个领域。近年来，医院在用医疗设备固定资产总量增长幅度较大［1-2］。虽然大型医院都基本设置有医学工程科或医学工程室，但由于医疗器械具有门类品种多、结构功能多样、更新换代快及专业性强等特点，致使医疗设备状态监测难度大。医学工程科长期以来存在归属不统一、职责不明确及功能不到位等管理体制问题，临床工程师的专业发展相对滞后，缺乏健全的体制和统一的准入制度，对工程人员的主观能动力的发挥构成影响［3-4］。医院医疗设备状态监测仍沿用日常的巡查、检修以及操作人员登记等传统方式，采用人工方法统计设备运行的相关数据，很难全面地监测设备运行状况进而发现潜在问题。因此，建立一套用于自动检测医疗设备运行状态的软硬件系统，将对医疗设备的高效管理起到极大的促进作用。

1 医疗设备状态监测现状

随着医疗设备的广泛应用，实施设备状态监测的重要性日益突出，并凸显以下意义：①可充分了解设备性能，为改进设计、制造与维修提供有力依据；②发现故障的早期征兆，及时采取措施，以避免重大事故的发生；③一旦发生故障，能够自动记录故障过程的完整信息，以便进行后续的原因分析；④通过对设备异常运行状态的分析，揭示故障的原因、程度和部位，为设备的在线调理、停机检修提供科学依据，延长运行周期，降低维修费用。

为进行医疗设备状态监测，医疗设备管理部门需通过相应渠道收集设备状态运行的相关数据。目前，收集数据的3个主要渠道为：①使用科室运用统一的登记本对设备参数进行登记，这种直接面对面的统计方式便于沟通核查，但给使用科室带来较大的工作量；②管理科室电话咨询使用科室其感兴趣的数据，其优点是缩小数据搜集范围，减小工作量，相对方便，缺点是数据容易出现偏倚；③利用医院局域网填报，统计分析可时完成，其难点是数据的可靠性无法保证［5］。在收集渠道中，临床使用人员均不同程度地参与数据的统计，由于其不具备工科专业背景，无法准确判断数据的真实性、可靠性，且主观性强，容易出现错误，同时存在效率低下等问题。

2 医疗设备状态监测方法

设备状态监测指通过一定的途径了解和掌握设备的运行状态，包括采用各种检测、监视、分析和判别方法，利用监测和分析仪器（在线或离线），对设备当前运行状态做出评估，并且对异常状态做出报警，为下一步的故障分析、性能评估等提供信息和数据。状态监测可分为静态监测和动态监测。静态监测包括厚度测量、裂纹探测、激光测量法以及X射线法等；动态监测包括振动监测、温度监涮、声发射技术、应力应变分析、频闪观察、腐蚀监测及泄漏检测等。按照使用时对设备的不同要求，状态监测可分为无需设备停机和要求设备停止运转两类。无需设备停机可以保证经济效益不受损失，故有很大优势；要求设备停止运转的某些设备在使用中原本需要定期停机，故停机监测则不会中断成套设备的正常作业，也具有一定的优势。

2.1 温度检测

设备经连续运转后，温度会有一定的升高，但通常在额定范围之内；而温度的异常变化往往是设备出现故障的标志，如轴承损坏引起的发热量增加，冷却循环系统出现故障导致机体传热情况发生变化。因此，监测设备的温度能够间接反映设备的运行状态。

温度监测装置对温度的测量是通过温度传感器完成，温度传感器可分为接触式传感器、非接触式传感器以及测温漆、测温片和测温笔。接触式传感器主要有酒精温度计、水银温度计、热电阻温度计以及电偶温度计。应用此类传感器时，传感器本身对被测物体的温度有干所扰，要求感温元件应尽量小，感温元件越小，热容量也越小，反应就越快，同时应保证感温元件与被测物体之间有良好的接触。非接触式传感器利用物体辐射能量计算被测温度。

（1）辐射高温计。其利用热电元件或硫化铅元件测量发热表面的辐射能，精度高，温度范围广。

（2）光学高温计。当温度辐射进入可见光的频率范围时，将灼热物体颜色与加热灯丝对比，即可测出温度值。

（3）红外扫描摄像仪。其能对现场进行扫描，将热分布的图象以灰度形式表现在电视监测装置上，或以一定颜色表示一定温度，即可测出温度。

对测量温度的精度要求不高时，可以使用测温片、测温漆、测温笔，其通过颜色的变化和变化的时间来判断温度的高低［6］。

2.2 振动监测

设备振动监测是指通过对机器或结构在工作状态振动下的状态监测，对机器或结构可进行故障诊断、环境控制和等级评定；测量机器或结构的受迫振动获得被测对象的动态性能，包括固有频率、阻尼、响应及模态等信息，找出薄弱环节，通过改进设计提高其抗振能力，或通过隔振处理改善机械的工作环境和性能。振动分析是把用振动测试仪器采集到的速度、加速度或位移等振动参数，依照设备振动监测判据，进行比较和分析，从而确定设备现状。

在振动监测中振动监测点设置非常重要，直接关系到设备振动信息的准确获取。选取振动监测点时，要求能对设备振动状态作出全面的描述。因此，尽可能选择距机器核心部位最近的关键点和机器振动的敏感点作为振动监测点。在设置监测点时，应该满足下列要求：①信息通道只通一个机械分界面，并且该分界面位于轴承与轴承座之间，监测点须位于振动信息能够直接到达的射线上；②信息通道经过的轴承座材料应是同一连续刚性材料，长度≤75 m；③监测点须位于轴承承载区振动的辐射区域内；④考虑环境因素，避免将高湿、高温以及压力和温度变化剧烈的地方作为监测点。设备振动监测点一经确定即应标识，不可随意变动或移动，利于振动监测结果的比较和分析，从而对设备状态作出正确的判断［7］。

2.3 电气参数监测

医疗设备中涉及很多电气设备，因此监测设备电气参数可以比较全面的反映设备运行状态。目前，造成电气设备内部安全隐患的因素有很多，如出厂时试验不严格、设计不合理、搬运安装以及使用过程中的不规范操作等［8-9］。较轻的安全隐患在试验中较难发现，而随着设备使用年限的增加，又在外部强大电磁交融的诱导下，安全隐患会逐步转换为故障，将导致供电系统随时会出现电气故障，影响到整个系统。

对于电容型设备，当其绝缘完好时，流经绝缘的电流超前电压的相位为一固定值。由于电容型设备的工作电场强度较高，长期工作后设备绝缘可能发生局部损坏，即绝缘老化，此时流经绝缘的电流有相应变化。监测电流值的变化、绝缘的介质损耗因数以及电容量的变化，可判断电容型设备的运行状态，判断是否已有绝缘缺陷［10-11］。同时，应实时监测特殊部位电压、电流、电阻的变化，判断设备的运行情况。

状态监测可以根据设备当下的实际情况决定是否需要及时维护、检修，以保证其运行的安全性和可靠性。

3 医疗设备状态监测应用策略

随着企业现代化管理思想的深化，在企业中采取企业资源计划（enterprise resource plan，ERP）的管理理念是当前企业管理的趋势［12］。医院可借鉴ERP管理理念，实现对医疗设备的有序管理。为此，以设备状态信息获取为基础，针对大量存在的设备，开发设备状态监测网络化管理系统。该系统依托于医院内部网络，采用客户机与服务器（client/server，C/S）的体系结构，实现对整个医院的设备状态信息的统一管理，使管理人员对大量散在设备的运行过程、状态、趋势有客观而全面的了解，从而提高经济效益和管理效率。

管理系统由监测工作站、数据库以及客户端分析和（或）浏览三部分构成。其中，监测工作站负责采集设备运行的状态数据，工作站的基本功能是数据采集、基本的状态监测以及分析诊断、数据自动上传至数据库。数据库存储所有设备全运行周期的状态数据、配置信息、报警设置信息、用户管理信息等。客户端分析和（或）浏览软件是直接面向用户，为监测诊断技术人员提供了状态分析和诊断功能，同时提供了解设备状态的宏观信息和报警信息。医院以此系统为基础可实现应用功能。

对医疗设备状态进行监测不但可以科学指导设备维修，而且有利于查找根源、从根本上解决故障。通过状态监测的推广，可以掌握设备的工作状态、易损件的劣化趋势，不仅提高维修效率，节省维修费用而且能做到及时维修，减少事故停机损失，同时由于能预知处理故障，使得设备具有更高的安全可靠性，综合提高医院的经济效益。

在进行医疗设备监测前，收集相应设备在正常运行状态下的各种参数以及相应的指标，记录在数据库当中。然后由监测工作站实时监视设备运行的相关参数，将得到的的数据和数据库中原有数据进行对比，及时发现异常现象。将这些异常的数据信息反馈给相应的故障诊断专家系统进行分析和评估，判断故障的类型以及程度，发出警报给相应的操作人员，同时提供参考性的解决方案。在遇到专家系统无法处理的问题时，直接提交给维修工程师，由工程师自主维修，或者进一步联系厂商。在问题处理后的运行时段内，要加大对该设备的监测，以验证维修效果。同时，记录下设备的故障发生频率和严重程度，为后续维护保养指明方向和重点。

由于监测工作站采集了大量的设备运行状态有关额数据，运用这些数据，辅以其他分析软件，可实现很多管理功能，如设备的使用率、经济效益分析、功耗等。

4 医疗设备状态监测应用前景

通过对医疗设备的运行的状态的监测，挖掘采集数据，可以掌握相关设备的运行情况，发现潜在隐患以及设备运行过程中的特点，从而有针对性的采取措施，实现自动化和科学化管理，保障各科室工作正常开展。然而，状态监测还存在一定的困难和缺点：①无法完全保证采集数据的可靠性和准确性；②要实现对所有设备的监测，终端的监测工作站数量太多，布局复杂；③故障诊断的专家系统尚不成熟。未来需要改进的措施主要是提高终端监测工作站传感器的性能和集成度，加强与厂商合作，开发相应设备的专家诊断系统。

医疗设备状态监测的管理方式具有广阔的应用前景，针对医院设备多、管理人员有限的现状，依托飞速发展的传感器技术以及日趋完善的医院内部网络，实现对设备运行状态的全面实时监测，不仅适用于医学工程人员对设备进行分析、诊断，同时适用于财务部门对设备经济效益的核算，也适用于领导层对医院设备的运行情况的掌控，对提高医院医疗设备维修效率、实现科学管理具有重大意义［13-14］。

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Research on the methods and application prospects of condition monitoring for medical devices

YIN Xiang-fei， YANG Bing， ZHANG He-hua// China Medical Equipment，2016，13（4）：126-129.

This paper introduces the present situation of condition monitoring of medical devices，states main methods of condition monitoring and puts forward the application strategies in hospitals briefly.

Medical Devices； Condition Monitoring； Quality management； Strategies

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.04.040

1672-8270（2016）04-0126-04

R197.39

A

2015-04-10

①第三军医大学大坪医院野战外科研究所医学工程科 重庆 400042

②第三军医大学生物医学工程系 重庆 400038

*通讯作者：zhanghehua@vip.163.com

殷相飞，男，（1991- ），本科在读。第三军医大学大坪医院野战外科研究所医学工程科，第三军医大学生物医学工程系，研究方向：医学装备规范化管理。