基于物聯(lián)網(wǎng)的呼吸機質(zhì)控信息系統(tǒng)設計與實踐

首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院 a.神經(jīng)科；b.醫(yī)學工程處；c.護理部，北京 100038

引言

《ISO14971醫(yī)用裝置風險管理標準》對各類醫(yī)療設備的使用風險進行了分析及評估，其中對于呼吸機的風險評分為12分，屬于風險最高的急救生命支持類設備[1-2]。例如神經(jīng)內(nèi)科的急重癥患者多為病情嚴重且變化迅速伴有不同程度的呼吸障礙，及時應用呼吸機明顯改善患者的呼吸狀況，是救治危重癥患者的有效手段，因此，保證呼吸機的通氣功能正常是確保救治成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到疾病的預后和并發(fā)癥的預防[3]。

我院自2015年開始每年都會應用Fluke氣流分析儀對全院的呼吸機進行質(zhì)量控制檢測。2019年國務院發(fā)布的《國務院辦公廳關(guān)于加強三級公立醫(yī)院績效考核工作的意見》中明確提出急救生命支持類設備質(zhì)量控制檢測作為醫(yī)療質(zhì)量安全的一項考核指標，并要求三級醫(yī)院應通過加強信息系統(tǒng)建設，提高績效考核數(shù)據(jù)信息的準確性，保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息自動生成、不可更改，確?？冃Э己私Y(jié)果真實客觀[4]。

1 應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立呼吸機質(zhì)量控制數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)利用傳感器技術(shù)將設備與設備，設備與人員相連接，將設備運行過程中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)進行交互、輸送和共享，并應用互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行信息化、遠程控制和智能化管理[5-6]。通過全面感知、可靠傳送和智能處理這三大核心技術(shù)，將所有檢測的設備有機地連接成一張“網(wǎng)”[7-8]。

1.2 信息系統(tǒng)架構(gòu)設計

應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的呼吸機質(zhì)量控制數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，其功能架構(gòu)可細分為設備層、感知層、網(wǎng)絡層、應用層和展示層，系統(tǒng)架構(gòu)設計圖如圖1所示。

圖1 呼吸機質(zhì)量控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的架構(gòu)設計圖

檢測人員首先將呼吸機、氣流分析儀和通氣管路連接以建立設備層。檢測人員根據(jù)北京市醫(yī)院管中心發(fā)布的《呼吸機質(zhì)量控制規(guī)范》中檢測要求，分別對潮氣量、通氣頻率、吸氣氧濃度、吸氣壓力水平以及呼吸末正壓這5種通氣參數(shù)進行檢測，對每種通氣參數(shù)要檢測5組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)都包含呼吸機示值和氣流分析儀的實際檢測值。在應用感知層數(shù)據(jù)采集器采集設備數(shù)據(jù)前，需要預先獲取并解析呼吸機和氣流分析儀通訊協(xié)議，再將解析后的通信協(xié)議轉(zhuǎn)化為程序語言，經(jīng)編譯處理后加載到數(shù)據(jù)采集器中。將數(shù)據(jù)采集器與呼吸機RS232串口聯(lián)通進行通訊讀取呼吸機實時示值，因為數(shù)據(jù)采集器的體積大于氣流分析儀體積，所以選擇體積較小的數(shù)據(jù)發(fā)射器通過氣流分析儀上的COM口讀取呼吸機輸出實測值。讀取出的呼吸機和分析儀數(shù)據(jù)通過院內(nèi)網(wǎng)絡搭建的網(wǎng)絡層傳輸至應用層的數(shù)據(jù)引擎，它由處理器和數(shù)據(jù)庫組成，分別對采集的數(shù)據(jù)進行分析和存儲。檢測人員可以在展示層的個人數(shù)字電腦（Personal Digital Assistant，PDA）上同時查看呼吸機示值和輸出實測值，當這兩項數(shù)值穩(wěn)定后，質(zhì)量控制人員點擊屏幕上采集鍵，則系統(tǒng)自動采集相應數(shù)據(jù)。

1.3 誤差算法設計

當每一項參數(shù)的5組數(shù)據(jù)采集完畢后，數(shù)據(jù)引擎處理器會按照設定好的算法計算誤差值，并選出最大誤差與最大允許誤差對比，以判斷該項通氣參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)。

分析算法代表著用系統(tǒng)方法描述解決問題的策略機制，它是數(shù)據(jù)引擎的核心功能，算法決定著系統(tǒng)是否得出準確的質(zhì)量控制結(jié)論[9-11]。以檢測呼吸機潮氣量為例，當系統(tǒng)分別采集潮氣量設定值為400、500、600、800和1000 mL所對應的呼吸機示值和輸出實測值后，系統(tǒng)會根據(jù)誤差計算公式，自動算出潮氣量最大輸出誤差和最大示值誤差，若誤差值小于潮氣量最大允差，則判斷呼吸機潮氣量為合格，反之則不合格。對于通氣頻率、吸氣壓力水平、呼氣末正壓和吸入氧濃度這4項通氣參數(shù)測量出數(shù)值，也是采用類似算法。

1.4 呼吸機其他部分數(shù)據(jù)采集

呼吸機質(zhì)量控制數(shù)據(jù)不僅包括檢測的5項通氣參數(shù)數(shù)據(jù)，還需要采集以下幾方面的信息：① 呼吸機固定資產(chǎn)信息；② 呼吸機外觀附件完整性和潔凈程度；③ 呼吸機常見報警信息這3部分的數(shù)據(jù)。檢測人員應用PDA掃描被檢測呼吸機的二維碼標識，系統(tǒng)自動讀取并記錄被檢測呼吸機固定資產(chǎn)信息，檢測人員再用PDA對呼吸機外觀及附件進行拍照，拍攝的照片會自動存儲在系統(tǒng)中（圖2），作為呼吸機外觀附件完整性和潔凈程度的檢查結(jié)果。質(zhì)量控制人員會通過設置超過報警上限的通氣參數(shù)，以觸發(fā)呼吸報警，感知層的數(shù)據(jù)采集器會根據(jù)解析的呼吸機通訊協(xié)議自動采集報警信息。

圖2 系統(tǒng)采集的呼吸機外觀及附件檢查圖片

1.5 支持績效考核

為保障績效考核數(shù)據(jù)的來源真實、可靠，我院應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將呼吸機質(zhì)量控制檢測數(shù)據(jù)的獲取方式由手工記錄轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r采集。一方面，系統(tǒng)根據(jù)誤差算法對檢測的數(shù)據(jù)進行計算分析，并自動生成檢測結(jié)果。數(shù)據(jù)獲取的全過程沒有人為因素干擾，從而保證績效考核數(shù)據(jù)的準確性與真實性；另一方面，對于原始數(shù)據(jù)進行的分析處理，直接反映了呼吸機性能優(yōu)劣，為醫(yī)療設備的績效考核提供有力的依據(jù)。

2 結(jié)果

為避免系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集過程中出現(xiàn)遺漏、錯誤等情況，需要對系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)進行驗證，以潮氣量設定為400 mL為例，分別將PDA與呼吸機顯示的潮氣量，以及PDA與氣流分析儀顯示的潮氣量這兩組數(shù)據(jù)進行比對，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)正確無誤（圖3、圖4）。應用該信息系統(tǒng)采集了20臺呼吸機的5類通氣參數(shù)所對應的示值和檢測值數(shù)據(jù)，與呼吸機和氣流分析儀顯示的數(shù)值相一致，證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

圖3 PDA顯示潮氣量與呼吸機采集潮氣量數(shù)據(jù)一致

圖4 PDA顯示潮氣量與氣流分析儀采集潮氣量數(shù)據(jù)一致

在績效考核方面，當呼吸機全部質(zhì)量控制數(shù)據(jù)采集完成后，電子版質(zhì)量控制表格會自動生成并存儲于數(shù)據(jù)庫中（圖5）。檢測人員可以通過輸入被檢測呼吸機固定資產(chǎn)號或序列號來檢索查閱相應質(zhì)量控制報告。報告中的最大允差、最大輸出誤差、最大示值誤差作為重要的績效考核數(shù)據(jù)指標，用于進一步的數(shù)據(jù)分析。同時，應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了對呼吸機報警數(shù)據(jù)的實時采集，下一步將與臨床醫(yī)生合作，以建立預警機制和應急問題處理機制，降低呼吸機故障后的處理響應時間，提高處理效率。

圖5 后臺自動生成的呼吸機質(zhì)量控制數(shù)據(jù)檢測表

表1對比了手工記錄方式與信息系統(tǒng)采集方式在質(zhì)量控制檢測人員、檢測時間，數(shù)據(jù)質(zhì)量3個方面的區(qū)別：① 對于每臺呼吸機質(zhì)量檢測所需的人員數(shù)量，實際應用過程中從手工記錄方式下的2人減少到信息系統(tǒng)采集方式下的1人，通過對比手工記錄方式與信息系統(tǒng)采集方式，可得到每臺呼吸機質(zhì)量檢測所需的人力成本減少了50%；② 對于每臺呼吸機的平均質(zhì)量控制檢測時間，實際應用過程中從手工記錄方式下的40 min減少到信息系統(tǒng)采集方式下的20 min，時間成本減少了的效率百分比為20/40×100%=50%，可得到呼吸機質(zhì)量控制檢測的時間成本減少了50%；③ 由于信息系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)，真實可靠，不會發(fā)生人為手工記錄下的數(shù)據(jù)漏記或因字跡模糊錄入錯誤的情況，所以可以認為錄入誤差為0。

表1 手工記錄方式與信息系統(tǒng)采集方式對比

質(zhì)量控制的檢索方式從手工翻閱轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)自動檢索，提升工作效率；在手工記錄下的人為修改行為也被避免，保障了數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠性；手工記錄模式下需要進行重復測量降低誤差，而信息系統(tǒng)會存儲原始數(shù)據(jù)以及呼吸機及附件的照片，減少了重復檢測的工作量。

綜上，信息系統(tǒng)在呼吸機質(zhì)量控制數(shù)據(jù)采集上具有一定的優(yōu)勢。

3 討論

全面客觀的設備數(shù)據(jù)采集和準確細致的分析有助于操作呼吸機的護士動態(tài)掌握其功能狀態(tài)，防止呼吸機功能衰減影響危重病人的治療效果。本文通過實踐研究發(fā)現(xiàn)使用呼吸機質(zhì)量控制信息系統(tǒng)后，護士對呼吸機日常維護保養(yǎng)的記錄照片可以存入該系統(tǒng)內(nèi)作為呼吸機管理憑證。此外，該信息系統(tǒng)將呼吸機的質(zhì)量控制檢測操作由工程師每年定期檢測轉(zhuǎn)換為使用呼吸機的護士可以隨時對治療效果未達到預期的呼吸機進行質(zhì)量控制檢測，從而提升了質(zhì)量控制檢測的頻率和效率，有效地降低呼吸機使用風險。

呼吸機和氣流分析儀的數(shù)據(jù)均由物聯(lián)網(wǎng)采集器自動采集記錄，數(shù)據(jù)分析后的呼吸機質(zhì)量控制電子版表格自動生成打印輸出，其規(guī)范性、整潔度、字體清晰度、項目完整性等都較手工書寫表格有了顯著提高，并避免手工記錄過程中可能出現(xiàn)漏記、錯記或是字跡模糊的情況。每臺呼吸機檢測后的質(zhì)量控制數(shù)據(jù)都儲存于數(shù)據(jù)引擎的數(shù)據(jù)庫中，便于呼吸機臨床使用者和管理者對這些數(shù)據(jù)進行檢索和統(tǒng)計分析。

在實踐中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)還存在一些技術(shù)缺陷，例如：在數(shù)據(jù)采集過程中采集軟件會偶爾出現(xiàn)閃退導致未保存的采集數(shù)據(jù)丟失情況，其原因為軟件系統(tǒng)與PDA軟件版本存在部分不兼容，后續(xù)可以通過軟件升級逐步解決系統(tǒng)漏洞?，F(xiàn)階段該系統(tǒng)只能應用于幾種型號的呼吸機質(zhì)量控制，例如Maquet Servo系列呼吸機和PB 840呼吸機，后續(xù)還需要通過不斷獲取和解析不同呼吸機通訊協(xié)議，以擴展被檢測呼吸機的種類。

4 總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展促進醫(yī)院醫(yī)療設備的信息化管理水平，應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立起了呼吸機質(zhì)量控制信息化管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)通氣參數(shù)檢測的信息化和智能化[12-17]。這既避免手工記錄中人為主觀因素干擾，保證數(shù)據(jù)真實性與客觀性，又節(jié)約人力和時間成本，加快呼吸機質(zhì)量控制檢測速度。應用該信息系統(tǒng)有助于呼吸機質(zhì)量控制工作進一步系統(tǒng)化、規(guī)范化，為醫(yī)院管理層對呼吸機管理決策提供客觀真實依據(jù)，促進呼吸機綜合效益最大化，更好地完成三級醫(yī)院績效考核的相關(guān)要求。