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醫療設備設計研發范文1
【關鍵詞】醫療設備 維修管理 模式 診斷
醫療設備不僅是醫院固定資產的重要組成部分，更是幫助醫護人員進行準確診斷、治療的有力工具。隨著科學水平和醫療技術的進步，越來越多創新型、實用性、功能型的醫療設備不斷出現，大大提高了患者就醫和醫生診斷的過程，醫療設備也已經成為醫療行業不可或缺的關鍵部分。但是，隨著高新技術不斷被應用于醫療設備的開發中，傳統的醫療設備維修管理模式已經難以適用于當前的醫療設備管理，兩者之間矛盾的突出不僅嚴重阻礙了醫療設備的使用水平，還給醫患關系帶來隱患。本文通過分析當前醫療設備管理的現狀、存在的問題，提出切實可行的改進舉措，有力改善當前醫療設備維修管理水平[1-2]。
1 醫療設備維修管理
醫療設備是指所有可用于幫助人們進行疾病預防、診斷、治療、康復、改善的儀器、設備、軟件和必要的工具及工作環境等。醫療設備具有種類繁多、構造復雜，高新技術含量高等特點[3-4]。一般根據醫療設備的用途可以將其分類，一是用于診斷類的醫療設備，主要包括生物電、生物磁電診斷、檢驗設備。二是用于治療類的醫療設備，主要包括疾病治療過程的輔助工具，如手術治療設備、人體器官替換材料等。三是用于監護類的醫療設備，主要包括用于監測人體特征指數的工具，如血壓脈搏監測器、呼吸檢測器等。四是醫療輔助設備，如顯微鏡、制冷設備、冷藏設備等。由于其不同的構造和用途，這些醫療設備的維修管理模式也各不相同。
醫療設備的維修管理是指醫療設備投入使用開始一直到醫療設備報廢、終止服務周期為止的所有過程。從廣義角度出發，醫療設備的管理涉及到管理標準制定、管理維修人員分配、軟硬件設施以及國家及行業相關的法律法規等多個方面的內容，一般包括醫療設備的資產管理、材料管理、服務水平評價、設備的維修保養等內容。所采用的維修管理方法設計到管理、財務、計算機、機械等多個專業。因此概括來講，醫療設備的維修管理情況在很大程度上反應了醫療行業的現代化水平和程度，反應了醫院的技術水平和診斷能力。
2 醫療設備維修管理模式的現狀分析
醫療設備的維修管理是醫療設備科學管理、正常使用的重要手段。而當前，隨著高新技術醫療設備的不斷開發和設計，醫療設備的種類不斷增加，但由于相關管理知識的匱乏，專業管理人員的缺失使得醫療設備維修管理處于滯后狀態，各種問題層出不窮。
2.1 醫療設備管理難以打破“小而全”
傳統的維修管理模式下，醫療設備的維修采購都需要由主要科室主任將需求設備報備設備科，由設備科室報備設備維修科，然后分級傳達到設備使用人員，這個過程復雜、流程花費時間長。遇到需要專門購買的維修零件或維修零件價格較高時，則需要再次層層上報批準，因此，醫療設備的維修過程冗長、效率低下。另一方面，不同種類醫療設備的購入需要大量的資金，而醫療設備的存儲、日常維護、管理等也需要一大筆費用，且由于其他種種原因，這些維修管理費用的投入并不能真正發揮作用，因此，傳統的管理模式下，醫療設備管理很難突破“小而全”的局面，醫療設備也難以真正發揮其作用[5]。
2.2 醫療設備的日常維護工作不到位
醫療的管理人員往往只注重醫療設備的購入工作，這可以通過設備購入時反復驗證設備功能和價格得到驗證。但當設備購入后，則難以做到完善的日常維護工作。一方面，當前醫療設備是集機械、電子、光學、磁學等多學科與一身的高精密儀器，其操作復雜性不言而喻，設備使用人員在接收培訓過程中往往只學會了設備的使用，而忽視了設備的日常維護技能。且很多設備使用人員，由于不具備基本的設備原理知識，由于誤操作等原因造成的設備異常等，一般會采取簡單粗暴的方式解決，而不能及時的通知專業維修人員進行維修。另一方面，醫院的管理人員和使用人員等都沒有意識到醫療設備維修管理的重要性。當前的管理模式下，設備維修和設備使用時由不同的科室負責，設備使用人員主要是醫生和護士，他們往往沒有收到專門的設備維護知識培訓，只負責利用設備進行醫療診斷，不能真正做到醫療設備的維護工作。醫院管理人員只注重醫療設備的使用工作，不看重醫療設備的日常維護工作。另外，有些醫療設備對安裝環境的要求高，如使用的濕度、溫度，電源情況、腐蝕情況等，而一般的醫療單位除非對如核磁共振這類大型設備外，對其他小型設備則非常不注重使用環境的，不正常的濕度、溫度、腐蝕環境等都會緩慢的損壞醫療設備。
2.3 醫療設備的專業維修人員缺乏
據了解，一般的市級醫院都會配備一定的醫療設備維修人員，維修人員的技術水平在很大程度上決定了醫療設備的維修和管理水平。但當前的管理模式下，醫療設備維修人員的水平卻十分有限[6]。一方面，在醫護人員的培養過程中，雖然開設了如生物設備原理、技術等相關學科，但由于人才的就業門路窄，市場需求小，這些學科都在不斷的教學水平都在不斷縮水，即使進入醫療行業的維修人員，又由于“重醫輕工”傳統理念的束縛，存在薪資低、晉升困難等諸多問題，最終導致維修人員的專業、辭職、跳槽等。另一方面，對當前醫療行業的維修人員進行調查發現，具有本科及以上水平的人員很少，維修人員普遍是大專及大專以下的水平，且維修人員的自行維修水平低下，往往只能解決表面問題，不能真正找到設備故障原因，這就導致設備維修周期長，正常狀態時間短等，嚴重制約了設備的正常使用。另外，醫院不注重培養和引用具有高水平高素質的設備維修人員時造成設備使用率低下的重要原因。當前的醫療設備大多具有較高的科技含量，是普通維修人員技術水平之外的，需要經過專門培訓、掌握專門設備知識的人員經維修，尤其是對于大型昂貴的進口儀器，這種矛盾更加突出。
2.4 復雜醫療設備的配件供應困難，維修資料缺乏
醫療的設備維修配件存儲在很大程度上決定了設備的維修水平和維修周期。在當前的醫療設備維修管理模式下，配件維修庫一般都沒有發揮其真正的作用。普遍而言，處于設備資金周轉的考慮，管理人員在購入設備更換配件時都沒有對設備易損、易壞部位進行如實評估，僅是根據經驗或選擇一些價格低的配件入庫充庫，這就導致了設備維修庫的零件儲備不合理，不能滿足設備維修的需要。另一方面，當前的醫療設備都是從專門的醫療設備開發商中購入的，開發商處于商業保密的初衷，一般不會將重要部件的設計圖或原理圖提供給用戶，有時候只是隨機附帶一本使用操作說明。當設備出現問題時，往往不能在第一時間對故障原因進行判斷并維修，而需要聯系專業的售后人員先進行現場勘查，然后在進行更換零件的購買，這就使得維修的時間成本大大增加。當需要專門定制的零件或專業的維修人員到場時，其維修成本更是驚人。另外，售后服務水平的低下，也是阻礙醫療設備維修管理水平提高的絆腳石。當醫療設備出現問題時，可以尋求設備售后服務或尋求第三方服務，一般而言，第三方無論從維修效率、成功率而言都是低于設備售后服務的。但是當前市場上的醫療設備銷售商，往往只進行設備銷售，不具備專業的售后服務團隊和完善的設備更換儲存，這就在很大程度上增加了設備維修管理的難度。
3 新型醫療設備維修管理模式的具體應用
針對上文對當前醫療設備維修管理模式下出現的諸多問題進行分析，通過應用LCC理論、PDCA理論等，提出新型的醫療設備維修管理模式，行之有效的模式主要包括醫療設備維修管理外包模式、信息化維修管理模式等。
3.1 新型醫療設備維修管理模式的基本理論
服務于醫療設備維修管理的理論有很多，應用較多的有LCC理論、PDCA循環理論。LCC理論是設備壽命周期費用理論的簡稱，設備的壽命周期是指從設備設計研發、制造運輸到使用直至報廢過程中所需要的全部費用。與醫療行業密切相連是設備的使用、維修和管理費用，而也就是所謂的設備維持費（SC），一般而言，設備的維持費用要遠遠高于設備購置費用，因此，降低設備維持費用是進行醫療設備維修管理的重中之重；PDCA循環理論主要針對設備維修過程，主要包括醫療設備維修過程中所設計的維修計劃、計劃實施、檢查和處理等步驟。該理論強調將醫療設備的維修分步驟進行，明確每個步驟的上下環節和主要目的，針對性地做好本環節工作。
3.2 新型醫療設備維修管理模式
新型醫療設備維修管理模式有很多，常見的主要有醫療設備維修管理外包模式、信息化模式等。
醫療設備維修管理外包模式基于LCC理論，是指醫院根據維修外包服務商選擇標準，通過市場調研，選擇合適的外包服務商簽訂合同，通過調整維修組織的現存機構，由服務商全程負責醫療設備的維修和管理，醫院內部維修結構只負責日常的設備檢測和質控，力求通過最少的人力投入獲得最專業的設備維修管理[7]。根據選擇服務商的不同，醫療設備維修管理外包模式可以分為市場型外包、中間型外包和伙伴型外包。簡單而言，市場型外包就是與合作服務商制定短期的服務合同，在眾多有能力的服務商中進行選擇更換，服務風險小，交易成本低。伙伴型外包服務則是通過與某一服務商反復制定合作計劃，由相同服務商提供長期的服務模式，該模式可以便于服務商不斷制定專業服務計劃，提升服務水平，但同時也存在管理成本和風險成本高的隱患。中間型外包是介于市場型外包和伙伴型外包之間的，服務水平和風險成本也居中。醫療行業在選擇外包模式時，可以根據自身周轉資金存儲、設備所需服務水平、服務商等進行選擇，力求以最經濟的投入獲得最專業及時的設備維修管理服務。
醫療設備信息化維修管理模式則主要基于PDCA循環理論，將設備維修管理分步驟進行[8]。利用計算機技術，將醫療設備維修管理過程按照如下流程進行：首接登記（接收各科室的維修匯報電話，在計算機中詳細登記備案，分配至具體維修人員）---維修登記（維修人員登錄系統，查看維修任務進行設備維修，并對維修過程進行實時更新）---維修查詢（維修科室或管理人員可對維修過程進行查詢，包括維修狀態、維修費用等）---系統維護（由計算機專業人員進行系統搭建和維護、信息錄入和備注等工作，確保系統正常運行）。在醫療設備信息化維修管理模式中，維修工作負責人、維修狀態、故障原因及注意事項等都是可隨時查詢的，這在很大程度上豐富了設備的使用和維修常識，有效避免了設備問題的產生。
4 結語
總而言之，隨著市場需求和科學技術的進步，傳統醫療設備維修管理模式已不能適應當前醫療設備的發展。因此，可以借助與市場外包或信息化技術手段，對醫療設備的維修進行有效管理。
參考文獻：
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醫療設備設計研發范文2
關鍵詞： 安卓手機； 耳聲發射； STM32單片機； 聽力篩查
中圖分類號： TN948.53?34； TH77 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）10?0142?04
Abstract： The otoacoustic emission （OAE） is a commonly?used hearing screening method. To reduce the cost and development difficulty， an OAE screening system based on Android mobile phone was designed. The Android mobile phone controls the stimulation?acquisition dual?task card based on STM32 to produce the acoustic stimulation， and then acquire the otoacoustic signal and transmit it to the Android mobile phone. The Android application program can accomplish the functions of data processing， result displaying and printing. The system realized the conventional OAE screening， including transient evoked otoacoustic emission （TEOAE） and distortion product evoked otoacoustic emission （DPOAE）.
Keywords： Android mobile phone； otoacoustic emission； STM32； hearing screening
0 引 言
耳聲發射（Otoacoustic Emissions，OAE）是一種產生于耳蝸，經聽骨鏈及鼓膜傳導釋放入外耳道的音頻能量，OAE被廣泛應用于聽力篩查[1]。目前已有的OAE篩查設備設計中，文獻[2]和文獻[3]把PC機作為上位機用于數據處理和人機交互，把聲卡或專業數據采集卡作為下位機用于刺激聲播放和耳聲采集。這種設計雖然具備一定的便攜性但PC機體積較大不便攜帶，聲卡和專業數據采集卡硬件成本高。文獻[4]采用一體化設計，雖然提高了便攜性但需要自主設計處理和人機交互模塊，電路結構復雜，較難實現。
安卓手機有豐富的計算資源、外設接口和良好人機交互性使其可以成為醫療設備開發平臺[5]。本文針對目前的耳聲發射篩查系統設計的不足和安卓手機的優勢，提出以安卓手機結合STM32單片機的設計方案。利用安卓手機豐富的資源作為數據處理和人機交互平臺，控制基于STM32單片機的刺激采集雙效卡完成刺激聲播放和耳聲采集。本系統簡化了電路設計、降低了成本和系統開發難度，并用實驗驗證設計的可行性，使耳聲發射篩查系統設計進一步小型化和易于開發推廣。
1 系統整體設計
如圖1所示，本系統由安卓手機、刺激/采集雙效卡、耳聲探頭三部分組成。安卓手機通過USB OTG（On?The?Go）接口連接刺激/采集雙效卡，用于供電和交互控制信號和數據。刺激/采集雙效卡以STM32單片機作為主控，配有電源電路、音頻電路、耳聲信號調理電路、ADC電路、TF卡和USB傳輸電路。刺激/采集雙效卡的后端通過USB接口與安卓手機連接，實現接收安卓手機下發的檢查參數并完成刺激聲的播放和耳聲數據的采集和上傳功能。刺激/采集雙效卡的前端與耳聲探頭直接連接。耳聲探頭包含兩個微型揚聲器用于播放刺激聲，以及一個微型傳聲器用于采集耳聲信號。傳聲器連接刺激/采集雙效卡的信調理電路，兩個揚聲器分別連接音頻電路。安卓手機應用程序采用Java語言編寫，完成檢查參數下發、耳聲數據處理、顯示檢查結果以及連接打印機等功能。程序的主要界面包括：病人信息登記界面、瞬態誘發OAE（Transient evoked?OAE， TEOAE）檢查界面和畸變產物OAE（Distortion Product OAE， DPOAE）檢查界面，以及打印界面。用戶通過上述界面完成被試人員信息錄入、查詢和存儲，以及基本OAE參數設置、數據處理和結果顯示、打印結果等功能。
2 刺激/采集雙效卡硬件結構
2.1 STM32單片機
刺激/采集雙效卡以STM32F103ZET6單片機作為主控核心。該核心為基于Cortex?M3 內核的32 位增強型閃存微控制器，其內核具有低功耗設計，最高工作頻率可達72 MHz，能滿足驅動芯片和實時控制的要求。該芯片具有3個SPI接口、2個I2C接口、5個串口、1個SDIO接口等。高度集成的接口資源簡化了電路設計[6]。
2.2 耳聲信號調理電路和ADC電路
OAE反應強度低、動態范圍大，聲壓級可從-5～20 dB SPL，頻率在0.5～5 kHz之間[7]。通過傳聲器轉換得到的信號，幅度較低為0.01 mV以下。需要經過放大和模擬帶通濾波等預處理。如圖2所示設計的信號調理電路分為四級。第一級為前端放大電路，采用INA128運放芯片，放大100倍；第二級和第三級分別為高通和低通兩級2階濾波器，選用集成了兩個運放的單芯片實現，頻率范圍設計為0.5～6 kHz；第四級為后端放大電路，使用一個INA128芯片，放大1 000倍。
為了滿足耳聲信號采樣頻率和幅度的精度要求，模/數轉換器選用了ADS1271[8]芯片。該芯片具有較高的性能指標和較高的環境穩定性，滿足大多數生理信號采集需要。模/數轉換電路如圖3所示，其中VINP和VINN為信號輸入引腳，SCLK和DOUT引腳與STM32單片機的SPI1對應引腳連接，用于傳輸數據。SYNC為芯片使能引腳，高電平有效。DRDY為ADC數據轉換完成標示引腳，數據轉換完成后輸出低電平。該引腳可用于STM32單片機的外部中斷從而實現中斷模式采集耳聲。根據應用需求，采用ADS1271的高精度模式，36 kHz采樣率和24位量化精度。
2.3 音頻電路
音頻電路用于傳輸轉換刺激聲信號，主要電路為PCM1770[9]芯片。該芯片內集成有音頻DAC和音頻功放，可以實現數字音頻的模/數轉換和功率放大。PCM1770的控制接口為SPI接口，片內有4個寄存器可以實現聲道和音量控制，音頻傳輸接口為I2S接口。如圖4所示，PCM1770的SPI接口與STM32的SPI1接口連接，I2S接口與STM32的I2S3接口連接。使用時先通過SPI接口配置音頻播放參數，然后通過I2S接口傳輸音頻數據。
2.4 電源電路、TF卡和USB傳輸電路
電源電路引入安卓手機的USB OTG接口5 V電源為刺激/采集雙效卡的電路和耳聲探頭供電。TF卡電路為TF卡卡槽電路，卡槽內插有TF卡，刺激聲文件被預先存儲在TF卡中，需要更新刺激聲時僅需重新載入。USB傳輸電路主要由一片USB轉串口芯片CH340[10]組成。CH340具備與安卓手機USB OTG接口連接功能，通過USB OTG接口的數據線與STM32單片機交互數據。STM32單片機串口1波特率高達4.5 Mb/s，而CH340最大波特率為2 Mb/s，可以滿足耳聲數據實時傳輸的需要。
3 系統軟件設計
3.1 軟件組成
系統軟件由STM32單片機固化程序和安卓程序組成。安卓程序完成人機交互和數據處理、分析、顯示等任務，STM32紋機固化程序負責實時播放刺激聲和采集傳輸耳聲信號。兩部分軟件通過USB接口驅動連接，交互控制信號和數據。
3.2 STM32單片機固化程序
STM32單片機固化程序工作流程如圖5所示。單片機上電后首先初始化串口、SPI等接口，此后輪詢串口等待手機發送參數。接收參數后，程序解析參數并從TF卡載入對應的TEOAE或DPOAE刺激聲文件到內存，在內存建立兩個緩存區標記為1和2作為乒乓緩存區，并建立一個內存指針指向緩存區1。然后啟動I2S接口以DMA方式傳送一個刺激周期數字音頻信號到音頻電路。因為DMA不占用STM32單片機內核可同時使能ADS1271啟動SPI接口通過中斷模式采集來自ADS1721的耳聲信號，內存指針指向緩存區1則采集的耳聲信號先放至緩存區1，同時計數采集數據量，通過數據量來確定采集時長，當緩存區1內的數據量達到一個刺激周期的時間內所需采集的數據量時，此時啟動串口把緩存區1內的一個刺激周期的耳聲數據通過另一個DMA通道傳送至安卓手機。此時一次刺激采集周期完成，內存指針指向緩存區2，每次完成后都做一次這樣的指向替換，把下一個刺激采集的耳聲數據存儲在另一個緩存區。每完成一個周期的刺激采集任務后都做一次判斷是否達到刺激采集次數要求，如未達到則繼續進行刺激采集，否則一次完整的OAE檢查結束，程序再次進入輪詢串口等待手機下達檢查指令。
3.3 安卓程序
安卓程序采用Java語言開發，使用了第三方畫圖控件achartengine[10]。如圖6所示為安卓應用程序流程圖，安卓應用程序主要有病人信息登記界面、TEOAE檢查界面和DPOAE檢查界面頁面、打印界面等。進入程序后首先進入病人管理界面，填寫病人信息，程序會將病人信息保存在SQLite數據庫中。
隨后可選擇進入TEOAE檢查或者DPOAE檢查界面。在檢查界面時首先選擇檢查參數，然后程序會自動連接刺激/采集雙效卡的USB傳輸電路加載檢查參數。此時為了保證數據接收和處理顯示的實時性和數據的連續性，程序已經預先開啟兩個線程，并建立FIFO隊列數據池，一個線程負責實時接收耳聲數據并存放至數據池，另一個線程不斷讀取數據池內的數據并進行疊加、時域波形顯示、傅里葉變換、結果顯示等處理。檢查結束后結果也存儲在SQLite數據庫中。打印界面通過手機藍牙連接藍牙打印機將檢查結果打印輸出。
4 OAE篩查實驗
為了驗證OAE篩查系統的有效性、穩定性以及可靠性，對健聽受試者分別進行TEOAE和DPOAE篩查實驗。TEOA篩查實驗刺激聲采用寬度為80 μs的聲壓級為80 dB SPL的click聲。TEOAE的潛伏期為3～5 ms，誘發后持續15 ms左右。為了去除刺激尾跡，刺激開始后延遲3 ms采集數據。如圖7所示為TEOAE檢查界面和結果。界面左上角顯示篩查者姓名，奇/偶次刺激誘發的OAE分別以藍紅兩色表示，波形下方為檢查結果和操作按鈕。對原始數據在Matlab下做分析，結果如表1和圖8所示，說明本檢查系統引出的TEOAE信號在相應頻段的相關率和信噪比都較高，可以用于TEOAE篩查。
DPOAE篩查一般采用兩個揚聲器同時輸出具有固定頻率比和固定聲強差的純音作為刺激聲（f1和f2），一般設置f2和f1頻率比為1.2。DPOAE反應在頻率2f1～f2處具有較高的反應強度[7]。本實驗刺激聲選用1 000 Hz和1 200 Hz純音。對采集結果用Matlab對原始數據進行頻譜分析，如圖9所示可以看到除了兩個純音刺激聲外，在800 Hz附近的一個明顯的峰值即對應于引出DPOAE成分。上述TEOAE和DPOAE實驗結果表示本設備設計方案可行，系統工作正常，可以實現常規的OAE篩查功能。
5 結 論
本文介紹一種基于安卓手機和STM32單片機的OAE篩查系統設計方案。安卓手機具有豐富的計算和接口資源，以及良好的人機交互性，該系統利用安卓手機作為開發平臺，結合STM32單片機低功耗多接口的特性設計刺激采集雙效卡，經實驗表明本系統不但滿足OAE篩查的需求，且降低了成本和開發難度并具有低功耗、便攜性高的特點。有助于研發低成本OAE篩查設備和推廣聽力篩查。
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