如何在層流手術室中實現智能監控

隨著信息技術和自動化技術的發展，實現手術室的智能監控有助於提高工作效率和確保手術安全進行。本文簡要介紹了“醫院潔淨手術室智能監控係統”的設計理念及其相關功能，給出了係統的硬件配置和軟件實現。

層流手術室是醫院實施治病救人的重要場所。根據國家標準，我國的醫院將廣泛應用空氣潔淨技術，以提高手術的安全性，降低醫院感染率。應用空氣潔淨技術的手術室是一個性能良好的密閉環境，其中的環境參數的監控對手術室的安全性、穩定性尤為重要。

目前，國內一般手術室對環境參數的采集與顯示均為離散式。即手術室內的各環境參數的采集設備不同，顯示方式、顯示位置及顯示顏色也不一致，如此方式不僅存在參數采集工作量大、數據雜亂且不易保存的缺陷，而且對手術室內各環境參數相關設備的調節控製也得依靠人工來完成，增加了人為因素的影響，這影響到手術室的質量和效果。

隨著信息技術的發展和自動化技術的日趨成熟，研製集智能化、數字化、信息化於一體的潔淨手術室監控係統已成為必要和可能。實現潔淨手術室的智能監控主要依賴於計算機技術、自控製技術和信息網絡技術，它的使用對提高工作效率、發揮各設備的最佳效能起到重要作用。

筆者成功研製和開發的手術室智能監控係統，是在變送（傳感）器及專用數據采集設備的基礎上，采用計算機和中文監控組態工控軟件，可同時對室內環境的潔淨度、溫濕度、壓差、壓力、二氧化碳濃度以及醫用氣體壓力進行實時采集、記錄存盤並進，美觀清晰地顯示在計算機屏幕上。並由監控主機對各參數處理後，再將調控命令輸送到數據輸出卡，由它對相應的執行設備（包括變頻器、空調機、除濕機、新風閥、電磁閥、風鳴器等）進行控製，從而實現智能調控的功能。此外，本係統還設置了緊急呼叫、室內背景音樂播放和多路圖像監控，因此本係統是自動控製技術、計算機技術、多媒體技術綜合應用的一個實例。

2 係統的硬件配置

2．1 係統的結構

本係統選用集散式控製係統（DCS）結構方案，結合潔淨手術室與平麵布置及淨化送風係統的布置，由三級組成，見圖1。

2．2 硬件配置

2．2．1 監控中心主機及現場監控主機配置。監控中心主機的職責是監控管理，並

存儲數據；現場監控主機的職責是對現場參數及時監測並自動調節。同時通過網絡連接到各相關部門的計算機，供檢視和手術觀摩人員瀏覽。它們均為工業控製計算機，主要配置為：

CPU：Pentium Ⅲ，主頻1G；內存：DDR256M 以上；硬盤：120G；顯卡：Geforce400；顯存64M；刻錄光驅；網卡；鼠標；鍵盤；打印機；數據采集卡；數據

輸出卡；局域網，網速128K；windows操作平台、中文組態工控軟件。

2．2．2 參數采集元件

各環境參數采用相應的變送器：①溫度變送器，工作範圍0~50℃；②濕度變送器，工作範圍0~100%；③室內風速變送器，工作範圍0.1~1.0m/s；④室內的

壓差變送器，工作範圍為0~25 帕；⑤送風係統三級濾器的阻力監測，分別采用壓差變送器，其工作範圍均為0~1250帕；⑥二氧化碳氧氣濃度傳感變送器。⑦激光粒子計數器，為潔淨度的采集元件，它對每個手術室進行定時巡回檢測，采集的數據將傳輸至監控主機。所有傳感元件的工作電源均為2 4 V D C ，輸出為0~5VDC。

2．2．3 數據采集卡

現場參數采集卡的職責是將各環境參數變送器采集到的數據上傳給現場監控主機。本係統目前使用北京阿爾泰公司的數據采集卡，該采集卡共有32個模擬量輸入端，20個數字量輸入端，20個數字量輸出端口。每個模擬量通道定義為0~5VDC可為其他標準20 個0~10V開關量，每個0~5VDC 開關量輸出。如此數量的端口設置完全可滿足本係統的要求。

2．2．4 數據輸出卡：

數據輸出卡的職責是接受監控主機下達的調節指令，並傳送到控製執行機構，實現對各參數的調整。本係統采用的是北京康拓工業電腦公司的PC.5416D，數據信號範圍為0~10MADC。

2．2．5 執行機構

執行機構的職責是接受數據輸出卡的指令，使各環境參數保持在相應的設定範圍，主要包括以下幾種設備：①空調機，設控分體空調（若為中央空調可采用變頻器控製冷風機）；②除濕（增濕）機；③電磁閥，能定時打開粒子檢測管道，電壓220V；④新風閥，調整開度0~100%，采用電動閥；⑤變頻器，A B B 公司，ACS100根據需要檢測室內風速穩定。⑥風鳴器，工作電壓為220V，報警用，室內某一參數超限定值時發出聲音警報。

3 軟件係統

本係統目前采用的軟件平台昆侖通態，MCGS 網版中文組態軟件，該版本可以把所有的資料在電腦中統一采集、管理和保存，通過網絡向各終端發布，使其處於辦公室的醫院管理部門、維修部門和其他部門，均可容易、直觀地看到現場的工作環境情況、手術進度和設備工作狀態等信息。

該軟件係統為全中文可視化組態界麵，運行於win95/98/2000/NT平台，支持數據采集板、智能模塊、PIC變頻器等設備。軟件支持實時報表、曆史報表、數據庫瀏覽統計等報表方式，提供4級安全密碼機製，能保障係統運行的安全性。

4 監控界麵

根據係統的功能，並聽取廣大醫院領導和醫護人員的意見，經反複修改，我們設計了美觀、實用、大方的幾個界麵：①主界麵；②係統介紹界麵；③係統流程界麵；④時間顯示界麵；⑤實時數據顯示界麵；⑥參數設定及報警信息界麵；⑦圖象顯示界麵；⑧曆史數據界麵；⑨報警曆史記錄界麵；⑩手術基本信息界麵。

4．1 主界麵

背景為抽象的監控係統標誌，研製單位名稱，畫麵左側放置七個界麵選擇按扭；右下角放置有係統關閉按鈕。

4．2 係統介紹界麵

在一個淡化了的手術室照片背景下，用文字簡單介紹了本監控係統的作用的使用方法。

4．3 係統流程界麵

本界麵為監控係統的一個重要界麵，背景為另一個淡化了的手術室照片，在界麵上按係統的工作流程給出了所有的元件設備的名稱，采集參數的實時數據，輸出設備的工作狀態，即處於運行狀態或停止狀態。

4．4 時間顯示界麵

傳統的手術室時間顯示采用數碼管方式，有的甚至使用時鍾等落後的時間指示。且放置不同的位置，不利於手術操作的進行。本係統將北京時間、手術時間、麻醉計時時間等用大字體，醒目地顯示在同一界麵上。對麻醉計時、手術時間放置有“計時開始”、“計時結束”及“計時清零”等按鈕，與安裝在電腦外的計時控製按鈕共同作用。

4．5 實時參數顯示界麵

本界麵用表格的方式，顯示各采集參數的實時數據。並設有最近數據查閱欄，分別可以查閱最近5 分鍾、10分鍾、15 分鍾、20分鍾內的數據。

4．6 參數的設定報警信息界麵

監控係統的目的是要把手術室的環境參數控製在需要的狀態。本界麵對每個環境參數均設有上、下限數值輸入窗，以便現場工作員進行調整和設計。當任何參數超過限定範圍時，顯示屏將出現顏色改變及相應報警文字信息，表示參數已超過限定值，及時提醒現場人員。與時同時，係統將通過對執行機構的智能控製，自動調整環境參數。參數恢複正常後，報警也自動解除。

4．7 曆史數據界麵

曆史記錄界麵是為了查閱曆史資料設置的，所以收集的信息和報警均以數據庫的方式永久保存。所有數據資料均可以打印，或刻錄成光盤備份。

4．8 手術基本信息界麵

該界麵主要記錄了曆史或當前的手術操作過程的具體內容，管理人員能查詢到何時進行何種手術，手術的起始及結束時間，參與手術的人員（主刀醫生、護士）、患者資料及手述過程中一些特殊情況等信息。

5 程序設計

為保證手術室監控正常工作，我們設計了係統啟動程序，係統關閉程序，計時器控製程序，循環程序等，以下就循環程序作簡要介紹。

5．1 循環程序運行框圖

5．2 程序運行說明

5．2．1 溫度參數由空調機控製，采用PIP 調節控製，維持溫度恒定。

5．2．2 濕度參數由除濕機控製，采用PIP 調節控製，維持濕度恒定。

5．2．3 室內風速參數由變頻器控製，以控製送風機的送風量和風壓，采用PIP調

節控製，維持風速穩定。

5．2．4 新風比參數由新風閥控製，通過調整新風流量以保持室內空氣的新鮮。

5．2．5 高效濾器阻力、中效濾器阻力、初效濾器阻力，三個參數主要檢查送風係統三級過濾裝量，若某一阻力參數超過限定值，說明該過濾器需要更換。

6 係統實現的主要功能

基於對手術過程中存在的問題及係統適用性的考慮，本係統實現了如下主要功能：

6．1 定時監測和調節某些參數

能定時監測並及時調節手術室內的潔淨度、壓差、風速、溫濕度、CO2/O2、室內醫用氣體壓力等參數值，並對電磁閥、變頻器、空調機、除濕機、新風閥、風鳴器的工作過程進行自行控製，使手術在良好的環境下順利進行，從而保證手術的安全性。

6．2 數據的記錄與存儲

監控係統對各環境參數進行了全程監控的同時，也將相關的數據記錄和存儲下來，這些數據包括所測得的環境參數和現場拍攝的圖像信息。這樣不僅能滿足學術討論和遠程教學的需要，而且還能為醫療糾紛提供充分的依據和保障。

6．3 視頻監控、呼叫對講

潔淨手術室內的電腦是通過寬帶網與醫院監控中心相連。監控中心可通過顯示屏觀測手術的全過程及各種參數，當發生緊急情況時，可以實現手術室與監控中心的呼叫和對講。

6．4 報警

係統裝配有報警器，當手術室出現以下幾種情況將會發出報警信息：①潔淨手術室內的環境參數超越所設的範圍；②監控係統出現故障；③煙感控測器發出感應信息，醫療人員可在處理故障後解除警報。

利用自控技術、信息技術和多媒體技術相結合對手術室進行智能監控，實現潔淨手術室的數字化、智能化、信息化，有利於提高手術室的工作質量，提高醫院現代化管理水平。