隨著信息技術和自動化技術的發(fā)展，實現(xiàn)手術室的智能監(jiān)控有助于提高工作效率和確保手術安全進行。本文簡要介紹了“醫(yī)院潔凈手術室智能監(jiān)控系統(tǒng)”的設計理念及其相關功能，給出了系統(tǒng)的硬件配置和軟件實現(xiàn)。
層流手術室是醫(yī)院實施治病救人的重要場所。根據(jù)國家標準，我國的醫(yī)院將廣泛應用空氣潔凈技術，以提高手術的安全性，降低醫(yī)院感染率。應用空氣潔凈技術的手術室是一個性能良好的密閉環(huán)境，其中的環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控對手術室的安全性、穩(wěn)定性尤為重要。
目前，國內一般手術室對環(huán)境參數(shù)的采集與顯示均為離散式。即手術室內的各環(huán)境參數(shù)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(shù)采集工作量大、數(shù)據(jù)雜亂且不易保存的缺陷，而且對手術室內各環(huán)境參數(shù)相關設備的調節(jié)控制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(fā)展和自動化技術的日趨成熟，研制集智能化、數(shù)字化、信息化于一體的潔凈手術室監(jiān)控系統(tǒng)已成為必要和可能。實現(xiàn)潔凈手術室的智能監(jiān)控主要依賴于計算機技術、自控制技術和信息網(wǎng)絡技術，它的使用對提高工作效率、發(fā)揮各設備的最佳效能起到重要作用。
筆者成功研制和開發(fā)的手術室智能監(jiān)控系統(tǒng)，是在變送（傳感）器及專用數(shù)據(jù)采集設備的基礎上，采用計算機和中文監(jiān)控組態(tài)工控軟件，可同時對室內環(huán)境的潔凈度、溫濕度、壓差、壓力、二氧化碳濃度以及醫(yī)用氣體壓力進行實時采集、記錄存盤并進，美觀清晰地顯示在計算機屏幕上。并由監(jiān)控主機對各參數(shù)處理后，再將調控命令輸送到數(shù)據(jù)輸出卡，由它對相應的執(zhí)行設備（包括變頻器、空調機、除濕機、新風閥、電磁閥、風鳴器等）進行控制，從而實現(xiàn)智能調控的功能。此外，本系統(tǒng)還設置了緊急呼叫、室內背景音樂播放和多路圖像監(jiān)控，因此本系統(tǒng)是自動控制技術、計算機技術、多媒體技術綜合應用的一個實例。
2 系統(tǒng)的硬件配置
2．1 系統(tǒng)的結構
本系統(tǒng)選用集散式控制系統(tǒng)（DCS）結構方案，結合潔凈手術室與平面布置及凈化送風系統(tǒng)的布置，由三級組成，見圖1。
2．2 硬件配置
2．2．1 監(jiān)控中心主機及現(xiàn)場監(jiān)控主機配置。監(jiān)控中心主機的職責是監(jiān)控管理，并
存儲數(shù)據(jù)；現(xiàn)場監(jiān)控主機的職責是對現(xiàn)場參數(shù)及時監(jiān)測并自動調節(jié)。同時通過網(wǎng)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(yè)控制計算機，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(wǎng)卡；鼠標；鍵盤；打印機；數(shù)據(jù)采集卡；數(shù)據(jù)
輸出卡；局域網(wǎng)，網(wǎng)速128K；windows操作平臺、中文組態(tài)工控軟件。
2．2．2 參數(shù)采集元件
各環(huán)境參數(shù)采用相應的變送器：①溫度變送器，工作范圍0~50℃；②濕度變送器，工作范圍0~100%；③室內風速變送器，工作范圍0.1~1.0m/s；④室內的
壓差變送器，工作范圍為0~25 帕；⑤送風系統(tǒng)三級濾器的阻力監(jiān)測，分別采用壓差變送器，其工作范圍均為0~1250帕；⑥二氧化碳氧氣濃度傳感變送器。⑦激光粒子計數(shù)器，為潔凈度的采集元件，它對每個手術室進行定時巡回檢測，采集的數(shù)據(jù)將傳輸至監(jiān)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(shù)據(jù)采集卡
現(xiàn)場參數(shù)采集卡的職責是將各環(huán)境參數(shù)變送器采集到的數(shù)據(jù)上傳給現(xiàn)場監(jiān)控主機。本系統(tǒng)目前使用北京阿爾泰公司的數(shù)據(jù)采集卡，該采集卡共有32個模擬量輸入端，20個數(shù)字量輸入端，20個數(shù)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(shù)量的端口設置完全可滿足本系統(tǒng)的要求。
2．2．4 數(shù)據(jù)輸出卡：
數(shù)據(jù)輸出卡的職責是接受監(jiān)控主機下達的調節(jié)指令，并傳送到控制執(zhí)行機構，實現(xiàn)對各參數(shù)的調整。本系統(tǒng)采用的是北京康拓工業(yè)電腦公司的PC.5416D，數(shù)據(jù)信號范圍為0~10MADC。
2．2．5 執(zhí)行機構
執(zhí)行機構的職責是接受數(shù)據(jù)輸出卡的指令，使各環(huán)境參數(shù)保持在相應的設定范圍，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制冷風機）；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(jù)需要檢測室內風速穩(wěn)定。⑥風鳴器，工作電壓為220V，報警用，室內某一參數(shù)超限定值時發(fā)出聲音警報。
3 軟件系統(tǒng)
本系統(tǒng)目前采用的軟件平臺昆侖通態(tài)，MCGS 網(wǎng)版中文組態(tài)軟件，該版本可以把所有的資料在電腦中統(tǒng)一采集、管理和保存，通過網(wǎng)絡向各終端發(fā)布，使其處于辦公室的醫(yī)院管理部門、維修部門和其他部門，均可容易、直觀地看到現(xiàn)場的工作環(huán)境情況、手術進度和設備工作狀態(tài)等信息。
該軟件系統(tǒng)為全中文可視化組態(tài)界面，運行于win95/98/2000/NT平臺，支持數(shù)據(jù)采集板、智能模塊、PIC變頻器等設備。軟件支持實時報表、歷史報表、數(shù)據(jù)庫瀏覽統(tǒng)計等報表方式，提供4級安全密碼機制，能保障系統(tǒng)運行的安全性。
4 監(jiān)控界面
根據(jù)系統(tǒng)的功能，并聽取廣大醫(yī)院領導和醫(yī)護人員的意見，經(jīng)反復修改，我們設計了美觀、實用、大方的幾個界面：①主界面；②系統(tǒng)介紹界面；③系統(tǒng)流程界面；④時間顯示界面；⑤實時數(shù)據(jù)顯示界面；⑥參數(shù)設定及報警信息界面；⑦圖象顯示界面；⑧歷史數(shù)據(jù)界面；⑨報警歷史記錄界面；⑩手術基本信息界面。
4．1 主界面
背景為抽象的監(jiān)控系統(tǒng)標志，研制單位名稱，畫面左側放置七個界面選擇按扭；右下角放置有系統(tǒng)關閉按鈕。
4．2 系統(tǒng)介紹界面
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(jiān)控系統(tǒng)的作用的使用方法。
4．3 系統(tǒng)流程界面
本界面為監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要界面，背景為另一個淡化了的手術室照片，在界面上按系統(tǒng)的工作流程給出了所有的元件設備的名稱，采集參數(shù)的實時數(shù)據(jù)，輸出設備的工作狀態(tài)，即處于運行狀態(tài)或停止狀態(tài)。
4．4 時間顯示界面
傳統(tǒng)的手術室時間顯示采用數(shù)碼管方式，有的甚至使用時鐘等落后的時間指示。且放置不同的位置，不利于手術操作的進行。本系統(tǒng)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面上。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制按鈕共同作用。
4．5 實時參數(shù)顯示界面
本界面用表格的方式，顯示各采集參數(shù)的實時數(shù)據(jù)。并設有最近數(shù)據(jù)查閱欄，分別可以查閱最近5 分鐘、10分鐘、15 分鐘、20分鐘內的數(shù)據(jù)。
4．6 參數(shù)的設定報警信息界面
監(jiān)控系統(tǒng)的目的是要把手術室的環(huán)境參數(shù)控制在需要的狀態(tài)。本界面對每個環(huán)境參數(shù)均設有上、下限數(shù)值輸入窗，以便現(xiàn)場工作員進行調整和設計。當任何參數(shù)超過限定范圍時，顯示屏將出現(xiàn)顏色改變及相應報警文字信息，表示參數(shù)已超過限定值，及時提醒現(xiàn)場人員。與時同時，系統(tǒng)將通過對執(zhí)行機構的智能控制，自動調整環(huán)境參數(shù)。參數(shù)恢復正常后，報警也自動解除。
4．7 歷史數(shù)據(jù)界面
歷史記錄界面是為了查閱歷史資料設置的，所以收集的信息和報警均以數(shù)據(jù)庫的方式永久保存。所有數(shù)據(jù)資料均可以打印，或刻錄成光盤備份。
4．8 手術基本信息界面
該界面主要記錄了歷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(yī)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(jiān)控正常工作，我們設計了系統(tǒng)啟動程序，系統(tǒng)關閉程序，計時器控制程序，循環(huán)程序等，以下就循環(huán)程序作簡要介紹。
5．1 循環(huán)程序運行框圖
5．2 程序運行說明
5．2．1 溫度參數(shù)由空調機控制，采用PIP 調節(jié)控制，維持溫度恒定。
5．2．2 濕度參數(shù)由除濕機控制，采用PIP 調節(jié)控制，維持濕度恒定。
5．2．3 室內風速參數(shù)由變頻器控制，以控制送風機的送風量和風壓，采用PIP調
節(jié)控制，維持風速穩(wěn)定。
5．2．4 新風比參數(shù)由新風閥控制，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(shù)主要檢查送風系統(tǒng)三級過濾裝量，若某一阻力參數(shù)超過限定值，說明該過濾器需要更換。
6 系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能
基于對手術過程中存在的問題及系統(tǒng)適用性的考慮，本系統(tǒng)實現(xiàn)了如下主要功能：
6．1 定時監(jiān)測和調節(jié)某些參數(shù)
能定時監(jiān)測并及時調節(jié)手術室內的潔凈度、壓差、風速、溫濕度、CO2/O2、室內醫(yī)用氣體壓力等參數(shù)值，并對電磁閥、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制，使手術在良好的環(huán)境下順利進行，從而保證手術的安全性。
6．2 數(shù)據(jù)的記錄與存儲
監(jiān)控系統(tǒng)對各環(huán)境參數(shù)進行了全程監(jiān)控的同時，也將相關的數(shù)據(jù)記錄和存儲下來，這些數(shù)據(jù)包括所測得的環(huán)境參數(shù)和現(xiàn)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(yī)療糾紛提供充分的依據(jù)和保障。
6．3 視頻監(jiān)控、呼叫對講
潔凈手術室內的電腦是通過寬帶網(wǎng)與醫(yī)院監(jiān)控中心相連。監(jiān)控中心可通過顯示屏觀測手術的全過程及各種參數(shù)，當發(fā)生緊急情況時，可以實現(xiàn)手術室與監(jiān)控中心的呼叫和對講。
6．4 報警
系統(tǒng)裝配有報警器，當手術室出現(xiàn)以下幾種情況將會發(fā)出報警信息：①潔凈手術室內的環(huán)境參數(shù)超越所設的范圍；②監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障；③煙感控測器發(fā)出感應信息，醫(yī)療人員可在處理故障后解除警報。
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(jiān)控，實現(xiàn)潔凈手術室的數(shù)字化、智能化、信息化，有利于提高手術室的工作質量，提高醫(yī)院現(xiàn)代化管理水平。
