基于物聯(lián)網(wǎng)的病案庫房遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究

馮鈺寧 邢華奎 馮毅

第一作者簡介：馮鈺寧（1994-），女，病案信息技師。研究方向為病案管理、病案信息學(xué)、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)等。

*通信作者：邢華奎（1993-），男，安全工程碩士，注冊安全工程師。研究方向為實驗室安全監(jiān)控與安全管理。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.014

摘? 要：研發(fā)一個基于物聯(lián)網(wǎng)的病案庫房遠程監(jiān)控系統(tǒng)，使病案工作人員通過電腦或手機就可以遠程監(jiān)控病案庫房的煙感、濕度、溫度和滲水等實時運行參數(shù)及視頻，并能收到庫房異常報警，可降低人為疏忽及庫房設(shè)備失效導(dǎo)致病案損害的風(fēng)險。采用物聯(lián)網(wǎng)云平臺+ PLC相結(jié)合的方式，構(gòu)建遠程監(jiān)控系統(tǒng)，且建立試驗系統(tǒng)進行實驗驗證。實驗證明，遠程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，視頻清晰，報警靈敏，電腦或手機顯示簡單明了，可減輕有關(guān)人員工作壓力，對提高工作效率有較大幫助。

關(guān)鍵詞：病案庫房；病案儲存；物聯(lián)網(wǎng)；PLC；遠程監(jiān)控

中圖分類號：TP273? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）12-0059-04

Abstract： A remote monitoring system for medical record storage warehouses based on the IoT will be developed， so that the medical record staff can remotely view the real time operating parameters and videos such as smoke， humidity， temperature， water seepage in the medical record warehouse with a computer or mobile phone through the system， and can receive alarm messages， too. The risk of medical record damage caused by human negligence or warehouse equipment failure will be reduced. The remote monitoring system consists of IoT cloud platform and PLC. An experimental system is built for experimental verification. The experiment has proven that the remote monitoring system has stable data transmission， clear video， sensitive alarms， and clear computer or mobile display， which can reduce the work pressure of the relevant personnel and improve the work efficiency.

Keywords： medical record warehouse; medical record storage; Internet of Things; PLC; remote monitoring

病案是記錄患者疾病信息及治療過程的檔案，《醫(yī)療機構(gòu)病歷管理規(guī)定》要求患者住院病案保存時間不少于30 a。《中華人民共和國民法典》規(guī)定醫(yī)院不得遺失或違法銷毀患者病案。處于城市中心的三甲醫(yī)院，每年住院人數(shù)一般有十幾萬人次，病案數(shù)量龐大，醫(yī)院常把病案異地儲存或者外包給第三方公司保存。病案庫房需要防火防災(zāi)，保持適當(dāng)?shù)臏囟扰c濕度，為確保病案安全醫(yī)院會定期派人去庫房監(jiān)督檢查。由于病案科室人員工作繁忙[1]，定期外出監(jiān)督檢查病案庫房是一項艱難的工作。文獻[2-3]認(rèn)為采用信息化管理手段，可以提高病案管理效率及水平。因此，本文擬研發(fā)一個基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可以在醫(yī)院辦公室電腦或者手機遠程實時監(jiān)控病案庫房的煙感、濕度、溫度、地板浸水、墻面天花板滲水及觀看庫房實時視頻，并具有數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)異常報警功能。這樣的系統(tǒng)，是病案信息化智能化管理的一個構(gòu)成部分。

遠程監(jiān)控系統(tǒng)多種多樣，有些是純視頻監(jiān)控[4]，有些是純數(shù)據(jù)監(jiān)控[5]，有些是數(shù)據(jù)與視頻一起監(jiān)控[6]，使用目的與條件不同，研發(fā)思路及采用的器件有較大差別。本文擬研發(fā)的系統(tǒng)，用于病案庫房安全監(jiān)控，連續(xù)工作，傳感器需要符合檔案館消防要求，整個系統(tǒng)可靠性要高，不但要遠傳視頻，而且要同時遠傳及自動處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)、識別危險信號并報警，例如病案庫房溫度、濕度、煙感及其超限報警等，這就要用到模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換技術(shù)，構(gòu)成相對復(fù)雜。鑒于以上特性，本文擬采用物聯(lián)網(wǎng)云平臺+可編程序控制器PLC相結(jié)合的方式，構(gòu)建遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

1? 監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成原理

這里設(shè)計一個高可靠性而運行維護成本低的數(shù)據(jù)及視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示。病案庫房安裝有一個或多個溫度傳感器、煙霧傳感器、濕度傳感器、地板浸水傳感器和網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭，以及一個戶外雨雪傳感器。所有傳感器測量信號傳輸?shù)綆旆客獾目删幊绦蚩刂破鱌LC。PLC對輸入信號中的模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換，然后與輸入信號中的開關(guān)量信號一起進行邏輯運算分析，運算結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式送到物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)通過互聯(lián)網(wǎng)把數(shù)據(jù)上傳至物聯(lián)網(wǎng)云平臺服務(wù)器。高清攝像頭的圖像通過互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)到本系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)云平臺。作為用戶的醫(yī)院，只要在辦公室或值班室電腦登錄云平臺，或者在工作人員手機安裝小程序，就可以查看病案庫房的實時溫度、濕度、煙感等信號及庫房現(xiàn)場視頻，并可接收報警信息，也可以查看庫房外是否下雨或下雪，判斷庫房墻壁、天花板是否滲水，并且能儲存庫房監(jiān)控數(shù)據(jù)。

圖1? 病案庫房遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成圖

本監(jiān)控系統(tǒng)高可靠性主要是由可編程序控制器PLC及其他部件保證的。PLC是工業(yè)級可編程序控制器，無轉(zhuǎn)動部件，可連續(xù)工作，對工作環(huán)境要求低，可靠性極高。運行維護成本低主要依賴于器件的高可靠性及物聯(lián)網(wǎng)云平臺的通用性及普及性。

2? 試驗監(jiān)控系統(tǒng)的建立

為了驗證前述監(jiān)控系統(tǒng)的可行性，建立一個試驗系統(tǒng)。因為是試驗系統(tǒng)，同類型信號選擇1～2個傳感器即可。所以，本試驗系統(tǒng)中，溫度測量選擇1個溫度傳感器，開關(guān)信號選擇1個煙感傳感器及1個浸水傳感器，模擬量信號選擇1個濕度傳感器，攝像頭選擇1個網(wǎng)路高清攝像頭。這里均選擇有線傳感器，且每個傳感器只具有單一功能，以降低電磁相互干擾，提高監(jiān)控可靠性。雨雪傳感器的輸出信號與煙感傳感器是同類，本試驗省略不計。

2.1? 硬件的選擇與連接

溫度傳感器選擇PT100熱電阻，其測量范圍及精度符合庫房要求，采用三線制接法以提高穩(wěn)定性。庫房空氣濕度傳感器選用濕敏電阻型傳感器，工作電壓+5 V，輸出信號0～+3 V模擬信號。煙霧傳感器與地板浸水傳感器屬于開關(guān)型信號，選用有線聯(lián)網(wǎng)型，輸出信號是開關(guān)信號（1/0）。攝像頭選用高清互聯(lián)網(wǎng)攝像頭，可以直接把圖像信號上傳到攝像頭生產(chǎn)廠家的云平臺，通過適當(dāng)設(shè)置IP地址就可以互聯(lián)到本系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)云平臺。

可編程序控制器PLC系統(tǒng)一般包括PLC主機、開關(guān)量模塊、特殊功能模塊及程序。國內(nèi)常用的PLC系統(tǒng)有西門子、三菱、施耐德、臺達、匯川、永宏和松下等。本試驗系統(tǒng)選用臺達可編程序控制器PLC主機1臺，此主機包含開關(guān)量模塊，選擇測溫模塊04PT及A/D轉(zhuǎn)換模04AD塊各1塊，PLC主機、測溫模塊及A/D轉(zhuǎn)換模塊組裝在一起即可。如果病案庫房很大，需要測量的溫度點或濕度點較多，允許采用多個測溫模塊、多個A/D轉(zhuǎn)換模塊拼接在一起使用。

本試驗系統(tǒng)的服務(wù)器及物聯(lián)網(wǎng)云平臺，則從第三方公司租借，優(yōu)點是便捷、可靠性高且費用較低。根據(jù)所選用的物聯(lián)網(wǎng)云平臺特性，試驗中選用特定型號的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)，以滿足軟件與硬件的兼容性。該網(wǎng)關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)端口LAN/WAN是共用的，主要參數(shù)見表1。

表1? 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)主要參數(shù)

可編程序控制器PLC系統(tǒng)與傳感器之間必須連接正確，才能讀取庫房的溫度、濕度、煙感等信號，一般情況下依照PLC的使用說明書連接即可。本試驗系統(tǒng)的熱電阻、濕度傳感器接法相對復(fù)雜，這里給出接法圖，如圖2所示。熱電阻PT100采用三線制接法，接到特殊功能模塊04PT-E2，濕度傳感器采用二線制接法，接到特殊功能模塊04AD-E2。煙感傳感器、地面浸水傳感器是開關(guān)信號，依次接到PLC主機的輸入通道儲存器X0與X1即可，物理報警燈信號則從Y0、Y1與Y2通道輸出，用于驅(qū)動物理警燈閃爍，如圖3所示。所有信號電纜均有金屬屏蔽層，隔離電磁干擾，防止信號失真。

圖2? PT00、濕度傳感器與PLC系統(tǒng)的接線

圖3? 試驗監(jiān)控系統(tǒng)PLC安裝簡圖

可編程序控制器PLC主機與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)的連接采用串口RS232，接線對應(yīng)關(guān)系見表2。

表2? 遠程數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與PLC接線關(guān)系

2.2? PLC程序的編寫

PLC程序是監(jiān)控系統(tǒng)的核心及靈魂，正確編寫程序并上傳到PLC中運行，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、運算、邏輯推理和異常信號識別并報警等功能。各個品牌PLC的程序編寫方法略有不同，但基本原則是相同的，一般有梯形圖或指令表2種形式。

本試驗系統(tǒng)采用梯形圖編程，程序包括儲存器初始化、數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、運算、邏輯判斷和信號輸出等內(nèi)容。部分梯形圖程序如圖4所示，這段程序是定義數(shù)據(jù)采集通道，讀取溫度傳感器及濕度傳感器數(shù)據(jù)。通過運行這段程序，溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)就分別轉(zhuǎn)移到PLC數(shù)據(jù)儲存器D10與D20中。這里要注意的是，PLC程序與PLC各部件、各測量傳感器的組裝順序有關(guān)，這段程序?qū)?yīng)的PLC系統(tǒng)組裝順序是：模塊04PT-E2緊貼PLC主機安裝，模塊04AD-E2緊貼04PT-E2安裝，如圖3所示，拼裝順序變了，程序就要做相應(yīng)改動。

2.3? 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)、PLC、電腦通信參數(shù)設(shè)置

PLC與網(wǎng)關(guān)要進行合適的參數(shù)設(shè)置，才能使兩者之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，PLC測得的數(shù)據(jù)才能通過網(wǎng)關(guān)上傳到物聯(lián)網(wǎng)云平臺，供遠端計算機、手機訪問。不同的PLC及網(wǎng)關(guān)設(shè)置方法略有不同，但基本過程是一樣的。

對網(wǎng)關(guān)設(shè)置以下參數(shù)：①明確關(guān)聯(lián)PLC的型號，即DVP，ASCII碼；②添加待測變量及儲存地址，即溫度、濕度、煙感數(shù)據(jù)儲存器地址；③串口通信波特率，這里取9 600。

對PLC的設(shè)置，主要明確通信端口是COM1，通信波特率必須與網(wǎng)關(guān)一樣，設(shè)置為9 600。這樣就可以實現(xiàn)PLC與網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)交換。

電腦通信的設(shè)置過程如下：首先要在租借的云平臺注冊賬號及密碼，下載 XXXConfig軟件，并安裝至電腦，然后輸入網(wǎng)關(guān)型號，設(shè)置網(wǎng)關(guān)IP地址及電腦地址在同一個網(wǎng)段。本試驗系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)IP設(shè)置為192.168.10.100，電腦IP設(shè)置為192.168.10.10，這樣電腦就可以訪問網(wǎng)關(guān)。

圖4? 部分PLC數(shù)據(jù)采集主要程序

2.4? 用戶計算機HMI建立、數(shù)據(jù)儲存、報警設(shè)置及視頻上傳

把物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)的WAN口接入外網(wǎng)，使用計算機憑密碼賬號登錄訪問云平臺。根據(jù)云平臺提供的框架程序，設(shè)計編寫用戶人機界面HMI，讓監(jiān)控數(shù)據(jù)按用戶要求在計算機顯示器有序、直觀顯示出來，并具有一定的美觀性。程序中可根據(jù)實際情況定義數(shù)據(jù)存儲時間間隔，本試驗系統(tǒng)規(guī)定每10 s鐘儲存一次數(shù)據(jù)，設(shè)置超限報警燈的啟動閥值，設(shè)定接收報警短信的手機號碼。視頻的接入則是通過設(shè)置攝像頭的地址互聯(lián)實現(xiàn)：第一步登錄攝像頭廠家云平臺，找到攝像頭的播放地址并復(fù)制，第二步登陸本試驗云平臺，把攝像頭地址粘貼到視頻監(jiān)控位置，第三步把PLC數(shù)據(jù)采集程序、相關(guān)參數(shù)設(shè)置及計算機顯示器組態(tài)程序上傳至網(wǎng)關(guān)及云平臺。

2.5? 手機端監(jiān)控的實現(xiàn)

本試驗系統(tǒng)使用的物聯(lián)網(wǎng)云平臺附帶有手機小程序，只要用戶手機安裝此小程序并綁定手機號碼，即可看到與電腦一樣的監(jiān)控畫面及庫房視頻。

3? 試驗結(jié)果

給試驗系統(tǒng)上電，電腦用戶憑賬號登錄訪問云平臺，手機用戶憑密碼打開小程序，選擇“病案庫房監(jiān)控”選項，就可以在電腦上或手機上看到病案庫房溫度、濕度、煙感和浸水等實時數(shù)據(jù)、現(xiàn)場視頻及3個報警燈，如圖5所示，數(shù)據(jù)正常報警燈常綠，數(shù)據(jù)超限報警燈會變紅色且閃爍，且所有信息在同一界面顯示，無須翻屏，簡單明了，實用性強。圖6展示的是庫房溫度歷史儲存數(shù)據(jù)曲線，該曲線覆蓋的時間長度可以根據(jù)需要設(shè)定，圖中設(shè)定數(shù)據(jù)時間長度為3 d（5月30日至6月1日）。圖7是手機收到的庫房地板浸水報警短信（人為讓浸水傳感器觸發(fā)），如果煙霧、溫度超限，系統(tǒng)也會發(fā)出報警短信。

關(guān)于濕度超限報警，在PLC程序中編寫有一段邏輯判斷濕度超限的程序，如果庫房濕度長時間連續(xù)保持較高的數(shù)值，說明有可能是庫房墻壁或天花板滲水，系統(tǒng)會自動發(fā)出濕度超限報警短信息，這時需要派人到現(xiàn)場核實。如果是短時間且局部位置濕度超限，可能是工作人員開門進入庫房造成的，系統(tǒng)不會報警，但是會有記錄供事后查閱。

測試持續(xù)了約3個月，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，視頻清晰且沒有明顯滯后，報警通暢。無論用戶距離庫房有多遠，只要有網(wǎng)線或者有手機，就可以看到病案庫房的實時數(shù)據(jù)及視頻。

圖5? 監(jiān)控畫面

圖6? 庫房溫度變化曲線

圖7? 手機收到的報警信號

4? 結(jié)論

通過試驗測試，本文提出的病案庫房物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)切實可行，可強化庫房監(jiān)督管理，可提高庫房管理方、委托方等有關(guān)人員的責(zé)任心，降低人為疏忽及庫房設(shè)備失效導(dǎo)致病案損害的風(fēng)險，病案儲存變得更安全。因為隨時隨地可以看到庫房實時情況，所以可減輕有關(guān)各方的工作壓力，對提高工作效率有較大幫助。期望本文所做的工作對檔案管理智慧化有參考意義，對智慧醫(yī)院[7]建設(shè)有幫助。本試驗是租用第三方物聯(lián)網(wǎng)云平臺及服務(wù)器，優(yōu)點是首次投入費用少，組網(wǎng)快，不用聘請物聯(lián)網(wǎng)維護專業(yè)人員。有條件的醫(yī)院或檔案管理單位也可以自己采購服務(wù)器及相應(yīng)的軟件，組建完全獨立的系統(tǒng)，或者采用中控大屏幕實時動態(tài)顯示。

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