如何在层流手术室中实现智能监控

随着信息技术和自动化技术的发展，实现手术室的智能监控有助于提高工作效率和确保手术安全进行。本文简要介绍了“医院洁净手术室智能监控系统”的设计理念及其相关功能，给出了系统的硬件配置和软件实现。

层流手术室是医院实施治病救人的重要场所。根据国家标准，我国的医院将广泛应用空气洁净技术，以提高手术的安全性，降低医院感染率。应用空气洁净技术的手术室是一个性能良好的密闭环境，其中的环境参数的监控对手术室的安全性、稳定性尤为重要。

目前，国内一般手术室对环境参数的采集与显示均为离散式。即手术室内的各环境参数的采集设备不同，显示方式、显示位置及显示颜色也不一致，如此方式不仅存在参数采集工作量大、数据杂乱且不易保存的缺陷，而且对手术室内各环境参数相关设备的调节控制也得依靠人工来完成，增加了人为因素的影响，这影响到手术室的质量和效果。

随着信息技术的发展和自动化技术的日趋成熟，研制集智能化、数字化、信息化于一体的洁净手术室监控系统已成为必要和可能。实现洁净手术室的智能监控主要依赖于计算机技术、自控制技术和信息网络技术，它的使用对提高工作效率、发挥各设备的最佳效能起到重要作用。

笔者成功研制和开发的手术室智能监控系统，是在变送（传感）器及专用数据采集设备的基础上，采用计算机和中文监控组态工控软件，可同时对室内环境的洁净度、温湿度、压差、压力、二氧化碳浓度以及医用气体压力进行实时采集、记录存盘并进，美观清晰地显示在计算机屏幕上。并由监控主机对各参数处理后，再将调控命令输送到数据输出卡，由它对相应的执行设备（包括变频器、空调机、除湿机、新风阀、电磁阀、风鸣器等）进行控制，从而实现智能调控的功能。此外，本系统还设置了紧急呼叫、室内背景音乐播放和多路图像监控，因此本系统是自动控制技术、计算机技术、多媒体技术综合应用的一个实例。

2 系统的硬件配置

2．1 系统的结构

本系统选用集散式控制系统（DCS）结构方案，结合洁净手术室与平面布置及净化送风系统的布置，由三级组成，见图1。

              

2．2 硬件配置

2．2．1 监控中心主机及现场监控主机配置。监控中心主机的职责是监控管理，并

存储数据；现场监控主机的职责是对现场参数及时监测并自动调节。同时通过网络连接到各相关部门的计算机，供检视和手术观摩人员浏览。它们均为工业控制计算机，主要配置为：

CPU：Pentium Ⅲ，主频1G；内存：DDR256M 以上；硬盘：120G；显卡：Geforce400；显存64M；刻录光驱；网卡；鼠标；键盘；打印机；数据采集卡；数据

输出卡；局域网，网速128K；windows操作平台、中文组态工控软件。

2．2．2 参数采集元件

各环境参数采用相应的变送器：①温度变送器，工作范围0~50℃；②湿度变送器，工作范围0~100%；③室内风速变送器，工作范围0.1~1.0m/s；④室内的

压差变送器，工作范围为0~25 帕；⑤送风系统三级滤器的阻力监测，分别采用压差变送器，其工作范围均为0~1250帕；⑥二氧化碳氧气浓度传感变送器。⑦激光粒子计数器，为洁净度的采集元件，它对每个手术室进行定时巡回检测，采集的数据将传输至监控主机。所有传感元件的工作电源均为2 4 V D C ，输出为0~5VDC。

2．2．3 数据采集卡

现场参数采集卡的职责是将各环境参数变送器采集到的数据上传给现场监控主机。本系统目前使用北京阿尔泰公司的数据采集卡，该采集卡共有32个模拟量输入端，20个数字量输入端，20个数字量输出端口。每个模拟量通道定义为0~5VDC可为其他标准20 个0~10V开关量，每个0~5VDC 开关量输出。如此数量的端口设置完全可满足本系统的要求。

2．2．4 数据输出卡：

数据输出卡的职责是接受监控主机下达的调节指令，并传送到控制执行机构，实现对各参数的调整。本系统采用的是北京康拓工业电脑公司的PC.5416D，数据信号范围为0~10MADC。

2．2．5 执行机构

执行机构的职责是接受数据输出卡的指令，使各环境参数保持在相应的设定范围，主要包括以下几种设备：①空调机，设控分体空调（若为中央空调可采用变频器控制冷风机）；②除湿（增湿）机；③电磁阀，能定时打开粒子检测管道，电压220V；④新风阀，调整开度0~100%，采用电动阀；⑤变频器，A B B 公司，ACS100根据需要检测室内风速稳定。⑥风鸣器，工作电压为220V，报警用，室内某一参数超限定值时发出声音警报。

3 软件系统

本系统目前采用的软件平台昆仑通态，MCGS 网版中文组态软件，该版本可以把所有的资料在电脑中统一采集、管理和保存，通过网络向各终端发布，使其处于办公室的医院管理部门、维修部门和其他部门，均可容易、直观地看到现场的工作环境情况、手术进度和设备工作状态等信息。

该软件系统为全中文可视化组态界面，运行于win95/98/2000/NT平台，支持数据采集板、智能模块、PIC变频器等设备。软件支持实时报表、历史报表、数据库浏览统计等报表方式，提供4级安全密码机制，能保障系统运行的安全性。

4 监控界面

根据系统的功能，并听取广大医院领导和医护人员的意见，经反复修改，我们设计了美观、实用、大方的几个界面：①主界面；②系统介绍界面；③系统流程界面；④时间显示界面；⑤实时数据显示界面；⑥参数设定及报警信息界面；⑦图象显示界面；⑧历史数据界面；⑨报警历史记录界面；⑩手术基本信息界面。

4．1 主界面

背景为抽象的监控系统标志，研制单位名称，画面左侧放置七个界面选择按扭；右下角放置有系统关闭按钮。

4．2 系统介绍界面

在一个淡化了的手术室照片背景下，用文字简单介绍了本监控系统的作用的使用方法。

4．3 系统流程界面

本界面为监控系统的一个重要界面，背景为另一个淡化了的手术室照片，在界面上按系统的工作流程给出了所有的元件设备的名称，采集参数的实时数据，输出设备的工作状态，即处于运行状态或停止状态。

4．4 时间显示界面

传统的手术室时间显示采用数码管方式，有的甚至使用时钟等落后的时间指示。且放置不同的位置，不利于手术操作的进行。本系统将北京时间、手术时间、麻醉计时时间等用大字体，醒目地显示在同一界面上。对麻醉计时、手术时间放置有“计时开始”、“计时结束”及“计时清零”等按钮，与安装在电脑外的计时控制按钮共同作用。

4．5 实时参数显示界面

本界面用表格的方式，显示各采集参数的实时数据。并设有最近数据查阅栏，分别可以查阅最近5 分钟、10分钟、15 分钟、20分钟内的数据。

4．6 参数的设定报警信息界面

监控系统的目的是要把手术室的环境参数控制在需要的状态。本界面对每个环境参数均设有上、下限数值输入窗，以便现场工作员进行调整和设计。当任何参数超过限定范围时，显示屏将出现颜色改变及相应报警文字信息，表示参数已超过限定值，及时提醒现场人员。与时同时，系统将通过对执行机构的智能控制，自动调整环境参数。参数恢复正常后，报警也自动解除。

4．7 历史数据界面

历史记录界面是为了查阅历史资料设置的，所以收集的信息和报警均以数据库的方式永久保存。所有数据资料均可以打印，或刻录成光盘备份。

4．8 手术基本信息界面

该界面主要记录了历史或当前的手术操作过程的具体内容，管理人员能查询到何时进行何种手术，手术的起始及结束时间，参与手术的人员（主刀医生、护士）、患者资料及手述过程中一些特殊情况等信息。

5 程序设计

为保证手术室监控正常工作，我们设计了系统启动程序，系统关闭程序，计时器控制程序，循环程序等，以下就循环程序作简要介绍。

5．1 循环程序运行框图

5．2 程序运行说明

5．2．1 温度参数由空调机控制，采用PIP 调节控制，维持温度恒定。

5．2．2 湿度参数由除湿机控制，采用PIP 调节控制，维持湿度恒定。

5．2．3 室内风速参数由变频器控制，以控制送风机的送风量和风压，采用PIP调

节控制，维持风速稳定。

5．2．4 新风比参数由新风阀控制，通过调整新风流量以保持室内空气的新鲜。

5．2．5 高效滤器阻力、中效滤器阻力、初效滤器阻力，三个参数主要检查送风系统三级过滤装量，若某一阻力参数超过限定值，说明该过滤器需要更换。

6 系统实现的主要功能

基于对手术过程中存在的问题及系统适用性的考虑，本系统实现了如下主要功能：

6．1 定时监测和调节某些参数

能定时监测并及时调节手术室内的洁净度、压差、风速、温湿度、CO2/O2、室内医用气体压力等参数值，并对电磁阀、变频器、空调机、除湿机、新风阀、风鸣器的工作过程进行自行控制，使手术在良好的环境下顺利进行，从而保证手术的安全性。

6．2 数据的记录与存储

监控系统对各环境参数进行了全程监控的同时，也将相关的数据记录和存储下来，这些数据包括所测得的环境参数和现场拍摄的图像信息。这样不仅能满足学术讨论和远程教学的需要，而且还能为医疗纠纷提供充分的依据和保障。

6．3 视频监控、呼叫对讲

洁净手术室内的电脑是通过宽带网与医院监控中心相连。监控中心可通过显示屏观测手术的全过程及各种参数，当发生紧急情况时，可以实现手术室与监控中心的呼叫和对讲。

6．4 报警

系统装配有报警器，当手术室出现以下几种情况将会发出报警信息：①洁净手术室内的环境参数超越所设的范围；②监控系统出现故障；③烟感控测器发出感应信息，医疗人员可在处理故障后解除警报。

利用自控技术、信息技术和多媒体技术相结合对手术室进行智能监控，实现洁净手术室的数字化、智能化、信息化，有利于提高手术室的工作质量，提高医院现代化管理水平。