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工业4.0时代来临:工业4.0在医疗产业中的应用

字号+ 作者:李彦良 来源:scitechvista 2018-09-11 23:15

“下班时,正思考着今天晚餐要煮什么,忽然冰箱传来讯息,告知所剩食材的列表及影像,还附带了推荐的食谱数据。”这已不是科幻电影中的超现实情节,而是真正未来的趋势─物联网。


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“下班时,正思考着今天晚餐要煮什么,忽然冰箱传来讯息,告知所剩食材的列表及影像,还附带了推荐的食谱数据。”这已不是科幻电影中的超现实情节,而是真正未来的趋势─物联网。物联网的类似自动化操控系统可以利用传感器搜集及控制机器、装置及人员的数据,也可以遥控家庭装置、汽车。搜集这些数据后,可以汇整成大数据并进行分析,然后依分析结果改善及监控。
 
物联网是工业4.0,也就是所谓的第四次工业革命的核心技术,又称为智能整合感控系统。主要是把现有的工业技术与产品整合在一起,建立一个具有资源效率的智能工厂,再透过大数据分析,直接产出一个符合客户需求的解决方案。其高度自动化以及可自动排除生产障碍的概念,已经在许多国家的计划中显现。
 
物联网与医疗产业
 
由于物联网具方便性与实时性,在需要严格控管质量的医疗产业中,这样的技术更形重要。广义来说,医疗产业是指与身心健康和疾病的预防、检查、治疗、照顾等行业相关的机构,包含各医疗器材及药品的制造与供货商,以及医院、诊所、检验所等医疗机构。以下便以医疗用冰箱监控为例,说明工业4.0在医疗产业中的应用。
 

透过标准温度仪器校正装在冰箱内部的传感器
 
在医疗产业中,最需要严格控管的是药品与检体。它们储存在一定的温度范围内,若温度控管不佳,将导致药品变质,病患误食后,后果不堪想象。至于检体的变质,则会导致检查结果错误,可能因此误判而延误就医时间,可见冰箱的温度控管在医疗产业中的重要性。
 
有时候冰箱运作虽然正常,但因开关次数频繁,或因门未关好,或碰到电力中断太久,都会使冰箱温度升高。研究显示,冰箱只要开启10秒,箱内的温度就会升高大约摄氏2到3度。另一种情况是,因散热不良或制冷器坏掉导致冰箱无法制冷。但不论是哪种情况,都必须立即处理,以免冰箱内的物品变质。
 
几年前美国哈佛大学麦克林医院(Harvard’s McLean Hospital)曾发生一起因冰箱故障而导致150颗冷冻脑袋坏掉的事件,这些脑袋样本主要是用来作自闭症、阿兹海默氏症、躁郁症等神经疾病的研究,若要再收集相同数量的样本约需要20年的时间。
 
这桩悲惨的事件肇因于冰箱温度的管控失效。原本医院的控管程序是两道警报系统及工作人员的定时检查,惟当时冰箱的温度虽然逐渐升高,但调温器仍显示正常,警报器当然没有触发。许久之后才发现这异常,但为时已晚,意外就此发生了。
 
另一起案例发生在2015年,也是因为冰箱温度控管不佳。美国一家儿童健康中心因冰箱的温度控制器无法正常运作,导致冰箱温度升高,因而破坏了十几种不同类型的疫苗,使得1,500名孩童接种了无效的疫苗,造成的损失达数百万美元。
 
由以上的案例可以知道冰箱温度控制器的重要性,因为冰箱内药品及检体的储存都需要有良好的温度监测能力,若失效不只造成金钱的损失,更让相关人员的性命暴露在危险中。为了防止这些弊害发生,许多医院已开始利用物联网监控平台及冰箱温度传感器控制温度,让医院的人员能在问题发生之初就实时解决,避免更大的危害。
 
物联网监控平台
 

WebEnv 2000 Manager系统架构图(图片来源:http://www.iotweb.net)
 
WebEnv 2000 Manager是一个物联网监控平台,它整合了各类型环境传感器、不断电系统、数字电表、冷气、摄录像机、门禁管理等设备,各种设备的警告讯号会透过 TCP∕IP 分布式网络,传送至警报中心,并整合实体警报设备,例如 LED 跑马灯、警告灯、闪光喇叭、计算机声响等,以图形化的接口显示。发生突发事件时,管理平台也可透过传送电子邮件、简讯等通知管理人员,并启动远程电子地图。
 
在医院及药库的控管方面,WebEnv 2000 Manager只利用到温度传感器的部分。把传感器装于冰箱内部,经由线路连接至主机,再把搜集到的数据透过网络传输到计算机,并利用特定软件开启与监控。不断电系统则是为了因应突发状况,像是医院突然跳电时,若没有不断电系统,感测系统就会停摆,而无法实时监控冰箱的温度是否正常。
 

具温度对象显示的电子地图,若发生异常,在电子地图上会以红色显现。

 
WebEnv 2000 Manager的管理接口还内建了电子地图,可以自动加载各种图档,像是png、jpg等,通常是楼层平面图。在加载地图后便可以加入各种对象,例如:温度、湿度、摄影机,自动更新各种传感器的状况,再透过浏览器监控各冰箱的实时状态。
 
透过物联网监控平台可以减少因为温度控管不佳而造成的风险与损失,因而必须提高温度控管的效率及正确性。且透过自动化温度读数与电子地图实时监看,减少医院及药库人员的工作负担,一旦数值出现偏差就须实时发出警报,提醒工作人员立即处理,以提升用药的安全和减少风险。
 
举例来说,当冰箱温度异常时,便会发动警铃,相关医疗人员于听到警铃后会立刻开启数字监控系统,系统内就显示温度异常的冰箱所在,并以红色数值显示,以利立即通知人员处理。
 

每日纪录审查,有最高温、最低温、平均温度,红色标计处是超出温度范围。
 
除了实时通报异常之外,WebEnv 2000 Manager还能做纪录审查。这项功能非常重要,因为温度对药物及检体的影响并非一天两天的事,而是需要长期的监控。从系统内的纪录审查可以知道每天冰箱内的平均温度、最高及最低温度。一般来说,药品的保存温度需介于摄氏2到8度之间,有些特殊药品对温度的要求更严苛,若保存超出温度范围恐怕会使药品变质,病患使用后可能造成严重的后果。
 
手机程序APP监控
 
近年来,智能手机可说是最流行的智慧设备,几乎人手一支,甚至因为它的方便性而取代了部分桌面计算机的功能。在工业4.0之下,物联网的概念越来越重要,为了方便监测整合的信息,物联网结合手机APP是不可避免的趋势。
 
在工业4.0与物联网所架构的环境中,应用在冰箱监测,透过传感器连接的嵌入式控制器须具备物联网的M2M的通讯架构。嵌入式控制器可以与其他机器、对象、应用平台等互动和通讯,并产生庞大的数据,这些数据经过处理和分析后能使控制优化。手机APP可以与嵌入式控制器联机操作,就是 M2M通讯架构的一种应用。
 

M2M手机APP应用
 
手机版的WebEnv 2000 Manager称为WebEnv2000 APP,是一个专业的管理平台。它用来整合物联网和其他设备,把各种传感器侦测到的警报事件,透过网络传输到WebEnv 2000的云端中心,同时传送推播讯息至手机。
 
迈向更完善的控管系统
 
过去发生了许多因为冰箱温度控管不佳而导致的医院意外及事故。以往温度控管主要依靠专人巡查,手动检查冰箱的温度,因此容易发生疏失。导入物联网监控平台之后,便能远程多点实时监控及管理冰箱的温度。一旦发生问题就会立即启动警报器,并以简讯、Email等型式寄送警示讯息通知人员维修。这种方式比起过往会更有效率,也更有利于解决问题,并让药品及检体能够保持一定的质量而不变质,防患灾害于未然。
 
在医疗产业中,除了温度控制之外,湿度及空气质量也需要监控。利用前述的整合系统能创造一个智能化建筑,让医院可以有安全的用药及治疗环境,以达成建筑安全、健康照顾、节能永续、便利及舒适等目标,满足人们的需求。











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