Русский English

Басова Л.А., Мартынова Н.А., Кочорова Л.В.

Моделирование оценки надежности рентгендиагностической аппаратуры

Северный государственный медицинский университет, г.Архангельск

Введение

Для медико-технической промышленности проблема надежности имеет большое значение. Надежность является одним из самых важных показателей современной техники, поскольку от нее зависят такие показатели как качество, эффективность и безопасность.

Поддержание требуемого уровня надежности технических систем в процессе эксплуатации осуществляется путем проведения комплекса организационно-технических мероприятий, который включает в себя периодические технические обслуживания, профилактические и восстановительные ремонтные процедуры [1]. Периодическое техническое обслуживание медицинской техники направлено на своевременные регулировки, устранение причин отказов, а также раннее выявление отказов. Задачей любого технического обслуживания является проверка контролируемых параметров, выявление и устранение неисправностей, замена элементов, предусмотренная эксплуатационной документацией [2].

Важным вопросом организации управления надежностью является задача сбора данных об отказах оборудования. Зачастую сложно определить, случился ли отказ либо это повреждение, особенно для резервированного оборудования [3].

Методика

С целью анализа характеристик надежности медицинской техники нами была проведена оценка технического состояния медицинского оборудования отделений лучевой диагностики крупных ЛПУ г.Архангельска с учетом сведений из журналов технического обслуживания. Оценка технического состояния производилась для определения конкретного периода времени отказов для каждого конкретного аппарата.

Было выявлено, что наибольшее количество медицинской техники в городских ЛПУ используется менее 5 лет, и лишь одна единица оборудования находится в эксплуатации более 10 лет.

Основная часть

Нами было установлено, что наибольшая доля медицинской техники (43,0±0,2%) имеет степень износа в диапазоне 50-80%, 28,0±0,2% медицинской техники имеет степень износа менее 50%, и 29,0±0,2% техники уже выработала свой ресурс.

Хорошо известно, что в оценке надежности эксплуатации любого оборудования различают 3 периода: период приработки, период нормальной эксплуатации и период интенсивного износа (старения).

Период приработки начинается с выхода нового изделия из цехов завода и характеризуется высокой интенсивностью отказов, которая постепенно падает. Эти отказы обусловлены технологическими, производственными или конструкционными недостатками, присущими как самому изделию, так и производству.

Период нормальной эксплуатации характеризуется минимальной интенсивностью отказов. В период нормальной эксплуатации происходят внезапные отказы, которые имеют случайный характер. Период старения и износа характеризуется резким увеличением интенсивности отказов и связан с интенсивным износом и старением (постепенные отказы) [4].

Таким образом, период времени, в течение которого осуществляется процесс приработки медицинской техники, приравнивается к 1 году, поскольку в течение этого периода осуществляется гарантийное обслуживание оборудования, и инженеры, работающие в медицинских учреждениях, при возникновении самых незначительных неисправностей обращаются к специалистам сервисной организации. Следовательно, к концу гарантийного обслуживания устранено большинство конструктивных и производственных недостатков, что приводит к увеличению вероятности безотказной работы оборудования в дальнейший период. Срок эксплуатации медицинской техники, после которого наступает её износ, был принят равным 8 годам [5].

Распределение рентгендиагностической аппаратуры (РДА) по видам неисправностей приведено на рис.1.

Рис. 1. Распределение рентгендиагностической аппаратуры по видам неисправностей: здесь и далее 1 – сбой; 2 – незначительная неисправность; 3 – неисправность средней степени сложности; 4 – сложная неисправность

Рис. 1. Распределение рентгендиагностической аппаратуры по видам неисправностей: здесь и далее 1 – сбой; 2 – незначительная неисправность; 3 – неисправность средней степени сложности; 4 – сложная неисправность

Распределение рентгеновских компьютерных томографов (РКТ) по видам неисправностей приведено на рис.2.

Исходя из представленных данных, можно сделать вывод о том, что серьезные неисправности медицинского оборудования возникают редко, при этом суммарное количество сбоев, как у РДА (53), так и у РКТ (25), достаточно велико, что может быть связано с ошибками персонала при эксплуатации данных приборов.

Рис. 2. Распределение рентгеновских компьютерных томографов по видам неисправностей

Рис. 2. Распределение рентгеновских компьютерных томографов по видам неисправностей

В результате проведенного анализа было установлено, что техническое обслуживание оборудования оказывает значимое влияние на его надежность.

Анализ надежности является очень важной задачей, поскольку недостаточная надежность оборудования приводит к большим затратам на ремонт, простою оборудования, и, как следствие, к невыполнению требуемых задач [6]. Для количественной оценки показателей надежности медицинской техники используют модели надежности, под которыми понимают математические модели, построенные для оценки зависимости надежности от заранее известных или определяемых параметров. Моделирование надежности – это процесс прогнозирования или исследования надежности системы до ее ввода в эксплуатацию.

С целью разработки модели оценки надежности эксплуатации медицинского оборудования, нами были выделены следующие наиболее значимые параметры:

- срок службы медицинской техники;

- степень превышения нормы износа;

- пропускная способность аппарата

; - интенсивность отказов.

Срок службы медицинской техники оказывает наиболее значимое влияние на ее надежность, поскольку с увеличением срока эксплуатации снижаются показатели надежности оборудования. Оптимальный срок эксплуатации принимается равным 10 годам, что связано со значительным ростом количества неисправностей по истечении указанного срока.

Степень превышения нормы износа важна потому, что чем выше значение данного показателя, тем меньше надежность оборудования, и, следовательно, тем больше срок эксплуатации медицинской техники, что является нежелательным и связано с риском нанесения вреда здоровью пациентов и персонала.

Пропускная способность отражает нагрузку на аппарат и показывает, какое количество пациентов было обследовано на конкретном аппарате за определенный промежуток времени.

Показатель интенсивности отказов играет важную роль при определении надежности оборудования. Чем чаще возникают отказы, тем больше будет значение данного показателя, что неблагоприятно влияет на надежность оборудования и ведет к снижению пропускной способности конкретного аппарата.

В процессе ранжирования были определены границы доверительных интервалов рассматриваемых характеристик надежности с указанием минимального и максимального значения характеристики (табл.1). Для каждой характеристики надежности был введен весовой коэффициент wj (коэффициент значимости, в баллах от 1 до 5) таким образом, что при его увеличении значение целевой функции надежности Fj возрастает, а при уменьшении – убывает.

Таблица 1. Ранжирование значений характеристик надежности рентгендиагностической аппаратуры

Таблица 1.  Ранжирование значений характеристик надежности рентгендиагностической аппаратуры

Влияние данных параметров на степень надежности рентгенодиагностического оборудования представлено в табл. 2. С целью составления матрицы оценок характеристик надежности было проведено распределение параметров по рангам (табл. 3.).

На основании составленной матрицы было рассчитано значение целевой функции F, которая количественно отражает надежность конкретного аппарата:

 где wj – весовой коэффициент значимости j-й характеристики;αij – элемент матрицы, соответствующий i-му РДА по j-й характеристике.

Полученные значения целевых функций надежности для рентгенодиагностической аппаратуры приведены в табл. 4.

Таблица 2. Значения характеристик надежности рентгенодиагностической аппаратуры

Таблица 2. Значения характеристик надежности рентгенодиагностической аппаратуры

Таблица 3. Матрица оценок характеристик надежности рентгенодиагностической аппаратуры

Таблица 3. Матрица оценок характеристик надежности рентгенодиагностической аппаратуры

Таблица 4. Значения целевых функций надежности рентгенодиагностической аппаратуры

Таблица 4. Значения целевых функций надежности рентгенодиагностической аппаратуры

Для визуализации проведенного анализа полученные модели можно представить в виде графических образов, при этом каждый радиус-вектор соответствует конкретной характеристике надежности, а его длина – соответствующему рангу для конкретного аппарата. Сравнение графических образов моделей надежности рентгенодиагностической аппаратуры приведено на рис. 3.

По результатам представленных данных можно сделать вывод о том, что наилучшей надежностью практически по всем рассматриваемым параметрам обладает РКТ «Phillips Brilliance CT-64» (F=78), однако большая пропускная способность аппарата приводит к постепенному снижению надежности данного томографа.

Также была построена модель оценки надежности для 2 условных аппаратов, один из которых обладает наивысшей возможной надежностью, а другой имеет минимальную надежность, при этом значение пропускной способности было принято равным для обоих аппаратов.

Указанное обстоятельство связано с тем, что с точки зрения надежности аппарата он должен иметь наименьшую пропускную способность, но для больницы важно обследовать необходимое количество пациентов, что зачастую приводит к значительному увеличению пропускной способности аппарата.

Рис. 3. Сравнение графических образов моделей надежности рентгенодиагностической аппаратуры: 1 – срок службы, лет; 2 – степень превышения нормы износа, %; 3 – пропускная способность, человек/сутки; 4 – интенсивность отказов, 1/день

Рис. 3. Сравнение графических образов моделей надежности рентгенодиагностической аппаратуры: 1 – срок службы, лет; 2 – степень превышения нормы износа, %; 3 – пропускная способность, человек/сутки; 4 – интенсивность отказов, 1/день

Таблица 5. Определение минимально и максимально возможных значений целевой функции рентгенодиагностической аппаратуры

Таблица 5. Определение минимально и максимально возможных значений целевой функции рентгенодиагностической аппаратуры

Исходя из представленных данных, можно рассчитать, насколько надежным является каждый из эксплуатируемых аппаратов, при этом значение целевой функции надежности для каждого аппарата было выражено относительно максимально возможного значения функции и приведено в процентах. Полученные расчетные значения представлены в табл. 6.

Таблица 6. Относительный показатель надежности рентгенодиагностической аппаратуры

Таблица 6. Относительный показатель надежности рентгенодиагностической аппаратуры

Заключение

Нами было установлено, что наивысшей надежностью обладает РКТ «Phillips Brilliance CT-64» (95 %), поскольку аппарат достаточно новый (2010 г.) и имеет хорошее сервисно-техническое обслуживание. Наихудшей надежностью среди представленной рентгенодиагностической аппаратуры обладает РКТ «Siemens Somatom Emotion» (73%), который находится в эксплуатации немногим более 5 лет, при этом он имеет большую пропускную способность, что неблагоприятно сказывается на надежности данного аппарата.

Вывод

В среднем значение относительного показателя надежности для всех эксплуатируемых аппаратов составило 81,75±0,19 %, что свидетельствует о достаточно высоком уровне надежности рентгенодиагностической аппаратуры в лечебно-профилактических учреждениях г. Архангельска.

Следует констатировать, что такие характеристики, как срок службы аппарата, степень превышения нормы износа, пропускная способность аппарата и интенсивность отказов оказывают значимое влияние на надежность рентгенодиагностической аппаратуры в целом. Учет всех указанных факторов позволяет определить относительную надежность оборудования на всех этапах эксплуатации.


Список использованных источников:

1. Корчагин А.Б., Сердюк В.С., Бокарев А.И. Надежность технических систем и техногенный риск. В 2 ч. Ч. 1. Основы теории. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. – 228 с.

2. Шишмарев В.Ю. Надежность технических систем. – М: Издательский центр «Академия», 2010. – 304 с.

3.Федотов А.В., Скабкин Н.Г. Основы теории надежности и технической диагностики: конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 64 с.

4. Borg S. Direct-to-consumer marketing of durable medical equipment// Fam Pract Manag. 2012 Sep-Oct;19(5):17-20.

5. Sgalambro M.L., Nataletti P., Ioppolo F., Bernetti A., Santilli V. The use of medical equipment in medical rehabilitation: evidence and therapeutic aspects of security// G. Ital. Me.d Lav. Ergon. 2012 Oct-Dec.; 34(4):423-31.

6. Mattsson S, Vano E. ICRP perspective on criteria of acceptability for medical radiological equipment// Radiat. Prot. Dosimetry. 2013 Feb;153(2):158-60.


18.10.2013 14:10:00