基于RFID的醫(yī)療設(shè)備使用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

林洋，諸強，高敏，安崢，高海鵬

1.中日友好醫(yī)院 醫(yī)學工程處，北京100029；2.北京交通大學 計算機與信息技術(shù)學院 生物醫(yī)學工程系，北京100044

基于RFID的醫(yī)療設(shè)備使用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

林洋1，諸強2，高敏1，安崢1，高海鵬1

1.中日友好醫(yī)院 醫(yī)學工程處，北京100029；2.北京交通大學 計算機與信息技術(shù)學院 生物醫(yī)學工程系，北京100044

根據(jù)醫(yī)療設(shè)備管理現(xiàn)狀，設(shè)計了一套基于射頻識別（RFID）技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備使用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備使用狀態(tài)的定期監(jiān)測以及使用率的統(tǒng)計，取代了目前醫(yī)院通常所采用的人工統(tǒng)計設(shè)備使用率的方法，排除了人工統(tǒng)計數(shù)據(jù)方式的人為因素影響。

醫(yī)療設(shè)備；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)；射頻識別；使用率統(tǒng)計；醫(yī)療設(shè)備管理

0 前言

目前，國內(nèi)一般的大中型三甲醫(yī)院，其醫(yī)療設(shè)備大約在7000臺左右，近些年來，各大三甲醫(yī)院的門診量和手術(shù)量都在迅速增加，同時醫(yī)療設(shè)備的數(shù)量和成本也在急劇上升，如何全面準確的統(tǒng)計醫(yī)療設(shè)備的使用情況，已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)院管理的重要課題。醫(yī)院收集有關(guān)醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)的主要渠道有3種：一是登記本送到職能科室進行統(tǒng)計，這種直接面對面的統(tǒng)計便于溝通核查，但給使用科室增添麻煩；二是電話聯(lián)系報收數(shù)據(jù)，相對方便但容易出錯；三是利用醫(yī)院局域網(wǎng)填報，統(tǒng)計分析即時完成，其難點是要加強數(shù)據(jù)真實性和可靠性的監(jiān)控[1]。

上述第3種收集數(shù)據(jù)的方式采用了不同的數(shù)據(jù)收集渠道，但是使用情況數(shù)據(jù)其實都是通過臨床使用人員人工統(tǒng)計的方式得到的。人工統(tǒng)計的方式主觀性比較強，極易出錯，并且明顯增大了臨床工作人員的負擔。

本文基于射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）和無線局域網(wǎng)技術(shù)，建立了一套包含工作狀態(tài)查詢、設(shè)備維護預警、設(shè)備績效成本核算等功能的設(shè)備使用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以客戶端實時檢測、自動上報醫(yī)療設(shè)備使用狀態(tài)的方式，取代人工填報數(shù)據(jù)的過程，排除了人工統(tǒng)計數(shù)據(jù)方式的人為因素影響，解決了工作量龐大、繁瑣、易出錯的問題。

1 RFID簡介

RFID或稱無線射頻識別技術(shù)，是20世紀90年代開始興起的一項非接觸式自動識別技術(shù)。RFID是一項利用射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信號達到識別目的的技術(shù)。它具有精度高、適應環(huán)境能力強、抗干擾強、操作快捷、可遠距離同時跟蹤識別多個目標等許多優(yōu)點。

RFID系統(tǒng)大致由電子標簽、閱讀器、數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)3大部分組成。電子標簽由耦合元件及芯片組成，主要用來存儲被標識物數(shù)據(jù)信息；閱讀器主要由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路組成，用來讀取或?qū)懭腚娮訕撕炛械臄?shù)據(jù)。

電子標簽進入磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號就能憑借感應電流所獲得能量發(fā)出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息[2]。

2 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

醫(yī)療設(shè)備使用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)基于醫(yī)院內(nèi)部的辦公自動化網(wǎng)絡(luò)平臺，引入RFID技術(shù)實現(xiàn)對醫(yī)療設(shè)備身份的自動識別。在識別醫(yī)療設(shè)備身份的同時，客戶端還檢測流過設(shè)備電源零線的電流，監(jiān)測醫(yī)療設(shè)備當前的工作狀態(tài)，并通過無線局域網(wǎng)將醫(yī)療設(shè)備的身份信息和零線電流數(shù)據(jù)傳輸給服務器。

系統(tǒng)服務器實時接收客戶端發(fā)送來的設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，在線判斷、監(jiān)測設(shè)備當前處于離線、待機或是工作狀態(tài)；對醫(yī)療設(shè)備累計工作時間進行統(tǒng)計，根據(jù)預先設(shè)置的維護周期，向設(shè)備維護人員提供維護預警；根據(jù)各臺醫(yī)療設(shè)備每月的累計工作時間或工作次數(shù)，統(tǒng)計各臺醫(yī)療設(shè)備的使用績效成本，從而實現(xiàn)對醫(yī)療設(shè)備使用情況的全方位管理。醫(yī)療設(shè)備使用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)圖，見圖1。

圖1 醫(yī)院設(shè)備使用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

3 客戶端結(jié)構(gòu)

客戶端由電流檢測模塊、RFID識別模塊、中央控制模塊、無線傳輸模塊4部分組成，主要負責識別醫(yī)療設(shè)備身份信息、監(jiān)測醫(yī)療設(shè)備零線電流，并將上述身份信息和零線電流數(shù)據(jù)發(fā)送至服務器?？蛻舳说募軜?gòu)圖，見圖2。

圖2 客戶端架構(gòu)

3.1 電流檢測模塊

采用交流電流測量電路，對流過設(shè)備零線的電流值進行檢測，交流檢測電路的電路圖，見圖3。

圖3 交流電流檢測電路圖

圖中DL-CT11CL-10A/5mA為穿心互感器，初級電流的變化在互感器次級線圈上產(chǎn)生一個隨用電設(shè)備的用電電流變化而變化的感應電流。R1為采樣電阻，將交流電流信號轉(zhuǎn)化為交流電壓信號，經(jīng)整流后，送至運放進行放大。濾除高頻雜波后送至A/D采樣單元將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。

交流互感器輸入電流范圍為0～10 A，次級線圈的輸出電流范圍為0～5 mA，運算放大器輸出電壓為0～5 V。

新醫(yī)療設(shè)備在第一次投入臨床使用時，由操作人員啟動客戶端的測試模式。在測試模式下，操作人員先后分別使設(shè)備處于待機狀態(tài)和工作狀態(tài)，客戶端會自動測量記錄醫(yī)療設(shè)備的初測待機電流和初測工作電流，并將這兩個初測電流和設(shè)備的編號信息一同發(fā)送給服務器；服務器根據(jù)初測電流設(shè)定2檔閾值（待機電流閾值、工作電流閾值）：

待機電流閾值=初測待機電流×（1+10%）

工作電流閾值=初測工作電流×（1-10%）

由于各類醫(yī)療設(shè)備在待機狀態(tài)下的電流和在工作狀態(tài)下的電流差別很大，檢測到的零線電流值可以準確的判斷出醫(yī)療設(shè)備當前是處于待機狀態(tài)還是工作狀態(tài)。當檢測到的零線電流高過工作電流閾值，表示設(shè)備正在工作；高于待機電流閾值且低于工作電流閾值，表示設(shè)備正處于待機狀態(tài)。

3.2 RFID識別模塊

在新醫(yī)療設(shè)備入庫的時候，系統(tǒng)給醫(yī)療設(shè)備附加一個RFID設(shè)備標簽。該備標簽具有和醫(yī)療設(shè)備綁定的唯一RFID編號，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫中登記該RFID編號和對應設(shè)備的固定資產(chǎn)編號。

當醫(yī)療設(shè)備靠近客戶端時，電子標簽接收到射頻閱讀器發(fā)出的射頻信號，發(fā)出存儲在芯片中的該醫(yī)療設(shè)備的RFID編號信息。RFID識別模塊通過射頻閱讀器讀取醫(yī)療設(shè)備的RFID編號[3]，并將醫(yī)療設(shè)備的編號發(fā)送至中央控制模塊。

需要注意的是，RFID的信號通過不同頻段的電磁波進行傳輸和反饋，因此當它在醫(yī)療環(huán)境中運用時，要考慮到可能對醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾。電磁干擾信號可能會影響一些高敏感度的醫(yī)療設(shè)備和相應的診斷、治療和監(jiān)護進程。在IEC60601-1-2 《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1-2 部分：安全通用要求并列標準：電磁兼容 要求和試驗》中給出了在電磁環(huán)境中醫(yī)療設(shè)備抗干擾度的推薦距離，見表1。

表1 生命支持設(shè)備的抗干擾度水平

根據(jù)表1，為了避免RFID識別模塊對醫(yī)療設(shè)備的正常運行造成干擾，RFID識別模塊的選用及客戶端的安裝位置應滿足以下3項要求：① RFID識別模塊的最大輸出額定功率應＜ 80 mW；② RFID信號的頻段應避開ISM頻帶；③ 客戶端的安裝位置應與患者保持1 m以上的距離。

3.3 中央控制模塊

基于C8051F021單片機設(shè)計。主要負責完成下列3項工作：① 通過A/D轉(zhuǎn)換，將電流檢測模塊檢測到的零線電流模擬信號通轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；② 記錄RFID識別模塊獲取的RFID編號信息；③ 通過無線傳輸模塊，將零線電流數(shù)據(jù)和RFID編號信息通過無線傳輸模塊發(fā)送給服務器。

3.4 無線傳輸模塊

采用TLN13UA06 Wi-Fi模塊，該模塊具有體積小，功耗低的特點，內(nèi)置IEEE802.11協(xié)議棧以及 TCP/IP協(xié)議棧，客戶端通過無線傳輸模塊接入醫(yī)院內(nèi)的無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。無線傳輸模塊通過UART接口接收零線電流數(shù)據(jù)和設(shè)備RFID編號信息，隨后通過Wi-Fi經(jīng)由無線路由器發(fā)送給服務器。

4 服務器結(jié)構(gòu)

服務器軟件部分以數(shù)據(jù)庫為中心，由工作狀態(tài)接收模塊、工作狀態(tài)監(jiān)視模塊、工作狀態(tài)查詢模塊、維護預警模塊、績效成本統(tǒng)計模塊等模塊組成。

4.1 數(shù)據(jù)庫

儲存醫(yī)療設(shè)備的參考待機電流數(shù)據(jù)、參考工作電流數(shù)據(jù)，以及工作狀態(tài)監(jiān)視模塊分析得到的設(shè)備工作狀態(tài)信息。它包含工作狀態(tài)數(shù)據(jù)庫、檢測記錄庫、績效成本數(shù)據(jù)庫3個子庫，各子庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及相互之間的關(guān)聯(lián)，見圖4。其功能如下：

（1）工作狀態(tài)數(shù)據(jù)庫：以醫(yī)療設(shè)備的固定資產(chǎn)編號為索引，保存醫(yī)療設(shè)備的上次維護時間以及各次零線電路檢測的時間。

（2）檢測記錄庫：以檢測時間為索引，保存醫(yī)療設(shè)備在各個時間段內(nèi)的工作狀態(tài)。

（3）績效成本數(shù)據(jù)庫：以醫(yī)療設(shè)備的固定資產(chǎn)編號為索引，保存醫(yī)療設(shè)備的所屬科室、設(shè)備名稱等信息，用以計算醫(yī)療設(shè)備的績效成本。

圖4 服務器數(shù)據(jù)庫各子庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)聯(lián)

4.2 工作狀態(tài)監(jiān)視模塊

該模塊的工作流程如下：

（1）接收客戶端數(shù)據(jù)包，提取數(shù)據(jù)包中的零線電流數(shù)據(jù)和RFID編號信息。

（2）依據(jù)RFID編號在數(shù)據(jù)庫中查詢對應的固定資產(chǎn)編號。

（3）依據(jù)收到的零線電流數(shù)據(jù)，按以下條件判斷設(shè)備的工作狀態(tài)：① 當待機電流閾值＜零線電流＜工作電流閾值時，模塊判斷設(shè)備處于待機狀態(tài)；② 當零線電流＞工作電流閾值時，模塊判斷設(shè)備處于工作狀態(tài)；③ 當零線電流＜待機電流閾值的30%時，或者，服務器累計1 h未收到客戶端的數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)判斷設(shè)備處于離線狀態(tài)，即設(shè)備未接通電源。

（4）將檢測時間、固定資產(chǎn)編號、工作狀態(tài)這3項數(shù)據(jù)存入工作狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中。

4.3 工作狀態(tài)查詢模塊

訪問工作狀態(tài)數(shù)據(jù)庫及檢測記錄庫，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中保存的檢測時間和工作狀態(tài)，并通過計算可實現(xiàn)下列3種查詢功能：

（1）累計使用時間統(tǒng)計功能。對檢測記錄庫中處于在用狀態(tài)的時間段進行統(tǒng)計，累加得出設(shè)備的累計使用時間，并將該數(shù)據(jù)存入績效成本數(shù)據(jù)庫中。該數(shù)據(jù)是系統(tǒng)計算醫(yī)療設(shè)備的績效成本的主要依據(jù)。

（2）累計閑置時間統(tǒng)計功能。對檢測記錄庫中，處于待機和離線狀態(tài)的時間段進行統(tǒng)計，累加得出醫(yī)療設(shè)備的累計閑置時間，協(xié)助設(shè)備管理部門分析閑置原因，進行合理調(diào)配。

（3）應急調(diào)配查詢功能。訪問檢測記錄庫，查詢當前處于待機狀態(tài)下的醫(yī)療設(shè)備。在醫(yī)院發(fā)生突發(fā)事件需要緊急調(diào)配醫(yī)療設(shè)備時，為設(shè)備調(diào)配工作提供重要的參考信息。

4.4 維護預警模塊

該模塊主要提供定期維護保養(yǎng)預警和電池充電預警功能。

（1）定期維護保養(yǎng)預警。維護預警模塊訪問績效成本數(shù)據(jù)庫，查詢設(shè)備的累計使用時間。當某臺醫(yī)療設(shè)備的累計工作時間超過預設(shè)值時，提示設(shè)備維護人員對該醫(yī)療設(shè)備進行維護性保養(yǎng)檢查。

（2）電池充電預警。當內(nèi)部配有蓄電池的醫(yī)療設(shè)備的累計離線時間超過預設(shè)值時，維護預警模塊將提示設(shè)備維護人員將該醫(yī)療設(shè)備接入交流電源進行充電，以避免蓄電池長期未充電發(fā)生損壞。

4.5 績效成本統(tǒng)計模塊

（1）統(tǒng)計醫(yī)療設(shè)備用電成本。根據(jù)醫(yī)療設(shè)備功率和累計工作時間進行計算得出用電成本。

（2）統(tǒng)計醫(yī)療設(shè)備折舊成本。根據(jù)醫(yī)療設(shè)備購置價格、折舊年限以及月平均使用時間或使用次數(shù)，計算醫(yī)療設(shè)備的每小時折舊成本或單次折舊成本，計算方法如下：

折舊成本（元/h）=設(shè)備購置價格/(折舊年限×12×月平均使用時間)

折舊成本（元/次）=設(shè)備購置價格/(折舊年限×12×月平均使用次數(shù))

5 結(jié)論

RFID的技術(shù)在某些方面是條碼身份識別技術(shù)的一個延伸，它最重要的特點是支持移動的物體，在醫(yī)院管理中凡是可以用到條碼的地方都可以用RFID來替代[7-8]。本系統(tǒng)既可以實時監(jiān)測醫(yī)療設(shè)備的當前使用狀態(tài)，方便醫(yī)院管理部門進行靈活調(diào)配，又可以進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為醫(yī)療設(shè)備的績效核算和設(shè)備購置提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

（1）實時掌握全院搶救類設(shè)備、生命支持類設(shè)備（如呼吸機、除顫器）的放置地點、使用情況，在發(fā)生突發(fā)事件、群死群傷事件時，如果某個臨床科室出現(xiàn)搶救設(shè)備需求量激增，設(shè)備存量無法滿足使用需求的情況下，可以通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫查詢?nèi)禾幱诖龣C狀態(tài)下的搶救類設(shè)備，并及時進行調(diào)配調(diào)撥。

（2）對于除顫器、體外復蘇按壓系統(tǒng)、移動DR、移動X光機、移動CT等需要定期充電的設(shè)備，如果長期未進行充電，設(shè)備的蓄電池會出現(xiàn)損壞，為可能出現(xiàn)的搶救帶來不可預知的風險。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫可對全院需充電設(shè)備進行持續(xù)跟蹤，當設(shè)備超過1周未處于待機（充電）狀態(tài)，即會發(fā)出提示，提醒設(shè)備管理人員進行定期充電。

（3）成本核算。醫(yī)療設(shè)備的成本核算通常由如下3部分構(gòu)成：設(shè)備折舊成本、設(shè)備用電成本、設(shè)備耗材成本。過去傳統(tǒng)的成本核算方法中，設(shè)備耗材成本部分的統(tǒng)計計算是較為易于實現(xiàn)，但是設(shè)備折舊成本和設(shè)備用電成本由于難于統(tǒng)計，通常采用使用者主觀估算的使用次數(shù)或時間進行核算，得到的成本核算誤差較大。

本系統(tǒng)根據(jù)實時監(jiān)測到的零線電流，通過對比待機狀態(tài)和工作狀態(tài)下零線電流的差異，可以較為精確的統(tǒng)計出設(shè)備的使用次數(shù)和使用時間。通過月均使用次數(shù)，計算得到準確的設(shè)備單次使用折舊成本和用電成本。

本系統(tǒng)將RFID識別同電流的自動檢測相結(jié)合，通過監(jiān)測醫(yī)療設(shè)備的用電電流大小來判斷設(shè)備的工作狀態(tài)，提供了一種全新的醫(yī)療設(shè)備使用追蹤和管理方法。系統(tǒng)開發(fā)成本低（表2），值得同行借鑒。

表2 系統(tǒng)開發(fā)成本估算清單

[1] 徐新民,南玉萍,曹鐵軍,等．做好醫(yī)療設(shè)備使用統(tǒng)計的要點與意義[J]．醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2012,33(11):112-113．

[2] 方準．有源射頻識別技術(shù)(RFID)及其在醫(yī)院信息系統(tǒng)(HIS)建設(shè)中的應用展望[J]．醫(yī)療裝備,2007,(3):3-4．

[3] 林東曉,林霖,李偉鵬．基于RFID技術(shù)的醫(yī)院設(shè)備管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2013,28(3):54-55．

[4] 應悅,王志康,婁海芳．電磁兼容標準對RFID設(shè)備在醫(yī)療環(huán)境中電磁干擾的分析[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2014,29(9):62-64．

[5] 李磊．基于RFID技術(shù)的醫(yī)院消毒供應中心管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．中國醫(yī)療器械雜志．2012．36(2):106-108．

[6] 吳兵,郭曉軍,劉邦國,等．條形碼和電子標簽技術(shù)在醫(yī)院物流管理中的應用[J]．解放軍醫(yī)院管理雜志,2013,20(12):1139-1141．

[7] 胡興軍．RFID:醫(yī)院信息化建設(shè)的利器[J]．中國醫(yī)療器械信息, 2006,13(2):31-36．

[8] 吳兵,劉邦國,郭曉軍,等．軍隊醫(yī)院基于條形碼和電子標簽技術(shù)的物流管理系統(tǒng)[J]．實用醫(yī)藥雜志,2013,(8):757-759．

A RFID-Based Medical Equipment Using Status Monitoring System

LIN Yang1, ZHU Qiang2, GAO Min1, AN Zheng1, GAO Hai-peng1
1.Department of Medical Engineering, China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029, China; 2.Department of Bio-Medical Engineering, School of Computer and Information Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China

According to the current situation of the medical equipment management, this paper designed a medical equipment using status monitoring system based on RFID (Radio Frequency Identification) technology. The system realized the real-time monitoring of the using status of medical equipment and the statistics of the usage rate. Moreover, this system renewed the manual statistics method that was usually adopted in the hospital and eliminated the its influence of human factors.

medical equipment; status monitoring systems; radio frequency identification; usage rate statistics; medical equipment management

TP277

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.06.023

1674-1633(2015)06-0088-04

2014-11-03

2015-01-09

作者郵箱：13611036653@163．com