基于RFID技術(shù)的智能戰(zhàn)備藥箱系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

唐維維，王虹

1.解放軍醫(yī)學(xué)院 生物醫(yī)學(xué)工程研究室，北京 100853；2.解放軍第309醫(yī)院信息科，北京 100091

基于RFID技術(shù)的智能戰(zhàn)備藥箱系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

唐維維1，王虹2

1.解放軍醫(yī)學(xué)院 生物醫(yī)學(xué)工程研究室，北京 100853；2.解放軍第309醫(yī)院信息科，北京 100091

目的 提高軍隊醫(yī)療戰(zhàn)備物資的信息化管理水平。設(shè)計一種智能化戰(zhàn)備藥箱管理系統(tǒng)，對戰(zhàn)備醫(yī)療救援所需的藥品及物資進行快捷、安全、準確的智能化管理。方法 在戰(zhàn)備物資中嵌入相應(yīng)信息的射頻識別技術(shù)標簽，并在藥箱上安裝多天線巡讀模塊、藍牙模塊以及藥箱應(yīng)答器，最終實現(xiàn)與基于Android系統(tǒng)的手持PDA設(shè)備進行信息數(shù)據(jù)交互。結(jié)果 經(jīng)測試，本系統(tǒng)可對藥箱內(nèi)的所有藥品物進行實時自動分類統(tǒng)計管理，并可精確定位藥品位置，提供相應(yīng)藥品的使用說明。結(jié)論 本系統(tǒng)在戰(zhàn)備環(huán)境中大大提高了醫(yī)護人員的工作效率，并保證了用藥準確性及安全性，適合在軍隊醫(yī)院中推廣應(yīng)用，具有較大的可行性及發(fā)展空間。

戰(zhàn)備藥箱；射頻識別技術(shù)；閱讀器；戰(zhàn)略物資智能化管理

0 前言

相比于普通地方醫(yī)院，軍隊醫(yī)院由于其特殊的地位及戰(zhàn)備任務(wù)，需具備對各種突發(fā)事件做出快速反應(yīng)的能力以及更強的醫(yī)療保障能力。而戰(zhàn)備藥箱作為戰(zhàn)備工作中極其重要的一環(huán)，在軍隊醫(yī)院實施戰(zhàn)時快速反應(yīng)和醫(yī)療保障、抗震救災(zāi)以及國際維和等行動中均發(fā)揮著重要作用[1]。傳統(tǒng)的人工管理戰(zhàn)備藥品方式不僅會增加戰(zhàn)地醫(yī)生的工作量，還有可能造成管理上的錯誤。因此，設(shè)計一種管理高效、使用方便的智能藥箱管理系統(tǒng)具有十分重要的意義。

1 技術(shù)基礎(chǔ)

1.1 RFID技術(shù)

射頻識別技術(shù)（RFID）是一項已廣泛使用的無線傳輸技術(shù)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域得以應(yīng)用，例如供應(yīng)鏈監(jiān)控[2]、訪問控制[3]以及定位系統(tǒng)[4-5]。該技術(shù)通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，無須人工干預(yù)，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。一個完整的RFID系統(tǒng)通常由電子標簽以及與電腦系統(tǒng)連接的閱讀器組成[6]。

RFID系統(tǒng)通過閱讀器向嵌入或附著在物體上的電子標簽發(fā)射射頻信號，電子標簽接收到信號后將存儲的信息通過內(nèi)置天線發(fā)送給閱讀器，閱讀器對接收到的信息進行解碼達到識別物體的目的[7]。RFID技術(shù)以其獨有的優(yōu)勢，與藍牙技術(shù)、NFC技術(shù)等已成為物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中的核心技術(shù)[8]。

1.2 Android系統(tǒng)架構(gòu)

該智能戰(zhàn)備藥箱選用Android系統(tǒng)作為PDA的操作系統(tǒng)。Android系統(tǒng)是Google公司推出的專為移動設(shè)備設(shè)計的軟件平臺，其開源性為開發(fā)工作提供了很大的便利，同時Android系統(tǒng)還具有強大的應(yīng)用層API和豐富的傳感器功能，其開放的平臺有利于開發(fā)出各類應(yīng)用軟件，且完美與Google服務(wù)結(jié)合[9]。

Android操作系統(tǒng)架構(gòu)從頂層至底層可分為四個層次：應(yīng)用層、應(yīng)用程序框架、庫文件層與運行庫層、Linux內(nèi)核層，示意圖見圖1。而應(yīng)用程序一般是在Android系統(tǒng)架構(gòu)的應(yīng)用層進行開發(fā)設(shè)計。

圖1 Android系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

Android系統(tǒng)與服務(wù)器通訊主要包括Http、套接字（Socket）、Web Service、遠程調(diào)用協(xié)議（RPC）等方式[10]。其中，Web Service更適合為無線設(shè)備提供服務(wù)。Web Service技術(shù)兼具簡單性及復(fù)雜性、靜態(tài)性及動態(tài)性、平面性及復(fù)合性[11]，所基于的協(xié)議充分開放，因此該技術(shù)已逐漸成為Web上的重要組件，是創(chuàng)建可互操作、分布式應(yīng)用程序的新平臺[12]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

該智能戰(zhàn)備藥箱系統(tǒng)主要由智能戰(zhàn)備藥箱、基于Android系統(tǒng)的手持PDA以及服務(wù)器組成，系統(tǒng)架構(gòu)示意圖，見圖2。

圖2 智能戰(zhàn)備藥箱系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

藥品存放藥箱之前，需附著電子標簽，標簽內(nèi)的藥品相關(guān)信息經(jīng)配套的射頻閱讀器寫入，包括藥品名稱、批號、有效日期等。

智能戰(zhàn)備藥箱內(nèi)部裝備有射頻閱讀器，閱讀器內(nèi)的天線輻射電磁能量以向標簽提供電源保障其工作，同時吸收電磁能量使閱讀器能夠接收標簽發(fā)射的射頻信號[13]。本系統(tǒng)具有藥品定位功能，使用空分天線的定位識別技術(shù)[14]。該戰(zhàn)備藥箱共分為3層，每層有一個抽屜，每個抽屜分為若干個格子，根據(jù)需求存放不同種類的藥品或醫(yī)療器械。閱讀器天線使用屏蔽技術(shù)，以保證每組天線只能讀取其所在格子內(nèi)的藥品標簽，防止讀取結(jié)果錯誤。

當裝有藥品的抽屜被推入藥箱中，閱讀器即被激活，并發(fā)出特定的脈沖信號，使抽屜底部的天線開始工作，讀取該抽屜內(nèi)藥品的相關(guān)信息，同時將信息儲存在閱讀器中。而存儲在閱讀器中的信息就形成了一個本地數(shù)據(jù)庫[15]。該本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可通過藥箱上的無線應(yīng)答器經(jīng)WIFI或藍牙傳輸給醫(yī)護人員的手持PDA中，使醫(yī)護人員對其進行實時快速的管理。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該戰(zhàn)備藥箱軟件系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，依靠WIFI/藍牙為信息傳輸平臺，系統(tǒng)按照4層結(jié)構(gòu)進行設(shè)計開發(fā)，見圖3。

圖3 戰(zhàn)備藥箱軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.1 身份驗證

進入系統(tǒng)后，醫(yī)護人員需要在登錄對話框內(nèi)輸入用戶ID和密碼，待輸入項與數(shù)據(jù)庫中人員列表匹配后方可進入系統(tǒng)進行使用。該功能有效保障了系統(tǒng)的安全性，防止無關(guān)人員對系統(tǒng)進行操作，登錄界面見圖4。

3.2 存放藥品

在放入藥箱之前，所有的藥品均需粘貼已錄入藥品基本信息的RFID標簽，標簽中存儲的信息包括：藥品名稱、生產(chǎn)批號、有效期、使用說明等。然后將藥品放入對應(yīng)的存放區(qū)域內(nèi)，相應(yīng)的閱讀器會讀取標簽內(nèi)的信息，并將信息儲存在本地數(shù)據(jù)庫中，同時將信息發(fā)送至手持PDA及后臺服務(wù)器，醫(yī)護人員可通過軟件界面核對放入藥品的數(shù)量和位置，后臺服務(wù)器也可定時對數(shù)據(jù)進行更新。

圖4 智能藥箱管理系統(tǒng)登錄界面圖

3.3 取用藥品

當需要使用藥品時，工作人員首先在手持PDA上查找所需藥品的名稱，點擊查詢按鈕，顯示屏上即顯示所需藥品的所在區(qū)域及剩余數(shù)量，同時該藥品所在抽屜也會發(fā)出提示音，工作人員根據(jù)提示迅速找到該藥品。取出藥品時，相應(yīng)區(qū)域的閱讀器會讀取藥品所附著的RFID標簽中的信息，并發(fā)送至手持PDA。PDA在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中會將數(shù)據(jù)上傳至醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）服務(wù)器，更新藥品信息。

3.4 自動統(tǒng)計

當工作人員點擊PDA屏幕上的自動統(tǒng)計按鈕后，藥箱的閱讀器會開始工作，每個抽屜底部的天線開始對所在區(qū)域內(nèi)的藥品進行統(tǒng)計，數(shù)據(jù)由主系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理單元進行統(tǒng)計處理后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇DA上，工作人員可通過屏幕上顯示的數(shù)據(jù)快速得知藥箱內(nèi)所有藥品的種類和數(shù)量，大大提高了工作效率。

3.5 有效期查詢

通過對箱內(nèi)所有藥品上RFID標簽的讀取數(shù)據(jù)，藥箱可統(tǒng)計出即將超過有效日期的藥品名稱、數(shù)量及所在區(qū)域，并通過報警裝置及時提醒醫(yī)護人員優(yōu)先使用該藥品或?qū)ζ溥M行處理。醫(yī)護人員也可通過選擇有效期查詢界面查詢較為臨近有效期的藥品，優(yōu)先使用該類藥品。這一功能可有效防止藥品的浪費并保證病人的用藥安全。

3.6 查找藥品

醫(yī)護人員可在操作界面上選擇查找藥品模塊，在二級界面中輸入所需查找的藥品名稱或編號，點擊查詢按鈕，藥箱應(yīng)答器收到命令信號后，激活藥箱抽屜底部的天線，使其開始對其中的藥品上所附著的標簽進行讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后存放在藥箱應(yīng)答器中，當查找到與所要求的藥品一致的信息后，該藥品所在抽屜的指示燈即刻亮起，醫(yī)護人員可根據(jù)指示快速查找到相應(yīng)藥品。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)軟件設(shè)計選用基于Android系統(tǒng)的手持PDA，通過Eclipse進行相應(yīng)界面的編寫與功能的實現(xiàn)。Eclipse是一個開放源代碼的、基于Java的可擴展開發(fā)平臺，通過安裝不同插件可滿足不同開發(fā)語言的要求。在Eclipse開發(fā)環(huán)境中安裝安卓開發(fā)工具 （Android Developer Tools）即可進行Android系統(tǒng)的開發(fā)。

訪問數(shù)據(jù)庫的Web Service使用C#語言在Visual Studio 2008環(huán)境中編寫。Visual Studio 2008是微軟公司于2007年推出的一套完整的開發(fā)工具集，可以進行Windows程序開發(fā)，并可生成ASP.NET應(yīng)用程序、XML Web Service等，并且支持多種編程語言，如Visual Basic、Visual C++、Visual C#和Visual J#，為程序員的開發(fā)工作提供了許多便利。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫使用Oracle數(shù)據(jù)庫，使用ODBC對其進行訪問，并與醫(yī)院內(nèi)部的HIS進行融合。

系統(tǒng)硬件方面具體選型見表1。

表1 智能戰(zhàn)備藥箱硬件設(shè)計方案

5 系統(tǒng)測試

經(jīng)過實際測試，本系統(tǒng)可對登錄系統(tǒng)的人員進行有效身份驗證，保證了管理系統(tǒng)的安全性。藥品入庫及出庫時可通過附著在藥品包裝上的RFID標簽對藥品數(shù)量和相關(guān)信息進行自動讀取，提高了醫(yī)護人員的工作效率并保證了正確率。本系統(tǒng)還可對藥品的有效期進行查詢，使醫(yī)護人員快速準確了解該藥柜內(nèi)藥品的使用情況，保證有計劃地使用藥品，在保障了用藥安全的同時也避免了藥品浪費。該系統(tǒng)的查找藥品功能可使醫(yī)護人員在緊急情況下通過輸入藥品相關(guān)信息快速準確確定該藥品在藥箱中的位置，為搶救病人節(jié)約了寶貴的時間。

6 結(jié)論

在戰(zhàn)備環(huán)境中，該智能藥箱系統(tǒng)可保證藥品及器械取用的正確率及快速性，提高戰(zhàn)地醫(yī)生的工作效率，為救治傷員爭取寶貴的時間。該戰(zhàn)備藥箱還可保證藥品的安全性，降低了因藥品安全而引起的醫(yī)療事故發(fā)生率。廣泛使用該戰(zhàn)備藥箱可加快軍隊醫(yī)院的信息化建設(shè)，具有很大的應(yīng)用價值，可在軍隊醫(yī)院中推廣使用。

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Design and Implementation of the RFID-based Intelligent Combat-Ready Medicine Cabinet

TANG Wei-wei1, WANG Hong2
1. Research Room of Bio-Medical Engineering, Medical school of Chinese PLA, Beijing 100853, China; 2. Department of Information, the 309thHospital of Chinese PLA, Beijing 100091, China

Objective To manage the medical materials needed in the combat-ready medical aid in a fast, convenient, safe, accurate and intelligent way through design of an intelligent combat-ready medicine cabinet management system so as to improve the informatization management of combatready medical materials. Methods Through attachment of RFID (Radio Frequency Identifi cation) tags to medical materials and installation of the multi-antenna module, blue-tooth module and RFID reader to the medicine cabinet, information and data interaction with Android-based hand-held PDA (Personal Digital Assistant) devices were realized. Results The system proved its real-time automatically-classifi ed management and accurate positioning of medical materials, which also provided the use instruction for relevant medical materials. Conclusion The system could improve the work effi ciency of medical professionals and ensure the accurate and secure usage of medical materials, which was suitable for application in military hospitals and had a wide application prospect.

combat-ready medicine cabinet; radio frequency identification; reader; intelligent management of strategic materials

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.05.024

1674-1633(2015)05-0079-04

2015-01-22

北京市自然科學(xué)基金項目（4102065）。

本文作者：唐維維，碩士研究生在讀。

王虹，碩士，副研究員，解放軍第309醫(yī)院信息科主任。

作者郵箱：tww1990016@163.com