iBeacon技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備定位管理中的應(yīng)用

陳長駿，徐盼盼，褚永華，朱鋒杰，諸涵東，張鞠成

1 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)工程部 （浙江杭州 310009）；2 浙江省人民醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)工程部 （浙江杭州 310014）

隨著醫(yī)療服務(wù)需求的持續(xù)增長以及醫(yī)學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，醫(yī)院每年都需購置大量設(shè)備，在實現(xiàn)新老儀器更替的同時保持先進的醫(yī)療技術(shù)。另外，用于診斷、治療、監(jiān)護的醫(yī)療設(shè)備一般處于使用、轉(zhuǎn)移和存儲狀態(tài)[1]，因此如何有效管理醫(yī)療設(shè)備，動態(tài)監(jiān)管其資產(chǎn)，實現(xiàn)設(shè)備使用率最大化成了各臨床科室亟需解決的問題。

近年來，基于物聯(lián)感知技術(shù)實現(xiàn)了遠程監(jiān)控的信息化管理，提高了管理的時效性，并為醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)對患者和設(shè)備的監(jiān)管提供了新的技術(shù)和可行方案?；诖?，相關(guān)研究者也提出了不同動態(tài)監(jiān)管的定位方法。徐志明等[1]將RFID技術(shù)用于醫(yī)療設(shè)備管理，介紹了該技術(shù)的組成和具體應(yīng)用。方河炎等[2]設(shè)計了一套基于Zigbee的醫(yī)療設(shè)備定位管理系統(tǒng)，對醫(yī)療設(shè)備的使用情況及位置進行監(jiān)控。熊冬生和陸偉[3]提出了GPS醫(yī)療監(jiān)護定位裝置，實現(xiàn)了對戶外活動患者的監(jiān)護。

1 醫(yī)療設(shè)備管理現(xiàn)狀

當(dāng)前大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備的管理方式仍停留在傳統(tǒng)的人為巡查模式，即分管工程師和臨床科室定期核查資產(chǎn)設(shè)備。該模式的弊端主要體現(xiàn)在以下幾點。

1.1 使用信息難以及時獲取

為提高設(shè)備使用率，減少醫(yī)療設(shè)備無功消耗，許多醫(yī)院已成立了設(shè)備租賃中心，對醫(yī)院使用頻率較高的常規(guī)設(shè)備（如呼吸機、監(jiān)護儀和空氣消毒機等）進行有償租借，實現(xiàn)醫(yī)療資源共享化[4]。目前，租借設(shè)備雖有專人管理，但由于備機量多，所以夜晚或周末期間有些備機是先由臨床科室相互借用，再通知管理員進行登記的，在此期間若不能及時更新設(shè)備放置位置、查詢歷史信息，可能出現(xiàn)租借費用計算偏差等問題，甚至導(dǎo)致設(shè)備遺失。

1.2 設(shè)備資產(chǎn)清單難以核查

醫(yī)院每年都會開展資產(chǎn)清單核查，現(xiàn)有的模式是由臨床科室與分管工程師依據(jù)最新的資產(chǎn)清單對設(shè)備進行一一核實，并根據(jù)實際資產(chǎn)狀況對已剔除的設(shè)備進行報損處理。但針對設(shè)備多、區(qū)域大的科室來講，其資產(chǎn)清點過程需要花費較長時間，同時還會導(dǎo)致物資報損的及時性無法跟進。

1.3 移動式設(shè)備難以管理

有些醫(yī)療設(shè)備需定期進行計量工作，以保證機器性能參數(shù)符合法規(guī)要求。實際使用中存在經(jīng)常需要轉(zhuǎn)運的設(shè)備，在計量期間若不能及時確認(rèn)其放置位置，容易導(dǎo)致漏檢。雖然臨床科室已安排設(shè)備管理員對設(shè)備資產(chǎn)進行管理，但人為監(jiān)管無法覆蓋到各個區(qū)域，一旦管理員不在崗，科室將無人對接設(shè)備在用情況。

針對上述醫(yī)療設(shè)備管理與實施過程中的現(xiàn)存問題，管理者也提出了相應(yīng)的改進方案。謝潔等[5]提出了對手術(shù)室設(shè)備設(shè)置定點定位的擺放模式，雖短期內(nèi)可見成效，但不利于長期管理。分析其原因為醫(yī)院設(shè)備多、分布散，僅依賴工程師或設(shè)備管理人員的定期巡檢以及查詢設(shè)備是否缺失的管理方法較為單一，后期難以開展清查工作，未實現(xiàn)對醫(yī)療設(shè)備的實時監(jiān)管和查詢。

2 主流無線定位技術(shù)比較

運用無線感知技術(shù)實時地獲取醫(yī)療設(shè)備位置信息是解決現(xiàn)存問題的關(guān)鍵。目前主流的室內(nèi)無線定位技術(shù)包括UWB、WIFI、RFID、iBeacon等。

RFID技術(shù)是利用電磁耦合原理，通過識別附在物品上的標(biāo)簽感知其位置，相關(guān)研究成果[6-7]在醫(yī)療設(shè)備靜態(tài)管理中得到應(yīng)用；但其本身不具備通信能力，只適用于特征區(qū)域，且不便與其他系統(tǒng)整合，因此對移動設(shè)備監(jiān)管的實時性較差。

WIFI技術(shù)是基于指紋法的定位技術(shù)，具有較高的定位精度；但實施前需要預(yù)先采集所有參考點的RSSI值作為指紋庫，其組網(wǎng)還需要打眼走線等，給網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)帶來了困難；另外，對于新放置的節(jié)點也需采集其RSSI并更新指紋庫。

UWB技術(shù)是一種新型無線通信技術(shù)，具有定位精度高、功耗低、穿透力強等優(yōu)勢，在室內(nèi)靜止或移動物體的定位上得到應(yīng)用。但該技術(shù)的硬件搭建所需成本高，后期不易與移動終端軟件進行聯(lián)合開發(fā)。

iBeacon技術(shù)是采用低功耗的技術(shù)，相比于UWB、WIFI、RFID等技術(shù)具有設(shè)備體積小、續(xù)航能力強、價格低廉和感知能力強的特性[8-9]，無需拉線布網(wǎng)，可靈活布置在樓宇的任意地點，對于后期維護和升級也十分方便。在智慧校園、商場、煤礦等區(qū)域，iBeacon已得到成熟的應(yīng)用[9]，且移動終端完備的開發(fā)環(huán)境便于用戶需求開發(fā)。借鑒該技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展，醫(yī)療領(lǐng)域選擇該技術(shù)對設(shè)備實施位置感知，主要因為醫(yī)院具有多層樓宇，且面積大、隔斷房間多，實際應(yīng)用中無需高精度定位（2～3 m即可）。

3 iBeacon技術(shù)概述

基于iBeacon定位技術(shù)的工作模式可分為主動式定位和被動式定位[8]。主動定位是將iBeacon信標(biāo)安裝在定位區(qū)域，并周期性發(fā)送信息到附近的接收單元，即定位端按特定周期主動獲取廣播源數(shù)據(jù)。雖然兩者均在低功耗狀態(tài)可工作，但被動式定位要求接收單元需持續(xù)工作，即不斷地接收數(shù)據(jù)源，功耗較大，不利于硬件的搭建和后期使用。因此，選擇主動式定位方式可低成本、高效地完成設(shè)備的定位管理。iBeacon技術(shù)的應(yīng)用不僅對硬件選擇有要求，對報文的相關(guān)參數(shù)配置也有要求。信標(biāo)發(fā)送的報文主要由UUID、Major和Minor組成1個iBeacon唯一標(biāo)識碼，其中UUID具有唯一性，用于區(qū)分當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的iBeacon與其他區(qū)域信標(biāo)，以避免發(fā)生錯誤標(biāo)記的情況，但對于同一樓宇所有iBeacon的UUID設(shè)置相同。Major標(biāo)識符是為了進一步標(biāo)記iBeacon的屬性，用于識別特定的所在區(qū)域，如同一樓宇不同樓層。Minor用于標(biāo)識iBeacon設(shè)備序列號，如同一樓層信標(biāo)的順序號。

4 基于iBeacon的醫(yī)療設(shè)備定位系統(tǒng)框架構(gòu)建

基于iBeacon技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備定位管理系統(tǒng)的搭建過程中，將其分成感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3部分。系統(tǒng)基本架構(gòu)見圖1。

圖1 醫(yī)療設(shè)備定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

感知層是由iBeacon信標(biāo)與定位終端組成，對iBeacon信標(biāo)的報文進行相關(guān)配置后，負責(zé)提供位置信息。定位終端固定在所需定位的設(shè)備上，負責(zé)接收來自信標(biāo)發(fā)送的數(shù)據(jù)包并上傳數(shù)據(jù)。定位終端內(nèi)部是由低功耗藍牙（bluetooth low energy，BLE）和LoRa通信模塊組成，其中BLE負責(zé)獲取周邊iBeacon信標(biāo)的數(shù)據(jù)，而通信模塊則周期性地將信息源傳送到LoRa基站，實現(xiàn)感知層與網(wǎng)絡(luò)層的通信。

網(wǎng)絡(luò)層為基站網(wǎng)關(guān)。基站網(wǎng)關(guān)是對不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)實時互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)載體的網(wǎng)絡(luò)傳輸。應(yīng)用中，該模塊負責(zé)對定位終端上傳的報文解析后重新打包，再利用以太網(wǎng)或GPRS上傳至數(shù)據(jù)處理單元。

應(yīng)用層由定位服務(wù)器、云端及用戶智能終端組成。定位服務(wù)器包括室內(nèi)結(jié)構(gòu)的地圖信息、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和目標(biāo)位置的測距算法，需注意在錄入的電子地圖上應(yīng)預(yù)先標(biāo)識信標(biāo)的位置。數(shù)據(jù)預(yù)處理單元用于對獲取的RSSI值進行濾波處理，以減少信號干擾，并篩選出信號最強的3個信標(biāo)。測距算法是利用三角定位法[8]獲取定位終端的坐標(biāo)位置，計算處理所得位置信息，并存放于云端，既可以保證數(shù)據(jù)的實時性，也便于歷史戳點的查看，最終以可視化界面將位置信息顯示在終端，方便管理者或調(diào)度人員及時了解其位置信息。

5 小結(jié)

本研究根據(jù)目前傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備監(jiān)管方面的問題，分析了當(dāng)前設(shè)備管理方面的不足；依托物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)闡述了當(dāng)前主流室內(nèi)感知定位技術(shù)的優(yōu)缺點，并針對iBeacon技術(shù)具有感知力強、易安裝和開發(fā)等優(yōu)點，介紹了該技術(shù)運用的工作模式及定位感知的相關(guān)參數(shù)；提出基于iBeacon技術(shù)設(shè)計了醫(yī)療設(shè)備遠程定位監(jiān)管的系統(tǒng)架構(gòu)，并介紹了系統(tǒng)各模塊的具體作用和功能。該方案的提出可為醫(yī)療設(shè)備全院分布的信息化管理提供有力支持。