基于半有源RFID 技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李良喆

解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九八〇醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 （河北石家莊 050000）

隨著現(xiàn)代信息化進(jìn)程的不斷加快，各行各業(yè)對(duì)于信息技術(shù)萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)的需求越來(lái)越高，醫(yī)療行業(yè)面臨著同樣的需求。在醫(yī)院的救治工作中，醫(yī)療設(shè)備具有十分重要的地位[1]。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，醫(yī)院不斷引進(jìn)各種各樣的醫(yī)療設(shè)備，醫(yī)療設(shè)備的數(shù)量日益增加，管理難度進(jìn)一步加大，這就給醫(yī)療設(shè)備的管理提出了更高的要求。尤其是如何對(duì)醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確定位管理已成為醫(yī)學(xué)工程科面臨的不可避免的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）技術(shù)以其采集數(shù)據(jù)快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)迅速成為自動(dòng)識(shí)別的主流技術(shù)[2]，其在物資管理尤其是醫(yī)療設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面的作用也日益凸顯[3]。

1 醫(yī)院需求分析

解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九八〇醫(yī)院是一所集醫(yī)療、教學(xué)、科研、干部保健等于一體的大型綜合三甲醫(yī)院，全院共有大、中、小型醫(yī)療設(shè)備共計(jì)7 300多臺(tái)（件），總價(jià)值達(dá)5.4億。醫(yī)院為方便快速對(duì)患者進(jìn)行救治和對(duì)醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行維修，不同科室、不同樓層、不同樓棟的醫(yī)療設(shè)備經(jīng)常會(huì)相互調(diào)用，如呼吸機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、微量泵、除顫儀等設(shè)備經(jīng)常會(huì)根據(jù)門(mén)診、病房或手術(shù)室的需求頻繁移動(dòng)，而設(shè)備的調(diào)用、借還及使用情況僅靠醫(yī)護(hù)人員的個(gè)人記憶或紙質(zhì)資料進(jìn)行記錄，因此設(shè)備位置不確定、設(shè)備運(yùn)行狀況不了解的情況時(shí)有發(fā)生。面對(duì)數(shù)量如此龐大的醫(yī)療設(shè)備的管理、維修工作，對(duì)醫(yī)學(xué)工程科工作人員來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。雖然現(xiàn)有設(shè)備資料記錄均為電腦化加紙質(zhì)資料記錄，但對(duì)于設(shè)備的精確定位、設(shè)備使用狀況及設(shè)備維修記錄等難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、高效的管理。本文將結(jié)合醫(yī)院實(shí)際情況，基于半有源RFID 技術(shù)設(shè)計(jì)了一種符合醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備高效管理要求的醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)，以期節(jié)省人力物力，使醫(yī)療設(shè)備的管理更加高效、準(zhǔn)確。

2 RFID 技術(shù)簡(jiǎn)介

RFID 技術(shù)是一種自20世紀(jì)60年代開(kāi)始商用并在80年代逐漸走向成熟的一項(xiàng)非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)和空間耦合（電感或電磁耦合）或雷達(dá)反射的傳輸特性來(lái)達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的目的[4]。作為管理精細(xì)化、科技化、信息化的產(chǎn)物[5]，這種技術(shù)具有可快速掃描、體積小、耐久抗污染、可重復(fù)使用、穿透性強(qiáng)可無(wú)屏障閱讀、數(shù)據(jù)容量大、安全性高等眾多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在物流運(yùn)輸、圖書(shū)管理、門(mén)禁控制、身份證件、供應(yīng)鏈及庫(kù)存跟蹤等方面。

RFID 技術(shù)的主要組成有標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、天線，在使用中還需要加上相關(guān)支持的軟、硬件。RFID 技術(shù)有多種分類(lèi)，按照應(yīng)用頻率可分為低頻（LF，135 kHz 以下）、高頻（HF，13.56 MHz）、超高頻（UHF，860～960 MHz）、微波（MW，2.4 G，5.8 G）；按照能源供給方式可分為無(wú)源RFID、有源RFID、半有源RFID 技術(shù)[6]。

無(wú)源RFID 技術(shù)發(fā)展最早，也最為成熟，工作頻率多為低頻、高頻及超高頻，因其價(jià)格低廉但識(shí)別距離較短（不超過(guò)1 m），因此主要用于公交卡、銀行卡、門(mén)禁卡、二代身份證等需要近距離接觸的領(lǐng)域；有源RFID 技術(shù)起步較晚，工作頻率多為超高頻和微波，其識(shí)別距離遠(yuǎn)（一般可達(dá)到30 m 以上[7]），但造價(jià)較高，因此主要用于智慧停車(chē)、智能交通等遠(yuǎn)距離識(shí)別的領(lǐng)域；半有源RFID 技術(shù)結(jié)合無(wú)源RFID 技術(shù)和有源RFID技術(shù)的特點(diǎn)，以低頻近距離觸發(fā)、微波遠(yuǎn)距離讀取，可完成較大范圍內(nèi)物品的精確定位，其價(jià)格相較于前兩種較為適中，因此多用于廠區(qū)人員定位等一定范圍內(nèi)大量個(gè)體的管理。

通過(guò)對(duì)無(wú)源RFID、有源RFID、半有源RFID 三類(lèi)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析可知，半有源RFID 既可以近距離定位，又可以遠(yuǎn)距離識(shí)別，且其造價(jià)適中，非常適合醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備的管理需求。

3 半有源RFID 技術(shù)工作原理

半有源RFID 也叫低頻激活觸發(fā)技術(shù)，是利用低頻近距離精確定位，然后通過(guò)微波進(jìn)行遠(yuǎn)距離識(shí)別[8]，通常由半有源低頻激活標(biāo)簽、低頻激活器、微波讀寫(xiě)器組成。半有源低頻激活標(biāo)簽內(nèi)部包括集成電路（integrated circuit，IC）、微型電池、天線，IC 中又包含低頻接收部分、微波發(fā)射部分、公共電路部分，微型電池負(fù)責(zé)給IC 供電，天線只作為向外發(fā)射信號(hào)使用。微波讀寫(xiě)器包含有RFID 射頻模塊（發(fā)送器和接收器）、控制單元及閱讀器天線。當(dāng)半有源低頻激活標(biāo)簽處于低頻激活器附近時(shí)，低頻激活器將處于休眠狀態(tài)的標(biāo)簽激活，標(biāo)簽內(nèi)部的集成電路開(kāi)始工作，微波發(fā)射部分通過(guò)天線向外發(fā)射RFID 信號(hào)，微波讀寫(xiě)器遠(yuǎn)距離識(shí)別標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)并讀取其中包含的內(nèi)容，同時(shí)還可以向標(biāo)簽發(fā)射信號(hào)并對(duì)標(biāo)簽內(nèi)容進(jìn)行編輯。半有源RFID 技術(shù)工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 半有源RFID 技術(shù)工作原理

當(dāng)微波讀寫(xiě)器接收完標(biāo)簽內(nèi)容后，還可以將讀取到的內(nèi)容通過(guò)無(wú)線或其他方式上傳至計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)集中處理標(biāo)簽信息。

4 半有源RFID 技術(shù)醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 半有源RFID 技術(shù)區(qū)域定位原理

半有源低頻激活標(biāo)簽只有在被低頻激活器激活后才能向外發(fā)射RFID 信號(hào)，而低頻激活器可做到精確激活的距離僅3 m 左右，考慮醫(yī)院內(nèi)病房、檢查室、手術(shù)室等均為單獨(dú)的小范圍空間，因此可以將這些單獨(dú)的房間與低頻激活器組合為一個(gè)定位基點(diǎn)，在每個(gè)房間均放置一個(gè)低頻激活器。半有源低頻激活標(biāo)簽內(nèi)的微波發(fā)射部分與微波讀寫(xiě)器配合，有效識(shí)別距離可達(dá)30 m，因此只需在每個(gè)樓層設(shè)置1～2個(gè)微波讀寫(xiě)器，便可全方位無(wú)縫覆蓋地收集各個(gè)標(biāo)簽發(fā)出的RFID 信息[9]。區(qū)域定位原理見(jiàn)圖2。

圖2 區(qū)域定位原理

將制作好的半有源低頻激活標(biāo)簽固定在設(shè)備上，當(dāng)設(shè)備被拿進(jìn)/出病房時(shí)，低頻激活器激活標(biāo)簽，標(biāo)簽向外發(fā)送標(biāo)簽獨(dú)有的ID 號(hào)、預(yù)存在標(biāo)簽內(nèi)EEPROM 中的數(shù)據(jù)及激活標(biāo)簽的激活器的地址碼等信息。微波讀寫(xiě)器識(shí)別收到的RFID 信號(hào)，實(shí)時(shí)向中心服務(wù)器發(fā)送標(biāo)簽信息。因?yàn)椴煌皖l激活器的地址碼各不相同，通過(guò)激活器的地址碼就可以確定設(shè)備所在的位置。而當(dāng)設(shè)備從一個(gè)病房移入另一個(gè)病房時(shí)，標(biāo)簽發(fā)送的激活器地址碼也會(huì)隨之改變，這樣就能動(dòng)態(tài)掌握設(shè)備的位置信息了。

標(biāo)簽內(nèi)EEPROM 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可根據(jù)需要通過(guò)微波讀寫(xiě)器或手持讀寫(xiě)器進(jìn)行修改，一般應(yīng)包含設(shè)備信息、使用情況等。設(shè)備信息主要包括設(shè)備名稱(chēng)、設(shè)備型號(hào)、出廠編碼、生產(chǎn)廠家、啟用日期等；使用情況主要包括使用科室、分管人員姓名、維修記錄等；如有需要，還可以添加其他信息。

4.2 半有源RFID 技術(shù)醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)構(gòu)架

基于半有源RFID 技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)主要組成部分包括半有源低頻激活標(biāo)簽、低頻激活器、微波讀寫(xiě)器、局域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、系統(tǒng)軟件。完整的管理系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

圖3 半有源RFID 醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)構(gòu)架

系統(tǒng)服務(wù)器可依托醫(yī)院現(xiàn)有的院內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器，微波讀寫(xiě)器與服務(wù)器之間的連接可以根據(jù)需要使用網(wǎng)線連接和無(wú)線局域網(wǎng)連接兩種方式，其中局域網(wǎng)無(wú)線連接可以通過(guò)開(kāi)放院內(nèi)網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)。當(dāng)微波讀寫(xiě)器接收到標(biāo)簽發(fā)送來(lái)的信息之后，便通過(guò)網(wǎng)線或內(nèi)置的WIFI 模塊自動(dòng)將數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器，服務(wù)器端安裝專(zhuān)門(mén)的信息處理軟件，軟件將信息進(jìn)行匯總處理后，便可得到每臺(tái)醫(yī)療設(shè)備的具體定位信息及使用情況。服務(wù)器內(nèi)的信息還可以共享，這樣使用科室及管理科室便可以通過(guò)安裝相關(guān)軟件的計(jì)算機(jī)掌握設(shè)備信息。

4.3 半有源RFID 技術(shù)醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)軟件

半有源RFID 技術(shù)醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)軟件作為設(shè)備信息管理的最后環(huán)節(jié)，需要實(shí)時(shí)接收、處理微波讀寫(xiě)器發(fā)送的醫(yī)療設(shè)備信息，并且能夠查詢(xún)和顯示設(shè)備的使用情況、所在位置等信息。系統(tǒng)軟件可以通過(guò)登錄賬號(hào)來(lái)查看和管理信息，不同身份人員的登錄賬號(hào)、管理權(quán)限不相同。臨床科室工作人員使用的賬號(hào)只能夠查看本科室設(shè)備的信息，醫(yī)學(xué)工程科管理人員的賬號(hào)可以查看全院設(shè)備的信息，并可以對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行更改。

以單個(gè)樓層為一個(gè)顯示單元，當(dāng)系統(tǒng)軟件接收到設(shè)備的信息后，匯總整理成制式表格，然后通過(guò)分析處理將設(shè)備的位置和名稱(chēng)等空間數(shù)據(jù)以顯示單元上小立方體的方式進(jìn)行標(biāo)示[10]，這樣工作人員便可直觀準(zhǔn)確地了解設(shè)備的位置情況。如果需要查詢(xún)某臺(tái)設(shè)備的使用信息，還可以雙擊護(hù)士站的電腦圖標(biāo)進(jìn)入查詢(xún)界面。顯示單元設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4。

圖4 醫(yī)療設(shè)備顯示單元

當(dāng)臨床科室工作人員登錄軟件后，點(diǎn)擊表示設(shè)備的立方體便可查看設(shè)備的詳細(xì)信息，詳細(xì)信息會(huì)以電子卡片的形式展示。以邁瑞心電監(jiān)護(hù)儀為例，其對(duì)應(yīng)的電子卡片見(jiàn)圖5。

圖5 心電監(jiān)護(hù)儀電子卡片（使用人員）

醫(yī)學(xué)工程科管理人員登錄軟件后，可以選擇使用科室，便可查看該科室的設(shè)備情況，點(diǎn)擊表示設(shè)備的立方體該設(shè)備的詳細(xì)信息同樣以電子卡片的形式展示，同時(shí)，醫(yī)學(xué)工程科管理人員的顯示界面可以對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行編輯。同樣以邁瑞監(jiān)護(hù)儀為例，其對(duì)應(yīng)的電子卡片見(jiàn)圖6。

圖6 心電監(jiān)護(hù)儀電子卡片（管理人員）

當(dāng)管理人員在計(jì)算機(jī)端對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行修改并確定保存后，系統(tǒng)軟件會(huì)通過(guò)服務(wù)器主動(dòng)向微波讀寫(xiě)器發(fā)送修改信息的指令，微波讀寫(xiě)器再對(duì)標(biāo)簽內(nèi)容進(jìn)行修改。對(duì)標(biāo)簽內(nèi)容的修改還可以使用專(zhuān)門(mén)配套的手持讀寫(xiě)器，這樣就可以在醫(yī)療設(shè)備維修完畢或更換配件后及時(shí)進(jìn)行記錄。

5 半有源RFID 技術(shù)醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）快速、精準(zhǔn)定位：半有源RFID 技術(shù)醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)基于半有源RFID 技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合無(wú)源RFID 的精確定位和有源RFID 的遠(yuǎn)距離識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)，可做到醫(yī)療設(shè)備的快速、精準(zhǔn)定位。（2）實(shí)時(shí)查詢(xún)和記錄：微波讀寫(xiě)器與管理系統(tǒng)服務(wù)器之間實(shí)時(shí)通信，醫(yī)療設(shè)備使用情況一旦發(fā)生變化，使用科室和管理科室可在第一時(shí)間掌握；同時(shí)微波讀寫(xiě)器與系統(tǒng)服務(wù)器之間通過(guò)有線和無(wú)線局域網(wǎng)兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將建筑對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懡抵磷畹?。?）可應(yīng)用范圍廣：目前半有源RFID 技術(shù)醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)只是針對(duì)醫(yī)院全部醫(yī)療設(shè)備的管理，但未來(lái)該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于其他物資管理方面，如醫(yī)用耗材管理、藥品管理、野戰(zhàn)物資管理等。

6 小結(jié)

本文通過(guò)對(duì)醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備管理需求的分析，結(jié)合RFID技術(shù)的發(fā)展，將半有源RFID 技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備管理，設(shè)計(jì)了半有源RFID 技術(shù)醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合無(wú)源RFID 的精確定位和有源RFID 的遠(yuǎn)距離識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用局域網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)，可極大地方便使用人員對(duì)醫(yī)療設(shè)備信息的掌握和管理。通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以達(dá)到對(duì)醫(yī)療設(shè)備快速、準(zhǔn)確定位及高效的管理，還能將醫(yī)學(xué)工程科工作人員從繁雜的工作中解脫出來(lái)，大大提高醫(yī)療設(shè)備的管理效率，更能對(duì)臨床科室的工作提供強(qiáng)有力的支持。