基于超高頻RFID醫(yī)院被服清點管理系統(tǒng)設(shè)計

王洪柱 張長利 龔優(yōu)東

1 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 （浙江 杭州 310006）

2 杭州靈孩科技有限公司 （浙江 杭州 310006）

內(nèi)容提要： 隨著醫(yī)院后勤體質(zhì)改革，被服清洗管理將會由第三方工業(yè)洗衣公司承接，在面臨數(shù)量巨大的被服時，具體數(shù)量是由人工來清點完成，如在病房內(nèi)收集時需要清點，在與洗衣公司交接時需要清點，同時需要公司與醫(yī)院工作人員進行核對，雙方都需要投入人力與精力，這給被服管理帶來了很大的挑戰(zhàn)。超高頻RFID（UHF Radio frequency Identification）技術(shù)日趨完善，逐漸被被用于服清點管理。結(jié)合被服清點管理要求與特點，提出基于UHF RFID醫(yī)院被服清點管理系統(tǒng)，對硬件部分進行了闡述尤其是UHF RFID標(biāo)簽的設(shè)計與測試。同時對軟件系統(tǒng)進行各個功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。

隨著醫(yī)院后勤體制改革，醫(yī)院會將后勤服務(wù)逐漸包給第三方機構(gòu)，以節(jié)約人力、物力、管理成本，讓醫(yī)護人員能夠集中經(jīng)歷專注于醫(yī)療和服務(wù)[1]。但是在這個過程中也面臨著諸多問題，如醫(yī)院的被服由第三方洗衣公司承接，因為我國工業(yè)洗衣起步晚，在面臨數(shù)量巨大的被服時，具體數(shù)量是由人工來清點完成，如在病房內(nèi)收集時需要清點，在與洗衣公司交接時需要清點，同時需要公司與醫(yī)院工作人員進行核對，雙方都需要投入非常大的人力與精力[2]。同時被污染的被服上會有人類免疫缺陷病毒、糞尿中的巨細胞病毒、沙門氏菌、輪狀病毒、肝炎病毒、隱孢子蟲等[3]，拆包和重新分類會造成不同科室間衣物交叉污染以及人被感染的風(fēng)險。傳統(tǒng)人工被服清點還存在以下問題：①未知原因丟失；②被服的洗滌次數(shù)由于無法準(zhǔn)確記錄，在用的被服也就無法精準(zhǔn)報廢和實時更替[4]；③總務(wù)部門被服庫存情況不清楚；④醫(yī)院被服是批量化定制，外觀除了大小外基本一致，人工計數(shù)容易發(fā)生錯誤。

RFID近年來在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展迅速，技術(shù)特點比較顯著，抗干擾能力強，無需人工干預(yù)即可識別被測物體，且無需電池供電，在高溫油污環(huán)境也可以照常使用。特別是超高頻RFID（以下簡稱UHF RFID）技術(shù)，可以實現(xiàn)遠距離的自動識別讀取寫入?；谶@些特點，它被廣泛應(yīng)用于物流控制和管理行業(yè)[5]。被服清點管理系統(tǒng)也因此選擇該技術(shù)為基礎(chǔ)，對被服注冊、收貨、送貨的整個清點過程進行管理，大幅減少人工參與，有利于醫(yī)院被服管理自動化系統(tǒng)的建設(shè)。

1.基于UHF RFID技術(shù)的被服清點管理系統(tǒng)的構(gòu)成

基于UHF RFID技術(shù)的被服清點管理系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分組成。系統(tǒng)軟件包含以下功能：被服登記、被服盤點、被服配送、報表統(tǒng)計查詢、科室管理、系統(tǒng)設(shè)置。硬件包含：服務(wù)器、上位機、UHF RFID電子標(biāo)簽、裝置UHF RFID讀寫器隧道等組成，其中硬件方面要選擇較可靠、穩(wěn)定的服務(wù)器機種，保證系統(tǒng)運行時的可靠性。軟硬件相互作用，共同組成被服清點管理系統(tǒng)。

2.基于UHF RFID被服清點管理硬件系統(tǒng)

UHF RFID系統(tǒng)主要由UHF RFID讀寫器、UHF電子標(biāo)簽、服務(wù)器、上位機組成。電子標(biāo)簽以紐扣形式縫入衣物，UHF RFID讀寫器發(fā)射射頻信號激活電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽天線獲取信號后進行數(shù)據(jù)反饋，完成交互工作，讀寫器對數(shù)據(jù)進行處理并記錄，反饋給服務(wù)器和上位機，完成一次讀寫交互過程。

2.1 服務(wù)器

提供系統(tǒng)服務(wù)與數(shù)據(jù)庫相關(guān)軟件的運行環(huán)境，為超高頻RFID編碼信息及其對應(yīng)的被服信息提供存儲查詢與支撐，具有備份容災(zāi)功能。對常用程序的服務(wù)端口和提示信息進行隱蔽，合理配置權(quán)限，提供強大的數(shù)據(jù)分析報表功能，進行多維度的統(tǒng)計，方便以后進行跟蹤追溯管理被服、記錄RFID標(biāo)簽的壽命周期。

圖1. 被服清點管理系統(tǒng)總體設(shè)計

2.2 上位機

采用B/S架構(gòu)，提供用戶使用的操作界面，用戶通過瀏覽器登錄界面進行相關(guān)數(shù)據(jù)查詢，比如每天的衣服清洗情況以及種類，并可接收RFID讀取器所讀取的變遷信息，并將相關(guān)信息實時傳給服務(wù)器儲存、分析，完成醫(yī)院被服注冊、洗滌、清點、回收、存儲、領(lǐng)用等環(huán)節(jié)。采用B/S架構(gòu)用戶無需復(fù)雜的安裝操作，院內(nèi)任意電腦即可相關(guān)查詢。

2.3 UHF RFID電子標(biāo)簽

UHF RFID電子標(biāo)簽有許多有點，信息存儲量大，讀寫距離遠，能夠很好的適用與各種惡劣環(huán)境。UHF RFID電子標(biāo)簽有芯片和RFID天線組成。標(biāo)簽芯片有全球唯一識別碼，保證標(biāo)簽使用上不會被重復(fù)和誤讀，很適合被服的使用。

2.3.1 UHF RFID設(shè)計（860MHz～960MHz）：包含天線阻抗匹配、功率傳輸與反射系數(shù)、天線的極化方式、估算偶極子天線在理想狀況下的阻抗。

圖3. 登錄界面

2.3.2 UHF RFID制作：偶極子天線的設(shè)計至關(guān)重要同時芯片與讀寫器的匹配與選擇也不能忽視。采取阻抗匹配和尺寸縮減的優(yōu)化設(shè)計方案，并對天線做仿真測試；根據(jù)標(biāo)簽使用中所處的高溫、高濕環(huán)境以及需要滿足的性能進行分析，選擇適合的封裝與制作工藝，并進行相關(guān)實驗測試驗證其滿足需求。天線采取電鍍法進行制作，因為該方法成本低、環(huán)保、可清洗、耐高溫，可以滿足大規(guī)模UHF RFID制作[6]。

圖4. 超高頻RFID電子標(biāo)簽的耐扭曲及耐污染測試

2.3.3 UHF RFID與被服集成工藝研究

目前采用的方式多為以紐扣外形縫制在被服表面。未來將采用更加方便、牢固的集成方式。

2.3.4 UHF RFID測試

被服在清洗過程中會被侵泡在高溫帶有洗滌劑的水中，為了使得被服清洗干凈，清洗機會用強大的機械力帶動水流對被服沖刷。在這一過程中被縫制在被服上的UHF RFID標(biāo)簽不僅僅要承受住機械應(yīng)力還要耐洗滌劑腐蝕。這對標(biāo)簽的封裝工藝、外表面材料都提出了更高的要求，本項目對所采用的標(biāo)簽進行相應(yīng)測試，以確認設(shè)計的標(biāo)簽?zāi)芎芎玫貪M足需求。如圖2所示，放入污液桶中進行UHF RFID的耐扭曲性、耐污染性與讀取率測試，實現(xiàn)批量清點，不拆包，有效防止二次感染風(fēng)險。

圖2. 數(shù)據(jù)交互

圖5. UHF讀寫器電路

2.4 UHF RFID讀寫器

UHF RFID讀寫器由電源模塊，天線基帶收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)接口模塊組成。

UHF RFID讀寫器的工作基本原理：READER發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基帶信號，電路經(jīng)過一系列信號調(diào)制，產(chǎn)生跟標(biāo)簽同頻的信號，為UHF RFID標(biāo)簽提供能量和信號，UHF RFID電子標(biāo)簽通過天線對能量進行收集和讀取，UHF RFID電子標(biāo)簽對READER發(fā)出的信號進行解碼解調(diào)然后反饋給READER讀寫器，讀寫器從而獲取存儲在標(biāo)簽芯片中的相關(guān)信息；讀寫器進行讀取信息并解調(diào)放大后，將信號送至處理器進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理[7]。另外，讀寫器可以通過LORA網(wǎng)絡(luò)或者以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與上位機和服務(wù)器進行交互相連，完成了數(shù)據(jù)的存儲記錄配置。

本設(shè)計的UHF RFID讀寫器可以把信息寫入電子標(biāo)簽，同時也可以的讀取電子標(biāo)簽所包含的信息。通過把它與UHF RFID被服盤點通道集成的天線互聯(lián)，識別出通過的被服數(shù)量；UHF RFID電子標(biāo)簽縫制于被服上，利用UHF讀寫器的讀取/寫入操作，可以將被服材質(zhì)、顏色、洗滌注意事項、擁有者等諸多相關(guān)信息與UHF RFID電子標(biāo)簽匹配好并通過上位機記錄在服務(wù)器中，并支持在線和遠程升級。難點主要是多標(biāo)簽的讀取率，防止漏讀，所以優(yōu)化天線性能以及采用多天線的方式進入冗余計算，實現(xiàn)100%的讀取率，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后進行計算反饋到終端機器、如有異常進行告警。

UHF RFID讀寫器相關(guān)電路組成和天線指標(biāo)

表1. 天線指標(biāo)

3.被服清點管理系統(tǒng)開發(fā)

首先對醫(yī)院使用場景進行梳理，對功能需求和性能需求等多方面進行走訪調(diào)研分析，提煉出了此系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，重點對基于RFID的被服系統(tǒng)的各個模塊進行詳細設(shè)計，經(jīng)過一系列的測試和修改基本滿足了醫(yī)院的使用要求，為醫(yī)院提供必要的技術(shù)支撐。

被服清點系統(tǒng)服務(wù)器采用ubuntu進行開發(fā)，系統(tǒng)實現(xiàn)語言采用JavaScript以及html，數(shù)據(jù)庫采用mysql。采用JavaScript做服務(wù)端開發(fā)，實現(xiàn)B/S的完整架構(gòu)，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)靈活、開發(fā)周期短、開放性好、易于維護與擴張，并且可以完成友好的用戶界面，方便操作，為用戶操作數(shù)據(jù)提供提示信息，具有較好的容錯性能。

系統(tǒng)模塊包含被服注冊、被服計數(shù)清點、被服分發(fā)、報表統(tǒng)計查詢、科室管理、系統(tǒng)設(shè)置、上位機UI界面設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計管理。

為了保證被服清點系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、安全、高效可靠地運行，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和時效性進行要求，要充分考慮被服系統(tǒng)當(dāng)前和未來擴張的可能性，使系統(tǒng)的處理能力和響應(yīng)時間能夠滿足被服系統(tǒng)使用者對信息處理的需求。

提高被服管理的工作效率，提高部門之間的協(xié)同，提升整體效率；降低冗余和不必要的信息積壓，減少成本；通過精準(zhǔn)的信息獲取，有助于及時作出調(diào)整。

3.1 UHF RFID被服清點管理系統(tǒng)工作流程，如圖6所示：

圖6. 被服清點管理系統(tǒng)工作流程圖

3.2 功能模塊設(shè)計

3.2.1 被服注冊：UHF RFID被縫制于被服上，然后由UHF RFID讀寫器對其進行注冊，醫(yī)生護士制服按款號關(guān)聯(lián)到具體使用人員。注冊模塊由被服注冊、標(biāo)簽更換、被服報廢等組成。每個RFID標(biāo)簽都有唯一的64 BITS UID序列號，并且不可改寫，通過注冊模塊查詢服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，進行統(tǒng)一寫入標(biāo)簽的存儲單元進行綁定，包含科室、人員信息、病床信息，初始化信息，并再服務(wù)器進行備份該信息，之后上位機或者服務(wù)器變可通過這個UID序列號進行反向查詢和統(tǒng)計。

3.2.2 被服計數(shù)清點：它是由盤點系統(tǒng)和配備UHF RFID讀寫器的特定通道來完成。當(dāng)接收和配送被服時，需要對其進行包裝，然后通過UHF RFID識別通道。UHF RFID讀寫器會自動識別通過通道的包裝物，通過計算將UHF RFID標(biāo)簽中包含的信息傳遞給上位機，上位機是對其進行數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計，實現(xiàn)高效、精準(zhǔn)追溯。然后將自動生成被服信息的數(shù)據(jù)保存于服務(wù)器。此外，在通道屏幕上也可以實時顯示統(tǒng)計并語音提示，方便工作人員進行二次核對，該顯示器可配置服務(wù)器和添加規(guī)則進行過濾異常標(biāo)簽和提示。設(shè)計圖如圖7所示

圖7. 被服清點隧道結(jié)構(gòu)圖

3.2.3 被服分發(fā)：對于專人專用的制服，需要送到各科室供應(yīng)醫(yī)生護士使用，有條件的醫(yī)院可以訂制加裝了UHF RFID讀寫器的發(fā)衣柜，醫(yī)生護士刷卡即可領(lǐng)到屬于自己專用的制服；各科室通用的病人制服、被褥、床單由專人通過識別被服UHF RFID標(biāo)簽領(lǐng)用送至各科室。

圖8. 被服管理界面

3.2.4 統(tǒng)計報表查詢：可以對被服所有注冊過的信息進行分類查詢、統(tǒng)計形成報表。如科室信息、被服的序號、衣物類型、被服被清洗次數(shù)、哪些被服將要報損等信息均可提前給出信息?？梢詫λ惺瞻l(fā)貨信息進行實時查詢，便于合理、有效追蹤，并且可以導(dǎo)出excel、方便打印和科室、洗衣工廠進行二次核對。

3.2.5 科室管理：科室管理是UHF RFID被服清點管理系統(tǒng)核心功能之一，包含科室被服清洗的調(diào)配計劃功能，可以知曉哪些科室需要清洗的是白大褂還是病人服以及其數(shù)量，需要清洗計劃，針對庫存進行實時動態(tài)管理和流轉(zhuǎn)，可以生成每日的科室安排表。

3.2.6 系統(tǒng)設(shè)置：可錄入科室信息、管理者與使用者信息、分配相應(yīng)權(quán)限與密碼。因本數(shù)據(jù)屬于醫(yī)院內(nèi)部管理用關(guān)鍵數(shù)據(jù)，因此除特定工作人員之外其他人員不得訪問。要求設(shè)有密碼登陸驗證功能，每個用戶在首次登錄時，必須修改初始密碼，最初的密碼不能再用，界面如圖9所示。

3.2.7 數(shù)據(jù)設(shè)計管理

數(shù)據(jù)庫管理是整套UHF RFID被服清點管理系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)和支撐。數(shù)據(jù)庫根據(jù)被服清點管理系統(tǒng)的實際需求和功能設(shè)計進行模型設(shè)計。高效的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)與應(yīng)用相結(jié)合，可以為應(yīng)用提供穩(wěn)定快速的保障。

被服清點管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)主要由科室數(shù)據(jù)類、人員數(shù)據(jù)類、被服數(shù)據(jù)類、設(shè)備數(shù)據(jù)庫類、標(biāo)簽數(shù)據(jù)類五部分內(nèi)容所構(gòu)成。每個數(shù)據(jù)類都是存儲與其對應(yīng)的具體信息。

圖9. 系統(tǒng)設(shè)置界面

如科室數(shù)據(jù)類一般存儲對應(yīng)的科室、被服數(shù)量，被服編號、每日計劃等信息。其中人員數(shù)據(jù)類、被服數(shù)據(jù)類、設(shè)備數(shù)據(jù)庫類、標(biāo)簽數(shù)據(jù)內(nèi)容是數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)，為實現(xiàn)其他功能提供數(shù)據(jù)支撐。而標(biāo)簽數(shù)據(jù)類是軟件設(shè)計的核心，不僅為系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)來源，還為用戶提供有力的分析統(tǒng)計依據(jù)。

4.小結(jié)

通過對污染被服清點便捷性、清洗被服清點便捷性、庫存盤點便捷性、院內(nèi)感染控制度進行了使用前后的滿意情況調(diào)查，無論是護士還是護工以及第三方工業(yè)清洗公司他們都表示非常滿意。

UHF RFID可以大批量讀取的特性，可以實現(xiàn)被服自動清點，減少甚至避免人工清點，提高了工作效率降低人力成本，同時又能減少源于人力清點造成的交叉感染風(fēng)險。實現(xiàn)了被服的精準(zhǔn)可追溯管理，利用系統(tǒng)內(nèi)的統(tǒng)計報表可知道哪些被服清洗次數(shù)、哪些被服被分發(fā)于哪個科室，并且大大降低被服的丟失率?？梢灶A(yù)估被服使用壽命為采購計劃提供決策依據(jù)。今后研究是進一步壓縮UHF RFID標(biāo)簽成本，制作更加耐機械力打擊的UHF RFID標(biāo)簽，可以一次性精準(zhǔn)識別更多的UHF RFID標(biāo)簽，為醫(yī)院管理提供更加科學(xué)可信的借鑒依據(jù)。參考文獻[1]張大偉.醫(yī)院后勤社會化管理的改革與探索[J].黑龍江科技信息,2011,15(1):130.[2]陳俊彪.醫(yī)改新政下國有醫(yī)院后勤管理的探討[J].臨床醫(yī)學(xué)工程,2010,17(6):136-137.[3]韋良枝,郭俊芳,李楠,等.人類免疫缺陷病毒感染與丙型肝炎病毒感染相互影響的研究[J].實用臨床醫(yī)藥雜志,2014,18(19):45.[4]陳勇,陸遙.基于AS3992的超高頻RFID閱讀器的設(shè)計及仿真[J].半導(dǎo)體光電,2013,34(1):158-161.[5]李曉慶.射頻識別技術(shù)理論及其在物流領(lǐng)域的應(yīng)用研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2008.[6]王青.超高頻RFID 小型化標(biāo)簽天線設(shè)計方法研究[D].河北工業(yè)大學(xué),2014.[7]馮曉紅,程崇虎,程景清.兩個重要改進提高了RFID讀寫器的性能[J].電子學(xué)報,2014,42(12):2495-2500.