基于物聯(lián)網(wǎng)的智能醫(yī)用織物管理系統(tǒng)研究與設(shè)計

郝夏毅，金順成，李崇偉

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學 自動化與電氣工程學院，天津 300222）

隨著醫(yī)院規(guī)模不斷擴大和信息化水平不斷提高，原有的后勤管理模式已難以滿足醫(yī)院的現(xiàn)代化管理要求，醫(yī)院后勤開始著手在維修、餐飲、設(shè)備、能源等領(lǐng)域逐步開展信息化管理[1]。 醫(yī)用織物管理作為醫(yī)院后勤工作中不可或缺的部分，近幾十年來的管理方法從未有所突破，目前仍采用傳統(tǒng)的手工方法進行作業(yè)，未能及時跟上醫(yī)院快速發(fā)展的節(jié)奏，不利于實現(xiàn)后勤服務(wù)科學化和精準化管理目標[2-3]。如何有效地跟蹤與追溯醫(yī)用織物的洗滌周轉(zhuǎn)過程，實現(xiàn)全生命周期精細化管理成為醫(yī)院管理者面前的一個重要課題。

有研究表明污織物分揀過程會產(chǎn)生可攜帶傳染性病原菌的飛塵或氣溶膠，不僅對病區(qū)空氣環(huán)境造成污染，還會增加織物收集人員的職業(yè)暴露及交叉感染風險[4]。 中華人民共和國衛(wèi)生行業(yè)標準《醫(yī)院醫(yī)用織物洗滌消毒技術(shù)規(guī)范（WS/T508-2016）》規(guī)定臟污織物和感染性織物應(yīng)進行分類收集，收集時應(yīng)減少抖動[5]。 同時，織物作為與患者和醫(yī)務(wù)人員具有直接皮膚接觸的物體，其本身的潔凈度也將直接影響患者及醫(yī)務(wù)人員的安全。 為解決上述隱患，減少污織物在回收管理時病菌傳播及交叉感染，本文研究并設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能醫(yī)用織物管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅極大緩解了污織物收集人員的工作量，避免了長時間和污織物接觸，降低了病菌感染風險， 同時對織物的整個生命周期進行實時監(jiān)控，有效避免了織物的過度使用、無故丟失及倉庫積壓等現(xiàn)象，從而提高了醫(yī)院對醫(yī)用織物的管理水平，節(jié)省了支出成本以及完善了院感規(guī)范。

1 系統(tǒng)概述

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能醫(yī)用織物管理系統(tǒng)充分考慮醫(yī)院織物各管理環(huán)節(jié)實際情況， 采用模塊化設(shè)計，以醫(yī)用織物為核心，依據(jù)織物種類可分為職工織物、病房織物、手術(shù)織物等，并可對任一類型織物進行專項管理。 同時，該系統(tǒng)可配合醫(yī)院的醫(yī)用織物管理，按職責劃分為后勤配送管理、手術(shù)織物管理、科室織物管理等，不僅實現(xiàn)了各科室業(yè)務(wù)可獨立開展、分步建設(shè)，可綜合管理、統(tǒng)籌規(guī)劃的目標，建立全院統(tǒng)一的醫(yī)用織物管理綜合服務(wù)體系，并將織物各個環(huán)節(jié)中的細節(jié)記錄到數(shù)據(jù)庫，有效追溯織物流轉(zhuǎn)狀態(tài)，并為成本核算、決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System structure

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能醫(yī)用織物管理系統(tǒng)由下位機控制系統(tǒng)和上位機織物管理系統(tǒng)組成。 下位機控制系統(tǒng)主要包含控制柜門開閉、識別醫(yī)用織物類別及數(shù)量、織物數(shù)量超載報警及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?該系統(tǒng)以STM32 單片機為控制核心，利用RFID 技術(shù)和4G 技術(shù)對醫(yī)用織物的種類及數(shù)量進行讀取及發(fā)送，其原理為：在每件織物上嵌入具有唯一識別碼的RFID 電子標簽，通過RFID 射頻技術(shù)讀取當前織物序列號，利用RS232 通信傳輸至單片機進行數(shù)據(jù)分類并打包， 使用4G 無線透傳技術(shù)將數(shù)據(jù)包發(fā)送至上位機。 以此方式能夠?qū)崿F(xiàn)織物在運送、存儲、回收等過程中，依靠設(shè)備自動識別記錄織物的當前位置、使用狀態(tài)以及操作人員等信息，滿足醫(yī)用織物的全流程閉環(huán)管理。

上位機織物管理系統(tǒng)主要基于ASP.NET 技術(shù)，使用MVC 設(shè)計模式構(gòu)建Web 應(yīng)用，SQL Server 為數(shù)據(jù)庫。 通過網(wǎng)頁訪問服務(wù)器，讀取服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，并與后臺數(shù)據(jù)進行對比，進行織物數(shù)量及狀態(tài)的更新及顯示。 后臺工作人員可通過管理賬號訪問網(wǎng)址，實時監(jiān)測織物的變化狀態(tài)，同時自動生成報表并保存在數(shù)據(jù)庫中以做備用。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 主控制器模塊

主控制器模塊身為整個基于物聯(lián)網(wǎng)的智能醫(yī)用織物管理系統(tǒng)的硬件控制核心，需滿足系統(tǒng)實現(xiàn)對控制要求、數(shù)據(jù)采集、處理及傳輸功能的實現(xiàn)。 本系統(tǒng)采用STM32F103ZET6 單片機作為主控模塊，包含以72 MHz 頻率運行的高性能ARM Contex-M3 32 位RISC 內(nèi)核，閃存512 KB，SRAM 64 KB 的高速嵌入式存儲器，以及多種增強型I/O 和外圍設(shè)備，在對程序的運行處理時效上具備了運算速度快、處理能力強、工作運行穩(wěn)定的特點，滿足下位機控制系統(tǒng)的要求[6-7]。

2.2 RFID 射頻識別模塊

RFID 射頻識別技術(shù)是一種自動識別技術(shù)，具有快速信息交換及存儲功能，主要通過無線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，實現(xiàn)非接觸式的雙向通信，并利用數(shù)據(jù)庫對當前所識別數(shù)據(jù)進行對比，從而達到了識別的目的[8]。 鑒于系統(tǒng)所安置環(huán)境需具備較高的穩(wěn)定性及抗干擾性，本系統(tǒng)選擇采用高性能的嵌入式UHF 超高頻電子標簽讀寫模塊， 其工作頻率為865～868 MHz，具有EPC C1G2（ISO 18000-6C）、GB/T29768 雙協(xié)議，讀取距離大于9 m，低功耗寬電壓，并結(jié)合高效碰撞處理算法，保持高識別讀取率，實現(xiàn)對電子標簽的快速讀寫處理[9]。

2.3 4G 模塊

4G 模塊具有通信速度快、網(wǎng)絡(luò)頻譜寬、通信靈活等特點。 該設(shè)備是指硬件加載到指定頻段，軟件支持標準的LTE 協(xié)議，軟硬件高度集成模組化的一種產(chǎn)品的統(tǒng)稱[10]。 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，本文采用WH-LTE-7S4 V2 型號作為4G 模塊， 其是一款插針式4G 模塊，實現(xiàn)UART 轉(zhuǎn)4G 雙向透傳功能；支持TCP，UDP；支持看門狗防護，穩(wěn)定運行。

2.4 門鎖模塊

門鎖模塊是由繼電器及電磁鎖模塊構(gòu)成。 本文選用CG-07E 型號作為門鎖模塊。 該模塊由U 型鎖扣、鋅合金鎖體、手動解鎖撥桿、電源線及反饋線組成。 其工作電壓可選DC 3/5/12 V，承受拉力500 N，工作環(huán)境為-15～55 ℃，滿足本系統(tǒng)的功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

上位機織物管理系統(tǒng)包含5 個子模塊，分別為檔案管理、織物管理、設(shè)備管理、出入庫和其他設(shè)置。 檔案管理包含醫(yī)院管理模塊及人員管理模塊，可對醫(yī)院和人員分別進行添加、刪除、修改信息等操作。 織物管理包含織物類型模塊、織物管理模塊和報損記錄模塊，可對織物的類型、織物的管理和報損記錄進行查看，并不同醫(yī)院的醫(yī)用織物種類進行增添及刪除操作，同時可導出該醫(yī)院的不同醫(yī)用織物的報損記錄。 設(shè)備管理包含設(shè)備管理模塊、凈衣柜明細模塊、凈衣柜日報表模塊、污衣柜明細模塊、污衣柜日報表模塊，可對醫(yī)用柜類型進行設(shè)置，同時記錄由該院所有污衣柜、凈衣柜的操作時間及人員，以及柜內(nèi)醫(yī)用織物種類及數(shù)量的變化。 出入庫包含織物出庫模塊、污物入庫模塊，可實時記錄醫(yī)用織物的流轉(zhuǎn)過程。 其他設(shè)置包含參數(shù)設(shè)置和修改密碼，可根據(jù)醫(yī)院病患流量及織物使用頻次進行設(shè)置及報警， 防止醫(yī)用織物流轉(zhuǎn)不暢等情況的發(fā)生。 上位機系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 上位機系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Overall function structure diagram of upper machine system

4 系統(tǒng)測試

首先，通過管理員權(quán)限進入織物管理系統(tǒng)平臺并添加人員姓名、角色、賬戶、密碼、所屬醫(yī)院等信息，之后登錄所建立的人員賬號，便可實時觀測該院實際醫(yī)用織物流轉(zhuǎn)狀態(tài)。 其次，對污衣柜、凈衣柜上電。 等待下位機系統(tǒng)初始化后，利用IC 卡分別刷開污衣柜、凈衣柜柜門，門鎖打開。 將不同種類的醫(yī)用織物分別放入污衣柜、凈衣柜內(nèi)，手動關(guān)閉柜門。最后，在織物管理系統(tǒng)平臺中，選擇污衣柜/凈衣柜日報表，即可看到當前放入柜中的醫(yī)用織物種類及數(shù)量，同時在凈衣柜柜門中所嵌的顯示屏中也可顯示當前狀態(tài)下柜中醫(yī)用織物種類及數(shù)量。 該系統(tǒng)已部署河南省人民醫(yī)院、河南新鄉(xiāng)醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院等進行實際使用測試。 測試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r對污衣柜及凈衣柜中不同種類、不同數(shù)量的醫(yī)用織物進行記錄，同時能夠?qū)⑺涗洈?shù)據(jù)上傳至織物管理系統(tǒng)平臺， 表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定正常，能夠方便快捷地記錄醫(yī)用織物流轉(zhuǎn)狀態(tài)。 織物管理系統(tǒng)平臺如圖3 所示，凈衣柜如圖4 所示，污衣柜如圖5 所示，凈衣柜顯示屏如圖6 所示。

圖3 織物管理系統(tǒng)平臺Fig.3 Fabric management system platform

圖5 污衣柜Fig.5 Cabinet in dirty fabrics

圖6 凈衣柜顯示屏Fig.6 Display screen of cabinet in clean fabrics

5 結(jié)語

本文針對現(xiàn)有醫(yī)用織物管理實踐中的難點與問題，結(jié)合醫(yī)用織物實際管理工作，借助醫(yī)用織物管理模式優(yōu)化方法，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的智能醫(yī)用織物管理系統(tǒng)。 本系統(tǒng)依托物聯(lián)網(wǎng)、RFID、4G 等技術(shù)，配合完善了醫(yī)用織物管理工作制度，將醫(yī)用織物管理的精細化水平提升到一個全新的層次。 本系統(tǒng)已部署并實現(xiàn)應(yīng)用。 應(yīng)用結(jié)果表明，本系統(tǒng)工作穩(wěn)定，性能優(yōu)異，平均每年可降低醫(yī)院相關(guān)成本30%。 系統(tǒng)同時優(yōu)化了醫(yī)院后勤管理體系，提高了管理工作效率，有效促進了醫(yī)院的智能化水平的建設(shè)。