基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用高值耗材管理系統(tǒng)

張凱齊，楊耿煌，2

（1.天津職業(yè)技術師范大學 自動化與電氣工程學院，天津 300222；2.天津職業(yè)技術師范大學 天津市信息傳感與智能控制重點實驗室，天津 300222）

醫(yī)用高值耗材具有生命周期短、價格昂貴等特點[1-2]。由國家衛(wèi)生健康委、國家中醫(yī)藥局于2019 年發(fā)布并實施的 《醫(yī)療機構醫(yī)用耗材管理辦法（試行）》明確提出了健全高值耗材管理制度，要求對醫(yī)用高值耗材實行全過程追溯管理。基于以上方面，構建規(guī)范合理的醫(yī)用高值耗材管理體系已成為一種必然趨勢[3]。

目前，大多數(shù)醫(yī)療機構的醫(yī)用高值耗材管理流程存在以下弊端：①庫存管理不合理：高庫存浪費耗材，低庫存導致治療延遲；②缺乏標準化和規(guī)范化：缺乏操作規(guī)程和管理制度，導致耗材流失和錯費漏費[4]。

針對目前醫(yī)用高值耗材管理流程存在的缺點，本文設計并開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用高值耗材管理系統(tǒng)，實現(xiàn)耗材信息精確統(tǒng)計及庫存信息實時監(jiān)管，具有提升管理效率，規(guī)范管理流程的優(yōu)點。

1 系統(tǒng)結構

傳統(tǒng)醫(yī)用高值耗材管理流程如下：①醫(yī)療機構人工統(tǒng)計各科室高值耗材使用情況，確定所需的高值耗材種類和數(shù)量后與供貨商進行訂貨；②供貨商安排物流人員將高值耗材送達醫(yī)療機構；③醫(yī)療機構將高值耗材通過人工登記進行出入庫。

傳統(tǒng)管理流程依賴于人工統(tǒng)計，存在統(tǒng)計錯誤或庫存管理流程不規(guī)范等問題[5]。本文設計的醫(yī)用高值耗材管理系統(tǒng)在供貨商和醫(yī)療機構之間建立了一個有效的供應鏈管理系統(tǒng)，實現(xiàn)耗材庫存精確統(tǒng)計的同時幫助供貨商和醫(yī)療機構進行成本控制。供應鏈閉環(huán)流程如圖1 所示。

圖1 供應鏈閉環(huán)流程Fig.1 Supply chain closed-loop flow chart

本文設計的醫(yī)用高值耗材管理系統(tǒng)框架如圖2所示，主要包括終端和云服務器平臺兩部分。

圖2 系統(tǒng)框架圖Fig.2 System structure framework

1.1 終端

終端由主控模塊、射頻識別（RFID）模塊、無線移動通信模塊、指紋識別模塊與電磁鎖模塊構成。通過指紋識別模塊對用戶指紋信息進行讀取并控制電磁鎖打開柜門，利用RS-232 通信將讀寫器掃描到的RFID 標簽數(shù)據(jù)傳輸至主控模塊進行預處理并與操作人員信息進行綁定，再由無線移動通信模塊將分類打包的數(shù)據(jù)上傳至云服務器平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新。

1.2 云服務器平臺

以SQL Server 作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用于存儲高值耗材管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)[6]。通過與終端建立通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新。在Web 界面中提供查詢界面和篩選條件，可針對特定需求生成相應報表，對醫(yī)用高值耗材的使用情況進行分析和展示。

2 系統(tǒng)終端設計

2.1 主控制器模塊

該系統(tǒng)采用STM32F103ZET6 單片機作為主控模塊，作為一款高性能的ARM Cortex-M3 內(nèi)核處理器，配備大量外設接口，包括USB、I2C、UART 等接口，支持各種設備的連接和數(shù)據(jù)通信需求。滿足醫(yī)用高值耗材的管理系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，滿足醫(yī)用高值耗材管理系統(tǒng)運算速度和處理能力的要求。

2.2 射頻識別模塊

射頻識別模塊由RFID 標簽、讀寫器和天線組成[7]。RFID 標簽包含芯片和天線，讀寫器負責數(shù)據(jù)傳輸和控制設備，天線用于接收和發(fā)送RFID 信號。讀寫器接收到電磁場中的信號時，通過天線向標簽發(fā)送激勵信號使標簽中的芯片開始工作，將標簽中存儲的數(shù)據(jù)編碼成RFID 信號，并通過天線向讀寫器發(fā)送信號。讀寫器最終將數(shù)據(jù)傳輸至主控制器。模塊工作流程如圖3 所示。

圖3 射頻識別模塊工作流程Fig.3 RFID module work flow chart

2.3 無線移動通信模塊

無線移動通信模塊主要由RF 前端、基帶芯片、調(diào)制解調(diào)器和射頻開關等構成。無線移動通信模塊完成初始化后，通過運營商網(wǎng)絡自動獲取IP 地址，將主控模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸至云服務器平臺。

2.4 電磁鎖模塊

電磁鎖模塊是用電磁原理構建的一種硬件鎖，可通過控制電子開關實現(xiàn)門鎖的開閉和鎖緊。當需要打開醫(yī)用高值耗材柜時，只需要輸入正確的指紋信息，電磁鎖模塊便可迅速地將門鎖打開。本終端中，主控模塊與地分別連接電磁鎖的兩根狀態(tài)反饋線，根據(jù)IO 口的電平狀態(tài)控制電磁鎖的開閉。

3 云服務器平臺設計

云服務器平臺基于B/S 架構設計。SQL Server作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，通過Entity Framework 實現(xiàn)對SQL Server 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問和操作。采用MVC模式構建Web 應用，實現(xiàn)用戶界面的設計和交互。云服務器平臺操作界面如圖4 所示。

圖4 云服務器平臺操作界面Fig.4 Interface of cloud platform operating

對醫(yī)用高值耗材管理流程進行分析優(yōu)化后，得到云服務器平臺功能模塊包括耗材信息管理模塊、權限管理模塊、庫存管理模塊、報表管理模塊[8-10]。云服務器平臺功能結構如圖5 所示。

圖5 云服務器平臺功能結構圖Fig.5 Cloud platform functional architecture

耗材信息管理模塊：用于管理醫(yī)用高值耗材的基本信息，包括耗材名稱、規(guī)格、生產(chǎn)廠商、批次號等。

權限管理模塊：用于管理用戶的登錄和權限，包括用戶角色的定義和分配、權限的設置和管理等。

庫存管理模塊：用于記錄和管理醫(yī)用高值耗材的庫存情況，包括庫存數(shù)量、出入庫日期、存儲位置等，支持庫存的入庫、出庫、盤點以及對庫存進行查詢和統(tǒng)計分析功能。

報表管理模塊：用于生成各類報表和進行統(tǒng)計分析，包括耗材庫存報表、耗材使用情況分析、平臺操作記錄等，能夠根據(jù)用戶的需求生成定制化的報表和圖表，并提供數(shù)據(jù)篩選、排序和導出等功能[11-13]。

4 系統(tǒng)測試

為驗證系統(tǒng)是否實現(xiàn)預期功能，例如高值耗材的識別、追蹤、庫存管理等功能是否正常運作，優(yōu)化設計流程，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性?，F(xiàn)對終端與云服務器平臺進行聯(lián)調(diào)測試。

4.1 終端測試

終端設備以醫(yī)用高值耗材柜為載體，醫(yī)用高值耗材柜如圖6 所示。

圖6 醫(yī)用高值耗材柜Fig.6 Medical high-value consumables cabinet

測試主要內(nèi)容為醫(yī)用高值耗材柜門測試與射頻識別模塊讀取測試。終端測試流程如圖7 所示。

圖7 終端測試流程Fig.7 End-to-end testing flow chart

醫(yī)用高值耗材柜門測試：主要針對電磁鎖模塊進行測試。云服務器平臺與終端建立連接后，測試人員通過指紋模塊輸入指紋信息，通過無線移動通信模塊將所識別指紋信息發(fā)送至云服務器平臺與注冊信息進行對比，成功后向終端發(fā)送驗證通過信息，由主控模塊向電磁鎖傳遞開鎖指令，成功完成該流程則測試通過。

射頻識別模塊測試：對射頻識別模塊進行讀取測試與多標簽識別測試，測試RFID 模塊是否能夠同時讀取和區(qū)分多個標簽[14-15]，結合實際出入庫操作流程，設定讀寫器識讀功率為30 dBm，識讀范圍為2 m 以內(nèi)。耗材信息識讀準確率為100%則測試通過。

4.2 云服務器平臺功能測試

云服務器平臺主要功能為數(shù)據(jù)存儲管理與報表生成。測試主要驗證用戶登錄、耗材及庫存信息管理與報表生成等模塊是否正常工作，測試內(nèi)容如表1 所示。

表1 云服務器平臺功能測試內(nèi)容Tab.1 Content of cloud platform functional testing

4.3 測試結果分析

基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用高值耗材管理系統(tǒng)已在河南省鶴壁市人民醫(yī)院、天津市中醫(yī)藥研究院附屬醫(yī)院2 所三甲醫(yī)院部署應用。以天津市中醫(yī)藥研究院附屬醫(yī)院為例，全院醫(yī)用高值耗材種類共計900 余種，總數(shù)30000 余件，部署醫(yī)用高值耗材管理系統(tǒng)前后效果對比如表2 所示。

表2 部署系統(tǒng)前后對比表Tab.2 Comparison before and after system deployment

由應用結果數(shù)據(jù)可以看出，基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用高值耗材管理系統(tǒng)顯著提高了統(tǒng)計準確率，大幅縮短了統(tǒng)計時間，減少了因統(tǒng)計過程中出現(xiàn)誤差或耗材丟失給醫(yī)療機構帶來的損失，為醫(yī)療機構節(jié)約了運營成本及耗材管理工作人工成本。

5 結語

本文針對現(xiàn)行醫(yī)用高值耗材管理流程存在的缺陷，結合管理人員實際操作流程，設計了以射頻識別技術為核心的醫(yī)用高值耗材管理系統(tǒng)。應用物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)了醫(yī)用高值耗材全程可追溯管理。相較于傳統(tǒng)管理模式，規(guī)范了醫(yī)用高值耗材管理流程，提高了管理效率。云服務器平臺包含多個子系統(tǒng)和功能模塊，如耗材庫存信息管理、報表生成等，打通了信息管理、耗材出入庫、使用情況統(tǒng)計分析及等各個環(huán)節(jié)，使醫(yī)用高值耗材統(tǒng)計準確率得到顯著提高，有效避免了管理過程中出現(xiàn)清點誤差以及耗材丟失等問題，縮短統(tǒng)計時間的同時大幅減輕了管理人員工作量，為醫(yī)療機構節(jié)約了人工成本及運營成本，具有良好的應用價值。