基于RFID和物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)鏡清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：本文提出一種基于RFID和物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)鏡清洗系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由讀寫臺(tái)電路、下位機(jī)讀寫模塊、RFID射頻模塊等組成。系統(tǒng)通過RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)自動(dòng)采集內(nèi)鏡洗消各工序動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)獲取相應(yīng)信息。RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和天線線圈設(shè)計(jì)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心，通過內(nèi)在的通信模塊將采集的數(shù)據(jù)上傳，通過遠(yuǎn)程通信上傳至上位機(jī)。在上位機(jī)端將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢和追溯。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)可以有效標(biāo)記每一條內(nèi)鏡的清洗、消毒和存儲(chǔ)過程，提高了內(nèi)鏡中心的管理水平和醫(yī)療護(hù)理質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：RFID；射頻；自動(dòng)識(shí)別；內(nèi)鏡清洗；追溯；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP39；TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）04-0-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.030

0 引 言

內(nèi)鏡中心（室）是醫(yī)院內(nèi)鏡診療及內(nèi)鏡清洗消毒于一體的科室，是醫(yī)院診療的核心部門，同時(shí)還負(fù)責(zé)對(duì)內(nèi)鏡及附屬物品的清洗、消毒工作，是控制和減少感染的重要部門。內(nèi)鏡高效清洗能夠避免影響手術(shù)和后期治療的效果，保障患者的生命安全。隨著醫(yī)療衛(wèi)生的高速發(fā)展，內(nèi)鏡中心（室）管理系統(tǒng)在醫(yī)院健康護(hù)理方面的要求越來越高，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的內(nèi)鏡中心（室）管理系統(tǒng)不僅能提高醫(yī)院管理效率還可以減少感染事故的發(fā)生[1]。

目前，醫(yī)院內(nèi)鏡追溯系統(tǒng)基本是記錄過程信息，規(guī)范性有所欠缺。本文設(shè)計(jì)的內(nèi)鏡清洗系統(tǒng)具有整體追溯方案，能夠規(guī)范清洗流程，比如在清洗時(shí)，如果操作人員不能按照標(biāo)準(zhǔn)流程操作，會(huì)提示報(bào)警。在全面深入了解了內(nèi)鏡中心（室）工作流程的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)的基于RFID和物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)鏡清洗系統(tǒng)還可以有效標(biāo)記內(nèi)鏡的清洗、消毒和存儲(chǔ)過程，并對(duì)其操作過程的狀態(tài)、位置和清洗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和追溯。此舉使得清潔過程更徹底，確保內(nèi)鏡的清潔度符合醫(yī)療衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，降低治療后感染再次發(fā)生的可能[2-3]。

1 基本原理

本文設(shè)計(jì)的內(nèi)鏡清洗系統(tǒng)采用非接觸式IC技術(shù)，利用射頻技術(shù)和IC卡相結(jié)合的原理，自動(dòng)采集內(nèi)鏡洗消各工序動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，自動(dòng)備份存檔，智能語(yǔ)音提醒、報(bào)警。如果操作人員未按照正常的工作流程操作，系統(tǒng)將語(yǔ)音提醒，全程輔助操作人員高效清洗。該系統(tǒng)具有報(bào)表查詢功能和報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能，可幫助管理者輕松掌握最新信息和工作流程。每個(gè)內(nèi)鏡和每位操作員都配有數(shù)據(jù)采集卡且卡號(hào)唯一。

內(nèi)鏡清洗消毒中心（室）標(biāo)準(zhǔn)操作流程：初洗、酶洗、次洗、消毒、末洗，記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后可進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，并根據(jù)需要打印記錄的數(shù)據(jù)[4]。圖1所示為系統(tǒng)整體應(yīng)用

結(jié)構(gòu)。

2 主要模塊設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)主要包括讀寫臺(tái)模塊、下位機(jī)讀寫電路、天線線圈設(shè)計(jì)、上位機(jī)軟件、網(wǎng)關(guān)控制器和語(yǔ)音播放電路等模塊。

2.1 讀寫臺(tái)模塊

讀寫臺(tái)控制器選用意法半導(dǎo)體ARM Cortex-M0核的32位

微控制器，72 MHz頻率，射頻基帶芯片采用MFRC522，集成在13.56 MHz。非接觸通信中的讀寫射頻卡芯片支持串口，SPI和I2C 3種通信方式。MCU控制器通過SPI接口、基帶芯片將天線接收的射頻卡信息轉(zhuǎn)至USB接口，傳輸給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)有效信息的讀寫，并通過上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理。圖2所示為讀寫臺(tái)原理。

系統(tǒng)選用的RFID標(biāo)簽是Philips 公司出品的Mifare One卡，其工作頻率是13.56 MHz，天線一體，將其密封在PVC卡片中，不易損壞。模塊可以將讀取的數(shù)據(jù)信息保存10年，可擦除改寫10萬次以上，讀無限次。讀寫臺(tái)主要負(fù)責(zé)建立上位機(jī)和射頻卡之間的通信，將射頻卡的信息通過USB轉(zhuǎn)至上位機(jī)（PC機(jī)）通用外部接口，讀寫臺(tái)接收上位機(jī)指令，向射頻卡寫入相應(yīng)信息，并從射頻卡中讀取數(shù)據(jù)信息[5]。

2.2 下位機(jī)讀寫模塊

下位機(jī)讀寫模塊的控制器部分選用ARM Cortex-M0核的32位微控制器，射頻基帶芯片選用MFRC522，接口芯片選用MAX232?？刂破魍ㄟ^SPI接口，利用天線接收來自射頻卡的信息，然后將信息轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)，通過Modbus協(xié)議將信息傳輸給觸摸屏。使用下位機(jī)讀寫模塊探測(cè)卡匣包上的射頻卡，探測(cè)成功后給予指示，并讀取數(shù)據(jù)信息傳輸至觸摸屏。圖3所示為下位機(jī)讀寫原理。

操作員在內(nèi)鏡清洗過程中，使用下位機(jī)讀寫模塊探測(cè)內(nèi)鏡設(shè)備上的射頻卡，探測(cè)成功后給予指示，并把讀取的內(nèi)鏡編號(hào)信息傳輸給控制器。下位機(jī)讀寫模塊通過485和控制器通信，遵循Modbus通信協(xié)議。

考慮到每一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能在同一臺(tái)設(shè)備上出現(xiàn)相同的步驟，因此為內(nèi)鏡清洗工作站的每一個(gè)槽子配備一個(gè)下位機(jī)讀寫模塊，以避免消毒槽占用時(shí)間過長(zhǎng)，影響后續(xù)流程。

2.3 天線線圈設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的讀寫臺(tái)電路和下位機(jī)讀寫電路均采用RFID射頻卡自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，天線線圈電路原理如圖4所示。

射頻卡又稱為非接觸式卡，通常由IC卡和讀寫器組成。IC卡不帶電源，當(dāng)讀寫器對(duì)IC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，即讀寫卡片時(shí)，讀寫器內(nèi)部天線振蕩電路產(chǎn)生通信頻率為13.56 MHz的信號(hào)，與IC卡內(nèi)部的L/C電路產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生瞬間能量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、修改和反饋。由于整個(gè)過程是非接觸式的，避免了插卡、拔卡帶來的電路磨損，使數(shù)據(jù)的讀寫操作過程更簡(jiǎn)單方便[6-7]。

2.4 上位機(jī)軟件

讀寫臺(tái)模塊和計(jì)算機(jī)通過USB接口連接。醫(yī)務(wù)人員通過上位機(jī)軟件對(duì)RFID射頻卡完成讀寫操作，射頻卡可多次重復(fù)使用，上位機(jī)可進(jìn)行權(quán)限管理，具有查詢、修改功能[8]；用戶可以使用上位機(jī)軟件，按照內(nèi)鏡中心工藝要求，編制射頻卡的詳細(xì)信息方案，如出廠設(shè)定、編號(hào)日期、密碼管理等；數(shù)據(jù)維護(hù)將射頻卡所對(duì)應(yīng)的內(nèi)鏡設(shè)備使用信息存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶通過上位機(jī)軟件查找記錄，對(duì)內(nèi)鏡清洗、消毒過程的每一環(huán)節(jié)進(jìn)行回溯、調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，揭示感染控制的薄弱點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)器械物品清洗、消毒不合格時(shí)，可及時(shí)召回，提高內(nèi)鏡的安全性。

2.5 網(wǎng)關(guān)控制器

控制器選用ZPKSE800，其包括2個(gè)485通信口，1個(gè)網(wǎng)口。其中一個(gè)485通信口通過Modbus協(xié)議和內(nèi)鏡清洗工作站中的每個(gè)RFID讀卡器通信；另一個(gè)485通信口和語(yǔ)音播報(bào)器通信。網(wǎng)口和上位機(jī)（PC機(jī)）通信，將內(nèi)鏡清洗信息傳輸給上位機(jī)追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)RFID和物聯(lián)網(wǎng)的交互。用戶只需在計(jì)算機(jī)或者手機(jī)APP中進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)用，就可以看到清洗階段的數(shù)據(jù)，如清洗時(shí)間和清洗溫度等，兼具實(shí)時(shí)性和可靠性[9]。清洗結(jié)束后，用戶可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢每個(gè)內(nèi)鏡的清洗信息并返回過程數(shù)據(jù)，做到數(shù)據(jù)可追溯和可查詢。

圖5所示為網(wǎng)關(guān)控制流程。

2.6 語(yǔ)音播報(bào)

語(yǔ)音播報(bào)器通過485接口和控制器連接，主要進(jìn)行報(bào)警提示，規(guī)范工作流程。

3 結(jié) 語(yǔ)

基于RFID和物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)鏡清洗系統(tǒng)能記錄全過程數(shù)據(jù)，包括清洗批次、清洗編號(hào)、清洗時(shí)間、清洗溫度等，其優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)鏡清洗設(shè)備控制系統(tǒng)可追溯兼容，大量存儲(chǔ)信息，記錄詳盡、便于查詢，可追溯性強(qiáng)，責(zé)任到人[10]。除此之外，系統(tǒng)還具備以下特點(diǎn)：

（1）數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存，可與醫(yī)院其他信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和實(shí)時(shí)傳遞。

（2）約束醫(yī)務(wù)人員規(guī)范操作，不可跳越或者逆轉(zhuǎn)操作，確保內(nèi)鏡清洗消毒的安全性。

（3）操作簡(jiǎn)單，提高了醫(yī)務(wù)人員的工作效率。

注：本人通訊作者為田大軍。

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收稿日期：2023-04-01 修回日期：2023-05-05

作者簡(jiǎn)介：高華婷（1985—），女，山東濟(jì)寧人，本科，工程師，研究方向?yàn)獒t(yī)療設(shè)備電子控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

賈榮華（1984—），女，山東泰安人，本科，工程師，研究方向?yàn)獒t(yī)療設(shè)備電子控制技術(shù)及軟件開發(fā)。

田大軍（1983—），男，山東濟(jì)南人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)獒t(yī)療設(shè)備電子控制技術(shù)、電路與系統(tǒng)研究。