一種基于RFID技術的醫療救助系統設計

張文波　李寶正　鄧發旺

摘 要：該文簡要介紹了RFID射頻識別技術概念性知識，從醫療救助現狀、設計原理、關鍵技術等方面論述了基于該技術的醫療救助系統設計。

關鍵詞：射頻識別 電子標簽 醫療救助

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0044-02

射頻識別技術（RFID，即Radio Frequency Identifi cation）是從二十世紀九十年代興起并逐漸走向成熟的一項自動識別技術。由于大規模集成電路技術的成熟，射頻識別系統的體積大大縮小，因而開始進入實用化的階段。它利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據。它與同期或早期的接觸式識別技術相比，具有可非接觸識別（識讀距離可以從十厘米至上百米）、可識別高速運動物體、抗惡劣環境、保密性強、可同時識別多個識別對象等突出特點，因此它可在更廣泛的場合中應用。

最基本的RFID系統由3部分組成：標簽（Tag），由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；讀寫器（Reader），讀取或寫入標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；天線（Antenna），在標簽和讀寫器間傳遞射頻信號。

1 醫療救助現狀

醫療救助時刻存在于我們的日常生活中，其工作主要包含被救人員信息采集、醫療救治和醫療后送。病人信息采集主要依靠查詢既往病歷、詢問、化驗等的方式，了解病人的姓名、年齡、血型、過敏史等基本信息，從而確定傷勢、救治措施、傷員后送方式，以及后送注意事項等；

“病歷”是一種格式化的紙質表格記錄方式多以手工書寫文字和打勾填寫為主，多由個人保管。存在資料易破損，嚴重時導致信息殘缺不齊，丟失；填寫字跡潦草難認，傷情救治描述欠準確等諸多缺點；會影響緊急情況下對病人救治的連續性和有效性，嚴重者會導致錯過搶救的“黃金時間”對被救人員的生命造成危害。也不利于大面積醫療救助，例如在抗震救災過程中對大面積傷員的醫療救助；

2 基于RFID技術的醫療救助系統設計

2.1 設計思想

根據醫療救助現狀分析，如果將現代化計算機、通信、網絡和多媒體技術整合應用到日常醫療救助過程中，以射頻識別的方式實現傷員信息快速準確的讀取、處理、轉發，用以輔助傷員救助，提高日常環境醫療救助及自然災害環境下大面積傷員醫療救助的效率。

設計一種“電子載體”，可以將平時人們的血型、過敏史，既往救治等基本信息增加進去，取代紙質載體的病歷，并便于隨身攜帶。作為“電子載體”其具有容量大，不易破損，更利于各種傷員信息的收集、存貯、傳遞、分析、檢索等優點。采取RFID技術，使其成為電子標簽形式的存在。醫護工作人員可以通過讀寫器，快速提取病人的醫療信息，提高工作效率。

2.2 應用技術及系統組成

2.2.1 應用技術

該系統采用有源RFID技術，利用其在工作頻率和工作方式上的特點，提高和改善醫療救助過程中傷員信息采集、傳遞、貯存，提高救治效率；

頻率采用RFID行業專用頻率；調制方式采用MSK/FSK調制，以滿足支持更高的數據傳輸速率；

數據傳輸協議采用專用機制，確保數據在傳輸過程中的數據安全；

電子標簽采用“休眠”和“喚醒”機制，降低設備功耗；

采用多讀寫器環境下防干擾、沖撞方案設計，消除該應用場合下的干擾；

采用多標簽訪問防沖突算法，保證單個讀寫器對多個電子標簽目標同時讀取的成功率及可靠性。

2.2.2 系統組成

該系統由典型的RFID系統組成：主要包含電子標簽、讀寫器，讀取/寫入標簽信息的設備，分為手持式和固定式，天線。

系統擴展應用（大面積醫療救助）時，可以將讀寫器與計算機連接進入專用網絡或通過專用電纜與專用通信設備連接實現資源共享，以及醫療信息快速傳遞，從而對傷員進行及時救助。

系統工作原理框圖見圖1，顯示了各種使用方式。

2.3 關鍵技術實現

正常單一醫療救助時不存在信號沖突、成功率、可靠性降低等問題，重點是在大面積救助時會存在“多讀寫器讀寫電子標簽產生干擾、沖撞”和“批量讀取標簽時的干擾、沖撞”兩種情況，也是該系統要解決的關鍵技術。

2.3.1 密集環境下多讀寫器讀寫電子標簽的防干擾、沖撞設計

如圖1系統工作原理框圖中，存在多個讀寫器在一個有限的區域內同時讀取電子標簽ID號、標簽內容的情況，會導致多個讀寫器對電子標簽進行讀寫操作時無線信號沖撞及指令沖突。這是RFID技術關鍵難點之一；同時多個讀寫器之間和讀寫器與基站之間進行數據通信也存在信道占用問題，會導致通信可靠性降低。

針對以上問題，本系統采用“頻分”和“時分”工作機制：

電子標簽防沖突算法和讀寫器（無線數據收發設備）的“載波偵聽”機制均采用“時分”機制的Aloha（Aloha：一種無線數據通信協議）算法；

采用多信道跳頻的方案，將射頻識別和無線通信設置到多個信道中，在通信頻段內信道間隔為200kHz，信道之間互不干擾，從而降低了整個系統中的無線沖突。

實際使用時，不同的讀寫器所處的不同位置機構分別將電子標簽設置到不同的通信信道，讀寫器在相應的信道上對電子標簽進行操作。具體信道分配方案圖如圖2所示：

該系統中所有通信過程在專門劃分的“基礎信道”建立，然后根據隨機序列跳入到某個“工作信道”，在“工作信道”采用“載波偵聽”機制，當判斷為非占用信道時，雙方開始通信，否則隨機跳入下一個信道，再重復此過程。

2.3.2 多標簽訪問防沖突設計

該系統在使用過程中會出現批量讀取標簽的情況，故多標簽方沖突設計對系統核心讀取性能和工作能力起決定性影響，本系統采用ISO18000-7的Aloha防沖突算法，采用基于Aloha避讓原理實現標簽防沖突機制（如圖3）。

RFID讀寫器進行一個采集周期，按標簽的接收發射周期分為N各時隙，每個標簽隨機選擇一個時隙發射，將采集到的標簽發指令使其進入休眠，以減少沖突的概率。當連續三個采集周期都沒有新的RFID標簽被發現時，就認為采集周期完成，時隙的間隔可以根據實際碰撞情況動態調節。工作原理如圖3所示。

3 結語

有以上關鍵技術作為支撐，基于RFID技術的醫療救助系統，可以最大限度的提升醫護人員對傷員信息快速準確的讀取、處理、轉發，提高醫療救助效率，適用于目前日常環境及大面積自然災害環境下的醫療急救。

參考文獻

[1] [德]Klaus Fincenzeller著，射頻識別（RFID）技術——無線電感應的應答器和非接觸IC卡的原理與應用[M].陳大才編譯，王卓人審校，北京：電子工業出版社，2001.

[2] 游戰清，李蘇劍.無線射頻識別技術（RFID）理論與應用[M].北京：電子工業出版社，2004.

[3] 游戰清，劉克強，張義強，等.無線射頻識別技術（RFID）規劃與實施[M].北京：電子工業出版，2005.

[4] 張鐵軍.RFID（射頻識別）系統開發及應用研究[D].西安交通大學，2002.endprint

摘 要：該文簡要介紹了RFID射頻識別技術概念性知識，從醫療救助現狀、設計原理、關鍵技術等方面論述了基于該技術的醫療救助系統設計。

關鍵詞：射頻識別 電子標簽 醫療救助

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0044-02

射頻識別技術（RFID，即Radio Frequency Identifi cation）是從二十世紀九十年代興起并逐漸走向成熟的一項自動識別技術。由于大規模集成電路技術的成熟，射頻識別系統的體積大大縮小，因而開始進入實用化的階段。它利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據。它與同期或早期的接觸式識別技術相比，具有可非接觸識別（識讀距離可以從十厘米至上百米）、可識別高速運動物體、抗惡劣環境、保密性強、可同時識別多個識別對象等突出特點，因此它可在更廣泛的場合中應用。

最基本的RFID系統由3部分組成：標簽（Tag），由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；讀寫器（Reader），讀取或寫入標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；天線（Antenna），在標簽和讀寫器間傳遞射頻信號。

1 醫療救助現狀

醫療救助時刻存在于我們的日常生活中，其工作主要包含被救人員信息采集、醫療救治和醫療后送。病人信息采集主要依靠查詢既往病歷、詢問、化驗等的方式，了解病人的姓名、年齡、血型、過敏史等基本信息，從而確定傷勢、救治措施、傷員后送方式，以及后送注意事項等；

“病歷”是一種格式化的紙質表格記錄方式多以手工書寫文字和打勾填寫為主，多由個人保管。存在資料易破損，嚴重時導致信息殘缺不齊，丟失；填寫字跡潦草難認，傷情救治描述欠準確等諸多缺點；會影響緊急情況下對病人救治的連續性和有效性，嚴重者會導致錯過搶救的“黃金時間”對被救人員的生命造成危害。也不利于大面積醫療救助，例如在抗震救災過程中對大面積傷員的醫療救助；

2 基于RFID技術的醫療救助系統設計

2.1 設計思想

根據醫療救助現狀分析，如果將現代化計算機、通信、網絡和多媒體技術整合應用到日常醫療救助過程中，以射頻識別的方式實現傷員信息快速準確的讀取、處理、轉發，用以輔助傷員救助，提高日常環境醫療救助及自然災害環境下大面積傷員醫療救助的效率。

設計一種“電子載體”，可以將平時人們的血型、過敏史，既往救治等基本信息增加進去，取代紙質載體的病歷，并便于隨身攜帶。作為“電子載體”其具有容量大，不易破損，更利于各種傷員信息的收集、存貯、傳遞、分析、檢索等優點。采取RFID技術，使其成為電子標簽形式的存在。醫護工作人員可以通過讀寫器，快速提取病人的醫療信息，提高工作效率。

2.2 應用技術及系統組成

2.2.1 應用技術

該系統采用有源RFID技術，利用其在工作頻率和工作方式上的特點，提高和改善醫療救助過程中傷員信息采集、傳遞、貯存，提高救治效率；

頻率采用RFID行業專用頻率；調制方式采用MSK/FSK調制，以滿足支持更高的數據傳輸速率；

數據傳輸協議采用專用機制，確保數據在傳輸過程中的數據安全；

電子標簽采用“休眠”和“喚醒”機制，降低設備功耗；

采用多讀寫器環境下防干擾、沖撞方案設計，消除該應用場合下的干擾；

采用多標簽訪問防沖突算法，保證單個讀寫器對多個電子標簽目標同時讀取的成功率及可靠性。

2.2.2 系統組成

該系統由典型的RFID系統組成：主要包含電子標簽、讀寫器，讀取/寫入標簽信息的設備，分為手持式和固定式，天線。

系統擴展應用（大面積醫療救助）時，可以將讀寫器與計算機連接進入專用網絡或通過專用電纜與專用通信設備連接實現資源共享，以及醫療信息快速傳遞，從而對傷員進行及時救助。

系統工作原理框圖見圖1，顯示了各種使用方式。

2.3 關鍵技術實現

正常單一醫療救助時不存在信號沖突、成功率、可靠性降低等問題，重點是在大面積救助時會存在“多讀寫器讀寫電子標簽產生干擾、沖撞”和“批量讀取標簽時的干擾、沖撞”兩種情況，也是該系統要解決的關鍵技術。

2.3.1 密集環境下多讀寫器讀寫電子標簽的防干擾、沖撞設計

如圖1系統工作原理框圖中，存在多個讀寫器在一個有限的區域內同時讀取電子標簽ID號、標簽內容的情況，會導致多個讀寫器對電子標簽進行讀寫操作時無線信號沖撞及指令沖突。這是RFID技術關鍵難點之一；同時多個讀寫器之間和讀寫器與基站之間進行數據通信也存在信道占用問題，會導致通信可靠性降低。

針對以上問題，本系統采用“頻分”和“時分”工作機制：

電子標簽防沖突算法和讀寫器（無線數據收發設備）的“載波偵聽”機制均采用“時分”機制的Aloha（Aloha：一種無線數據通信協議）算法；

采用多信道跳頻的方案，將射頻識別和無線通信設置到多個信道中，在通信頻段內信道間隔為200kHz，信道之間互不干擾，從而降低了整個系統中的無線沖突。

實際使用時，不同的讀寫器所處的不同位置機構分別將電子標簽設置到不同的通信信道，讀寫器在相應的信道上對電子標簽進行操作。具體信道分配方案圖如圖2所示：

該系統中所有通信過程在專門劃分的“基礎信道”建立，然后根據隨機序列跳入到某個“工作信道”，在“工作信道”采用“載波偵聽”機制，當判斷為非占用信道時，雙方開始通信，否則隨機跳入下一個信道，再重復此過程。

2.3.2 多標簽訪問防沖突設計

該系統在使用過程中會出現批量讀取標簽的情況，故多標簽方沖突設計對系統核心讀取性能和工作能力起決定性影響，本系統采用ISO18000-7的Aloha防沖突算法，采用基于Aloha避讓原理實現標簽防沖突機制（如圖3）。

RFID讀寫器進行一個采集周期，按標簽的接收發射周期分為N各時隙，每個標簽隨機選擇一個時隙發射，將采集到的標簽發指令使其進入休眠，以減少沖突的概率。當連續三個采集周期都沒有新的RFID標簽被發現時，就認為采集周期完成，時隙的間隔可以根據實際碰撞情況動態調節。工作原理如圖3所示。

3 結語

有以上關鍵技術作為支撐，基于RFID技術的醫療救助系統，可以最大限度的提升醫護人員對傷員信息快速準確的讀取、處理、轉發，提高醫療救助效率，適用于目前日常環境及大面積自然災害環境下的醫療急救。

參考文獻

[1] [德]Klaus Fincenzeller著，射頻識別（RFID）技術——無線電感應的應答器和非接觸IC卡的原理與應用[M].陳大才編譯，王卓人審校，北京：電子工業出版社，2001.

[2] 游戰清，李蘇劍.無線射頻識別技術（RFID）理論與應用[M].北京：電子工業出版社，2004.

[3] 游戰清，劉克強，張義強，等.無線射頻識別技術（RFID）規劃與實施[M].北京：電子工業出版，2005.

[4] 張鐵軍.RFID（射頻識別）系統開發及應用研究[D].西安交通大學，2002.endprint

摘 要：該文簡要介紹了RFID射頻識別技術概念性知識，從醫療救助現狀、設計原理、關鍵技術等方面論述了基于該技術的醫療救助系統設計。

關鍵詞：射頻識別 電子標簽 醫療救助

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0044-02

射頻識別技術（RFID，即Radio Frequency Identifi cation）是從二十世紀九十年代興起并逐漸走向成熟的一項自動識別技術。由于大規模集成電路技術的成熟，射頻識別系統的體積大大縮小，因而開始進入實用化的階段。它利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據。它與同期或早期的接觸式識別技術相比，具有可非接觸識別（識讀距離可以從十厘米至上百米）、可識別高速運動物體、抗惡劣環境、保密性強、可同時識別多個識別對象等突出特點，因此它可在更廣泛的場合中應用。

最基本的RFID系統由3部分組成：標簽（Tag），由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；讀寫器（Reader），讀取或寫入標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；天線（Antenna），在標簽和讀寫器間傳遞射頻信號。

1 醫療救助現狀

醫療救助時刻存在于我們的日常生活中，其工作主要包含被救人員信息采集、醫療救治和醫療后送。病人信息采集主要依靠查詢既往病歷、詢問、化驗等的方式，了解病人的姓名、年齡、血型、過敏史等基本信息，從而確定傷勢、救治措施、傷員后送方式，以及后送注意事項等；

“病歷”是一種格式化的紙質表格記錄方式多以手工書寫文字和打勾填寫為主，多由個人保管。存在資料易破損，嚴重時導致信息殘缺不齊，丟失；填寫字跡潦草難認，傷情救治描述欠準確等諸多缺點；會影響緊急情況下對病人救治的連續性和有效性，嚴重者會導致錯過搶救的“黃金時間”對被救人員的生命造成危害。也不利于大面積醫療救助，例如在抗震救災過程中對大面積傷員的醫療救助；

2 基于RFID技術的醫療救助系統設計

2.1 設計思想

根據醫療救助現狀分析，如果將現代化計算機、通信、網絡和多媒體技術整合應用到日常醫療救助過程中，以射頻識別的方式實現傷員信息快速準確的讀取、處理、轉發，用以輔助傷員救助，提高日常環境醫療救助及自然災害環境下大面積傷員醫療救助的效率。

設計一種“電子載體”，可以將平時人們的血型、過敏史，既往救治等基本信息增加進去，取代紙質載體的病歷，并便于隨身攜帶。作為“電子載體”其具有容量大，不易破損，更利于各種傷員信息的收集、存貯、傳遞、分析、檢索等優點。采取RFID技術，使其成為電子標簽形式的存在。醫護工作人員可以通過讀寫器，快速提取病人的醫療信息，提高工作效率。

2.2 應用技術及系統組成

2.2.1 應用技術

該系統采用有源RFID技術，利用其在工作頻率和工作方式上的特點，提高和改善醫療救助過程中傷員信息采集、傳遞、貯存，提高救治效率；

頻率采用RFID行業專用頻率；調制方式采用MSK/FSK調制，以滿足支持更高的數據傳輸速率；

數據傳輸協議采用專用機制，確保數據在傳輸過程中的數據安全；

電子標簽采用“休眠”和“喚醒”機制，降低設備功耗；

采用多讀寫器環境下防干擾、沖撞方案設計，消除該應用場合下的干擾；

采用多標簽訪問防沖突算法，保證單個讀寫器對多個電子標簽目標同時讀取的成功率及可靠性。

2.2.2 系統組成

該系統由典型的RFID系統組成：主要包含電子標簽、讀寫器，讀取/寫入標簽信息的設備，分為手持式和固定式，天線。

系統擴展應用（大面積醫療救助）時，可以將讀寫器與計算機連接進入專用網絡或通過專用電纜與專用通信設備連接實現資源共享，以及醫療信息快速傳遞，從而對傷員進行及時救助。

系統工作原理框圖見圖1，顯示了各種使用方式。

2.3 關鍵技術實現

正常單一醫療救助時不存在信號沖突、成功率、可靠性降低等問題，重點是在大面積救助時會存在“多讀寫器讀寫電子標簽產生干擾、沖撞”和“批量讀取標簽時的干擾、沖撞”兩種情況，也是該系統要解決的關鍵技術。

2.3.1 密集環境下多讀寫器讀寫電子標簽的防干擾、沖撞設計

如圖1系統工作原理框圖中，存在多個讀寫器在一個有限的區域內同時讀取電子標簽ID號、標簽內容的情況，會導致多個讀寫器對電子標簽進行讀寫操作時無線信號沖撞及指令沖突。這是RFID技術關鍵難點之一；同時多個讀寫器之間和讀寫器與基站之間進行數據通信也存在信道占用問題，會導致通信可靠性降低。

針對以上問題，本系統采用“頻分”和“時分”工作機制：

電子標簽防沖突算法和讀寫器（無線數據收發設備）的“載波偵聽”機制均采用“時分”機制的Aloha（Aloha：一種無線數據通信協議）算法；

采用多信道跳頻的方案，將射頻識別和無線通信設置到多個信道中，在通信頻段內信道間隔為200kHz，信道之間互不干擾，從而降低了整個系統中的無線沖突。

實際使用時，不同的讀寫器所處的不同位置機構分別將電子標簽設置到不同的通信信道，讀寫器在相應的信道上對電子標簽進行操作。具體信道分配方案圖如圖2所示：

該系統中所有通信過程在專門劃分的“基礎信道”建立，然后根據隨機序列跳入到某個“工作信道”，在“工作信道”采用“載波偵聽”機制，當判斷為非占用信道時，雙方開始通信，否則隨機跳入下一個信道，再重復此過程。

2.3.2 多標簽訪問防沖突設計

該系統在使用過程中會出現批量讀取標簽的情況，故多標簽方沖突設計對系統核心讀取性能和工作能力起決定性影響，本系統采用ISO18000-7的Aloha防沖突算法，采用基于Aloha避讓原理實現標簽防沖突機制（如圖3）。

RFID讀寫器進行一個采集周期，按標簽的接收發射周期分為N各時隙，每個標簽隨機選擇一個時隙發射，將采集到的標簽發指令使其進入休眠，以減少沖突的概率。當連續三個采集周期都沒有新的RFID標簽被發現時，就認為采集周期完成，時隙的間隔可以根據實際碰撞情況動態調節。工作原理如圖3所示。

3 結語

有以上關鍵技術作為支撐，基于RFID技術的醫療救助系統，可以最大限度的提升醫護人員對傷員信息快速準確的讀取、處理、轉發，提高醫療救助效率，適用于目前日常環境及大面積自然災害環境下的醫療急救。

參考文獻

[1] [德]Klaus Fincenzeller著，射頻識別（RFID）技術——無線電感應的應答器和非接觸IC卡的原理與應用[M].陳大才編譯，王卓人審校，北京：電子工業出版社，2001.

[2] 游戰清，李蘇劍.無線射頻識別技術（RFID）理論與應用[M].北京：電子工業出版社，2004.

[3] 游戰清，劉克強，張義強，等.無線射頻識別技術（RFID）規劃與實施[M].北京：電子工業出版，2005.

[4] 張鐵軍.RFID（射頻識別）系統開發及應用研究[D].西安交通大學，2002.endprint