基于RFID技術的智能戰備藥箱系統設計與實現

唐維維，王虹

1.解放軍醫學院 生物醫學工程研究室，北京 100853；2.解放軍第309醫院信息科，北京 100091

基于RFID技術的智能戰備藥箱系統設計與實現

唐維維1，王虹2

1.解放軍醫學院 生物醫學工程研究室，北京 100853；2.解放軍第309醫院信息科，北京 100091

目的 提高軍隊醫療戰備物資的信息化管理水平。設計一種智能化戰備藥箱管理系統，對戰備醫療救援所需的藥品及物資進行快捷、安全、準確的智能化管理。方法 在戰備物資中嵌入相應信息的射頻識別技術標簽，并在藥箱上安裝多天線巡讀模塊、藍牙模塊以及藥箱應答器，最終實現與基于Android系統的手持PDA設備進行信息數據交互。結果 經測試，本系統可對藥箱內的所有藥品物進行實時自動分類統計管理，并可精確定位藥品位置，提供相應藥品的使用說明。結論 本系統在戰備環境中大大提高了醫護人員的工作效率，并保證了用藥準確性及安全性，適合在軍隊醫院中推廣應用，具有較大的可行性及發展空間。

戰備藥箱；射頻識別技術；閱讀器；戰略物資智能化管理

0 前言

相比于普通地方醫院，軍隊醫院由于其特殊的地位及戰備任務，需具備對各種突發事件做出快速反應的能力以及更強的醫療保障能力。而戰備藥箱作為戰備工作中極其重要的一環，在軍隊醫院實施戰時快速反應和醫療保障、抗震救災以及國際維和等行動中均發揮著重要作用[1]。傳統的人工管理戰備藥品方式不僅會增加戰地醫生的工作量，還有可能造成管理上的錯誤。因此，設計一種管理高效、使用方便的智能藥箱管理系統具有十分重要的意義。

1 技術基礎

1.1 RFID技術

射頻識別技術（RFID）是一項已廣泛使用的無線傳輸技術，已經在很多領域得以應用，例如供應鏈監控[2]、訪問控制[3]以及定位系統[4-5]。該技術通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，無須人工干預，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。一個完整的RFID系統通常由電子標簽以及與電腦系統連接的閱讀器組成[6]。

RFID系統通過閱讀器向嵌入或附著在物體上的電子標簽發射射頻信號，電子標簽接收到信號后將存儲的信息通過內置天線發送給閱讀器，閱讀器對接收到的信息進行解碼達到識別物體的目的[7]。RFID技術以其獨有的優勢，與藍牙技術、NFC技術等已成為物聯網體系架構中的核心技術[8]。

1.2 Android系統架構

該智能戰備藥箱選用Android系統作為PDA的操作系統。Android系統是Google公司推出的專為移動設備設計的軟件平臺，其開源性為開發工作提供了很大的便利，同時Android系統還具有強大的應用層API和豐富的傳感器功能，其開放的平臺有利于開發出各類應用軟件，且完美與Google服務結合[9]。

Android操作系統架構從頂層至底層可分為四個層次：應用層、應用程序框架、庫文件層與運行庫層、Linux內核層，示意圖見圖1。而應用程序一般是在Android系統架構的應用層進行開發設計。

圖1 Android系統架構示意圖

Android系統與服務器通訊主要包括Http、套接字（Socket）、Web Service、遠程調用協議（RPC）等方式[10]。其中，Web Service更適合為無線設備提供服務。Web Service技術兼具簡單性及復雜性、靜態性及動態性、平面性及復合性[11]，所基于的協議充分開放，因此該技術已逐漸成為Web上的重要組件，是創建可互操作、分布式應用程序的新平臺[12]。

2 系統總體設計

該智能戰備藥箱系統主要由智能戰備藥箱、基于Android系統的手持PDA以及服務器組成，系統架構示意圖，見圖2。

圖2 智能戰備藥箱系統架構示意圖

藥品存放藥箱之前，需附著電子標簽，標簽內的藥品相關信息經配套的射頻閱讀器寫入，包括藥品名稱、批號、有效日期等。

智能戰備藥箱內部裝備有射頻閱讀器，閱讀器內的天線輻射電磁能量以向標簽提供電源保障其工作，同時吸收電磁能量使閱讀器能夠接收標簽發射的射頻信號[13]。本系統具有藥品定位功能，使用空分天線的定位識別技術[14]。該戰備藥箱共分為3層，每層有一個抽屜，每個抽屜分為若干個格子，根據需求存放不同種類的藥品或醫療器械。閱讀器天線使用屏蔽技術，以保證每組天線只能讀取其所在格子內的藥品標簽，防止讀取結果錯誤。

當裝有藥品的抽屜被推入藥箱中，閱讀器即被激活，并發出特定的脈沖信號，使抽屜底部的天線開始工作，讀取該抽屜內藥品的相關信息，同時將信息儲存在閱讀器中。而存儲在閱讀器中的信息就形成了一個本地數據庫[15]。該本地數據庫中的數據可通過藥箱上的無線應答器經WIFI或藍牙傳輸給醫護人員的手持PDA中，使醫護人員對其進行實時快速的管理。

3 系統軟件設計

該戰備藥箱軟件系統采用C/S架構，依靠WIFI/藍牙為信息傳輸平臺，系統按照4層結構進行設計開發，見圖3。

圖3 戰備藥箱軟件系統架構圖

3.1 身份驗證

進入系統后，醫護人員需要在登錄對話框內輸入用戶ID和密碼，待輸入項與數據庫中人員列表匹配后方可進入系統進行使用。該功能有效保障了系統的安全性，防止無關人員對系統進行操作，登錄界面見圖4。

3.2 存放藥品

在放入藥箱之前，所有的藥品均需粘貼已錄入藥品基本信息的RFID標簽，標簽中存儲的信息包括：藥品名稱、生產批號、有效期、使用說明等。然后將藥品放入對應的存放區域內，相應的閱讀器會讀取標簽內的信息，并將信息儲存在本地數據庫中，同時將信息發送至手持PDA及后臺服務器，醫護人員可通過軟件界面核對放入藥品的數量和位置，后臺服務器也可定時對數據進行更新。

圖4 智能藥箱管理系統登錄界面圖

3.3 取用藥品

當需要使用藥品時，工作人員首先在手持PDA上查找所需藥品的名稱，點擊查詢按鈕，顯示屏上即顯示所需藥品的所在區域及剩余數量，同時該藥品所在抽屜也會發出提示音，工作人員根據提示迅速找到該藥品。取出藥品時，相應區域的閱讀器會讀取藥品所附著的RFID標簽中的信息，并發送至手持PDA。PDA在網絡環境中會將數據上傳至醫院信息系統（HIS）服務器，更新藥品信息。

3.4 自動統計

當工作人員點擊PDA屏幕上的自動統計按鈕后，藥箱的閱讀器會開始工作，每個抽屜底部的天線開始對所在區域內的藥品進行統計，數據由主系統數據處理單元進行統計處理后通過無線網絡傳輸到PDA上，工作人員可通過屏幕上顯示的數據快速得知藥箱內所有藥品的種類和數量，大大提高了工作效率。

3.5 有效期查詢

通過對箱內所有藥品上RFID標簽的讀取數據，藥箱可統計出即將超過有效日期的藥品名稱、數量及所在區域，并通過報警裝置及時提醒醫護人員優先使用該藥品或對其進行處理。醫護人員也可通過選擇有效期查詢界面查詢較為臨近有效期的藥品，優先使用該類藥品。這一功能可有效防止藥品的浪費并保證病人的用藥安全。

3.6 查找藥品

醫護人員可在操作界面上選擇查找藥品模塊，在二級界面中輸入所需查找的藥品名稱或編號，點擊查詢按鈕，藥箱應答器收到命令信號后，激活藥箱抽屜底部的天線，使其開始對其中的藥品上所附著的標簽進行讀取，數據經處理后存放在藥箱應答器中，當查找到與所要求的藥品一致的信息后，該藥品所在抽屜的指示燈即刻亮起，醫護人員可根據指示快速查找到相應藥品。

4 系統實現

系統軟件設計選用基于Android系統的手持PDA，通過Eclipse進行相應界面的編寫與功能的實現。Eclipse是一個開放源代碼的、基于Java的可擴展開發平臺，通過安裝不同插件可滿足不同開發語言的要求。在Eclipse開發環境中安裝安卓開發工具 （Android Developer Tools）即可進行Android系統的開發。

訪問數據庫的Web Service使用C#語言在Visual Studio 2008環境中編寫。Visual Studio 2008是微軟公司于2007年推出的一套完整的開發工具集，可以進行Windows程序開發，并可生成ASP.NET應用程序、XML Web Service等，并且支持多種編程語言，如Visual Basic、Visual C++、Visual C#和Visual J#，為程序員的開發工作提供了許多便利。

本系統數據庫使用Oracle數據庫，使用ODBC對其進行訪問，并與醫院內部的HIS進行融合。

系統硬件方面具體選型見表1。

表1 智能戰備藥箱硬件設計方案

5 系統測試

經過實際測試，本系統可對登錄系統的人員進行有效身份驗證，保證了管理系統的安全性。藥品入庫及出庫時可通過附著在藥品包裝上的RFID標簽對藥品數量和相關信息進行自動讀取，提高了醫護人員的工作效率并保證了正確率。本系統還可對藥品的有效期進行查詢，使醫護人員快速準確了解該藥柜內藥品的使用情況，保證有計劃地使用藥品，在保障了用藥安全的同時也避免了藥品浪費。該系統的查找藥品功能可使醫護人員在緊急情況下通過輸入藥品相關信息快速準確確定該藥品在藥箱中的位置，為搶救病人節約了寶貴的時間。

6 結論

在戰備環境中，該智能藥箱系統可保證藥品及器械取用的正確率及快速性，提高戰地醫生的工作效率，為救治傷員爭取寶貴的時間。該戰備藥箱還可保證藥品的安全性，降低了因藥品安全而引起的醫療事故發生率。廣泛使用該戰備藥箱可加快軍隊醫院的信息化建設，具有很大的應用價值，可在軍隊醫院中推廣使用。

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Design and Implementation of the RFID-based Intelligent Combat-Ready Medicine Cabinet

TANG Wei-wei1, WANG Hong2
1. Research Room of Bio-Medical Engineering, Medical school of Chinese PLA, Beijing 100853, China; 2. Department of Information, the 309thHospital of Chinese PLA, Beijing 100091, China

Objective To manage the medical materials needed in the combat-ready medical aid in a fast, convenient, safe, accurate and intelligent way through design of an intelligent combat-ready medicine cabinet management system so as to improve the informatization management of combatready medical materials. Methods Through attachment of RFID (Radio Frequency Identifi cation) tags to medical materials and installation of the multi-antenna module, blue-tooth module and RFID reader to the medicine cabinet, information and data interaction with Android-based hand-held PDA (Personal Digital Assistant) devices were realized. Results The system proved its real-time automatically-classifi ed management and accurate positioning of medical materials, which also provided the use instruction for relevant medical materials. Conclusion The system could improve the work effi ciency of medical professionals and ensure the accurate and secure usage of medical materials, which was suitable for application in military hospitals and had a wide application prospect.

combat-ready medicine cabinet; radio frequency identification; reader; intelligent management of strategic materials

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.05.024

1674-1633(2015)05-0079-04

2015-01-22

北京市自然科學基金項目（4102065）。

本文作者：唐維維，碩士研究生在讀。

王虹，碩士，副研究員，解放軍第309醫院信息科主任。

作者郵箱：tww1990016@163.com