基于半有源RFID 技術的醫療設備管理系統設計

李良喆

解放軍聯勤保障部隊第九八〇醫院醫學工程科 （河北石家莊 050000）

隨著現代信息化進程的不斷加快，各行各業對于信息技術萬物聯網的需求越來越高，醫療行業面臨著同樣的需求。在醫院的救治工作中，醫療設備具有十分重要的地位[1]。隨著醫學技術的不斷進步，醫院不斷引進各種各樣的醫療設備，醫療設備的數量日益增加，管理難度進一步加大，這就給醫療設備的管理提出了更高的要求。尤其是如何對醫療設備進行準確定位管理已成為醫學工程科面臨的不可避免的挑戰。近年來，射頻識別（radio frequency identification，RFID）技術以其采集數據快速、實時、準確的優勢迅速成為自動識別的主流技術[2]，其在物資管理尤其是醫療設備狀態監測方面的作用也日益凸顯[3]。

1 醫院需求分析

解放軍聯勤保障部隊第九八〇醫院是一所集醫療、教學、科研、干部保健等于一體的大型綜合三甲醫院，全院共有大、中、小型醫療設備共計7 300多臺（件），總價值達5.4億。醫院為方便快速對患者進行救治和對醫療設備進行維修，不同科室、不同樓層、不同樓棟的醫療設備經常會相互調用，如呼吸機、監護儀、微量泵、除顫儀等設備經常會根據門診、病房或手術室的需求頻繁移動，而設備的調用、借還及使用情況僅靠醫護人員的個人記憶或紙質資料進行記錄，因此設備位置不確定、設備運行狀況不了解的情況時有發生。面對數量如此龐大的醫療設備的管理、維修工作，對醫學工程科工作人員來說無疑是個巨大的挑戰。雖然現有設備資料記錄均為電腦化加紙質資料記錄，但對于設備的精確定位、設備使用狀況及設備維修記錄等難以實現統一、高效的管理。本文將結合醫院實際情況，基于半有源RFID 技術設計了一種符合醫院醫療設備高效管理要求的醫療設備管理系統，以期節省人力物力，使醫療設備的管理更加高效、準確。

2 RFID 技術簡介

RFID 技術是一種自20世紀60年代開始商用并在80年代逐漸走向成熟的一項非接觸式自動識別技術，通過射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）或雷達反射的傳輸特性來達到自動識別的目的[4]。作為管理精細化、科技化、信息化的產物[5]，這種技術具有可快速掃描、體積小、耐久抗污染、可重復使用、穿透性強可無屏障閱讀、數據容量大、安全性高等眾多優點，被廣泛應用在物流運輸、圖書管理、門禁控制、身份證件、供應鏈及庫存跟蹤等方面。

RFID 技術的主要組成有標簽、讀寫器、天線，在使用中還需要加上相關支持的軟、硬件。RFID 技術有多種分類，按照應用頻率可分為低頻（LF，135 kHz 以下）、高頻（HF，13.56 MHz）、超高頻（UHF，860～960 MHz）、微波（MW，2.4 G，5.8 G）；按照能源供給方式可分為無源RFID、有源RFID、半有源RFID 技術[6]。

無源RFID 技術發展最早，也最為成熟，工作頻率多為低頻、高頻及超高頻，因其價格低廉但識別距離較短（不超過1 m），因此主要用于公交卡、銀行卡、門禁卡、二代身份證等需要近距離接觸的領域；有源RFID 技術起步較晚，工作頻率多為超高頻和微波，其識別距離遠（一般可達到30 m 以上[7]），但造價較高，因此主要用于智慧停車、智能交通等遠距離識別的領域；半有源RFID 技術結合無源RFID 技術和有源RFID技術的特點，以低頻近距離觸發、微波遠距離讀取，可完成較大范圍內物品的精確定位，其價格相較于前兩種較為適中，因此多用于廠區人員定位等一定范圍內大量個體的管理。

通過對無源RFID、有源RFID、半有源RFID 三類技術的優缺點分析可知，半有源RFID 既可以近距離定位，又可以遠距離識別，且其造價適中，非常適合醫院醫療設備的管理需求。

3 半有源RFID 技術工作原理

半有源RFID 也叫低頻激活觸發技術，是利用低頻近距離精確定位，然后通過微波進行遠距離識別[8]，通常由半有源低頻激活標簽、低頻激活器、微波讀寫器組成。半有源低頻激活標簽內部包括集成電路（integrated circuit，IC）、微型電池、天線，IC 中又包含低頻接收部分、微波發射部分、公共電路部分，微型電池負責給IC 供電，天線只作為向外發射信號使用。微波讀寫器包含有RFID 射頻模塊（發送器和接收器）、控制單元及閱讀器天線。當半有源低頻激活標簽處于低頻激活器附近時，低頻激活器將處于休眠狀態的標簽激活，標簽內部的集成電路開始工作，微波發射部分通過天線向外發射RFID 信號，微波讀寫器遠距離識別標簽發出的信號并讀取其中包含的內容，同時還可以向標簽發射信號并對標簽內容進行編輯。半有源RFID 技術工作原理見圖1。

圖1 半有源RFID 技術工作原理

當微波讀寫器接收完標簽內容后，還可以將讀取到的內容通過無線或其他方式上傳至計算機，以實現集中處理標簽信息。

4 半有源RFID 技術醫療設備管理系統設計

4.1 半有源RFID 技術區域定位原理

半有源低頻激活標簽只有在被低頻激活器激活后才能向外發射RFID 信號，而低頻激活器可做到精確激活的距離僅3 m 左右，考慮醫院內病房、檢查室、手術室等均為單獨的小范圍空間，因此可以將這些單獨的房間與低頻激活器組合為一個定位基點，在每個房間均放置一個低頻激活器。半有源低頻激活標簽內的微波發射部分與微波讀寫器配合，有效識別距離可達30 m，因此只需在每個樓層設置1～2個微波讀寫器，便可全方位無縫覆蓋地收集各個標簽發出的RFID 信息[9]。區域定位原理見圖2。

圖2 區域定位原理

將制作好的半有源低頻激活標簽固定在設備上，當設備被拿進/出病房時，低頻激活器激活標簽，標簽向外發送標簽獨有的ID 號、預存在標簽內EEPROM 中的數據及激活標簽的激活器的地址碼等信息。微波讀寫器識別收到的RFID 信號，實時向中心服務器發送標簽信息。因為不同低頻激活器的地址碼各不相同，通過激活器的地址碼就可以確定設備所在的位置。而當設備從一個病房移入另一個病房時，標簽發送的激活器地址碼也會隨之改變，這樣就能動態掌握設備的位置信息了。

標簽內EEPROM 存儲的數據可根據需要通過微波讀寫器或手持讀寫器進行修改，一般應包含設備信息、使用情況等。設備信息主要包括設備名稱、設備型號、出廠編碼、生產廠家、啟用日期等；使用情況主要包括使用科室、分管人員姓名、維修記錄等；如有需要，還可以添加其他信息。

4.2 半有源RFID 技術醫療設備管理系統構架

基于半有源RFID 技術的醫療設備管理系統主要組成部分包括半有源低頻激活標簽、低頻激活器、微波讀寫器、局域網、計算機、服務器、系統軟件。完整的管理系統構架設計見圖3。

圖3 半有源RFID 醫療設備管理系統構架

系統服務器可依托醫院現有的院內網服務器，微波讀寫器與服務器之間的連接可以根據需要使用網線連接和無線局域網連接兩種方式，其中局域網無線連接可以通過開放院內網接口實現。當微波讀寫器接收到標簽發送來的信息之后，便通過網線或內置的WIFI 模塊自動將數據傳輸給服務器，服務器端安裝專門的信息處理軟件，軟件將信息進行匯總處理后，便可得到每臺醫療設備的具體定位信息及使用情況。服務器內的信息還可以共享，這樣使用科室及管理科室便可以通過安裝相關軟件的計算機掌握設備信息。

4.3 半有源RFID 技術醫療設備管理系統軟件

半有源RFID 技術醫療設備管理系統軟件作為設備信息管理的最后環節，需要實時接收、處理微波讀寫器發送的醫療設備信息，并且能夠查詢和顯示設備的使用情況、所在位置等信息。系統軟件可以通過登錄賬號來查看和管理信息，不同身份人員的登錄賬號、管理權限不相同。臨床科室工作人員使用的賬號只能夠查看本科室設備的信息，醫學工程科管理人員的賬號可以查看全院設備的信息，并可以對設備信息進行更改。

以單個樓層為一個顯示單元，當系統軟件接收到設備的信息后，匯總整理成制式表格，然后通過分析處理將設備的位置和名稱等空間數據以顯示單元上小立方體的方式進行標示[10]，這樣工作人員便可直觀準確地了解設備的位置情況。如果需要查詢某臺設備的使用信息，還可以雙擊護士站的電腦圖標進入查詢界面。顯示單元設計見圖4。

圖4 醫療設備顯示單元

當臨床科室工作人員登錄軟件后，點擊表示設備的立方體便可查看設備的詳細信息，詳細信息會以電子卡片的形式展示。以邁瑞心電監護儀為例，其對應的電子卡片見圖5。

圖5 心電監護儀電子卡片（使用人員）

醫學工程科管理人員登錄軟件后，可以選擇使用科室，便可查看該科室的設備情況，點擊表示設備的立方體該設備的詳細信息同樣以電子卡片的形式展示，同時，醫學工程科管理人員的顯示界面可以對設備信息進行編輯。同樣以邁瑞監護儀為例，其對應的電子卡片見圖6。

圖6 心電監護儀電子卡片（管理人員）

當管理人員在計算機端對設備信息進行修改并確定保存后，系統軟件會通過服務器主動向微波讀寫器發送修改信息的指令，微波讀寫器再對標簽內容進行修改。對標簽內容的修改還可以使用專門配套的手持讀寫器，這樣就可以在醫療設備維修完畢或更換配件后及時進行記錄。

5 半有源RFID 技術醫療設備管理系統的特點

（1）快速、精準定位：半有源RFID 技術醫療設備管理系統基于半有源RFID 技術，該技術結合無源RFID 的精確定位和有源RFID 的遠距離識別的優點，可做到醫療設備的快速、精準定位。（2）實時查詢和記錄：微波讀寫器與管理系統服務器之間實時通信，醫療設備使用情況一旦發生變化，使用科室和管理科室可在第一時間掌握；同時微波讀寫器與系統服務器之間通過有線和無線局域網兩種方式進行數據傳輸，將建筑對數據傳輸的影響降至最低。（3）可應用范圍廣：目前半有源RFID 技術醫療設備管理系統設計只是針對醫院全部醫療設備的管理，但未來該系統還可以應用于其他物資管理方面，如醫用耗材管理、藥品管理、野戰物資管理等。

6 小結

本文通過對醫院醫療設備管理需求的分析，結合RFID技術的發展，將半有源RFID 技術應用于醫療設備管理，設計了半有源RFID 技術醫療設備管理系統。該系統結合無源RFID 的精確定位和有源RFID 的遠距離識別的優點，同時利用局域網實時上傳數據，可極大地方便使用人員對醫療設備信息的掌握和管理。通過該系統的應用，不僅可以達到對醫療設備快速、準確定位及高效的管理，還能將醫學工程科工作人員從繁雜的工作中解脫出來，大大提高醫療設備的管理效率，更能對臨床科室的工作提供強有力的支持。