基于RFID的醫療設備全生命周期資產跟蹤管理系統

毛琳琳，鄭焜,b，沈云明，林忠款

浙江大學醫學院附屬兒童醫院 a. 醫療設備科；b. 后勤保障部，浙江 杭州 310052

引言

醫院固定資產是醫院從事醫療、教學、科研等業務活動的重要載體，其配置是否科學、合理，日常管理是否嚴格、規范，對醫院的正常運營和健康發展起著非常重要的作用，加強對公立醫院固定資產的研究和管理有著重要的現實和長遠意義[1-2]。醫療設備管理在一定程度上也體現出醫院的管理水平，也屬于醫院信息化建設的一個重要組成部分[3]。2020年12月21日國務院常務會議修訂通過新《醫療器械監督管理條例》[4]，強調對醫療器械全生命周期和全過程監管，要求監管部門和使用單位必須與時俱進，不斷建立健全科學監管體系。

醫療設備和器械具有種類多、分布散、流動性大、價值跨度大等特點，并且使用期限長。特別是大量移動設備，需要在各個區域流動作業，例如麻醉機、轉運床、轉運監護儀和氧飽和度儀等需要在ICU、復蘇室、手術室、病房和麻醉科等多個場所流動使用。傳統的人工管理不能覆蓋所有設備和環節，造成清查困難甚至設備遺失。所以，加強醫療設備的管控，有利于提高其管理和使用效率，防止資產流失，促進醫院的醫療與科研事業良性發展[5-6]。

目前，很多醫院已實施從條碼系統到射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）系統的升級替換，部分醫院依然需要專人進行管理和掃碼操作，雖然效率提高，但并未減少管理人員[3]。同時，存在由于疏忽或管理不嚴而漏刷的情況和設備去向不明的隱患。部分醫院在RFID的基礎上，增加超寬帶技術構建室內精確定位體系，實現室內人員、醫療器械等的實時軌跡追蹤[7]。雖然定位精度可達到厘米級，但成本較高。本文提出的RFID系統利用固定式讀寫器，對醫療設備進行實時識別和定位，記錄實時軌跡信息。該系統在不增加人力的情況下，有效提高了設備使用和清查效率，有效預防設備遺失；且系統成本和復雜度低，便于安裝和維護。

1 醫院資產管理存在的問題

醫院傳統的資產管理是基于管理系統和條碼或二維碼標簽，此類紙質標簽雖分發便捷，但后期管理不便，需人工查找標簽[8-9]，在設備多、分布廣的情況下查找不便。同時，很多設備生命周期在10年以上，紙質標簽易損毀，影響掃描儀識別，給管理增加難度。該管理方式在各個階段都存在問題：

（1）入庫階段。新購置的設備先試用，試用期后驗收合格才能入庫。為了便于管理，入庫前會先分配一個預登資產號并貼在儀器上。入庫后重新生成正式的固定資產標簽，替換預登資產號。若同一批次驗收多臺儀器，易出現貼錯和漏貼情況，給設備管理和財務人員帶來困難。

（2）使用階段。除了大型設備相對固定以外，大量小型移動性設備管理混亂。由于數量大、位置分散、流動性強，很難分配專人管理。醫院院區搬遷、科室調整、責任人變更及使用場地不固定，易造成移動設備不移賬、產權不清、賬目缺失、賬目與設備不清楚的現象，給設備管理及報廢回收的工作帶來一定的難度。

（3）報廢階段。固定資產報廢處置周期過長，科室在提交申請到報廢回收資產過程中缺乏管理，造成設備尤其大量零散小件受損或丟失，導致報廢無實物，影響后續回收。此外，部分資產已達報廢標準，科室卻不積極辦理資產報廢手續，隨意拆下棄用，造成賬實不符，導致國有資產流失。

造成這些問題的原因主要是條碼標簽無法進行追蹤和定位，管理猶如大海撈針，易造成臺賬混亂。為了克服條碼的缺陷，本文提出了基于RFID的醫療設備全生命周期跟蹤管理系統，用電子標簽代替條形碼，實現對電子標簽的追蹤和定位。

2 方法

2.1 RFID選型

RFID是無線電頻率識別，簡稱射頻識別，一般包括閱讀器、電子標簽和各自的天線。同時RFID系統附帶上層管理系統[10]。

閱讀器和電子標簽之間通過天線進行無線通信。RFID系統常見的工作頻率分為低頻（Low Frequency，LF）、高頻（High Frequency，HF）、超高頻（Ultra High Frequency，UHF）與微波，各個頻率所使用的電子標簽也各不相同，應用領域和讀取電子標簽的距離也不相同。低頻和高頻的RFID標簽讀取距離通常在10 cm～1 m；高頻標簽理論上也可以達到1 m；超高頻RFID標簽工作頻率為860～960 MHz，優點是讀寫距離遠，一般為3～5 m，最遠可達10 m。RFID系統的讀寫距離還與RFID讀寫器的性能、天線、標簽有關，同時也受到環境因素的影響。讀寫器的發射功率越大，讀寫距離也會越大。讀寫器天線增益和波束寬度影響讀寫距離和范圍，天線增益越大和波束寬度越小，則讀寫距離越遠，范圍越窄。RFID標簽分為有源RFID標簽和無源RFID標簽，有源RFID標簽讀寫距離較遠、體積較大、成本較高；無源RFID標簽成本較低、使用壽命長、讀寫距離較近。RFID標簽的尺寸對讀寫距離也有影響，理論上，RFID標簽的尺寸越大，所能讀取的距離越遠。另外金屬和液體會對電磁波產生影響，影響讀寫距離，設備外殼是金屬的話，應該選用抗金屬RFID電子標簽。

遠距離系統采用電磁反向散射耦合方式，是利用電磁波的散射特性[11-12]。如果要實現實時的自動識別定位，就需要遠距離RFID系統，只要設備及標簽在附近經過就可進行識別[13]，故選用UHF的RFID系統。讀寫器選用UHFReader18系列JY-U8920，內置8 dBi增益圓極化天線，穩定讀取距離可達8 m。電子標簽選用金屬類資產專用標簽JY-K10228R，有效讀取距離為0～6 m，標簽具有防碰撞功能，可同時識別多個標簽[14]。

2.2 系統實現

RFID設備管理系統整體架構如圖1所示，系統包括感知層、網絡層、服務層和應用層。

圖1 RFID設備管理系統整體架構

2.2.1 感知層

感知層為各種讀寫器，包括視頻模塊、耦合模塊、信號處理與控制單元及無線模塊。圖2為讀寫器組成框圖，控制單元負責控制整個讀寫過程，并且可以實現權限設置功能，約束不具備權限的掃描設備獲取電子標簽信息。RFID系統對標簽實時追蹤，需在不同的場所布置讀寫器。由于讀寫器分布較廣，適用無線的方式和服務器連接，無線傳輸模塊負責與網絡層的無線傳輸模塊進行連接，用于傳遞讀取的電子標簽信息。

圖2 讀寫器組成框圖

讀寫器分為固定式和手持式兩種，固定式讀寫器安裝在房間門口或走廊、通道內，可對經過的標簽進行識別；手持式讀寫器用于人工盤點等操作。讀寫器的布置有兩種方式，見圖3。其中圓形標記表示安裝在走廊上的讀卡器，這種方式可用于通道或者儀器不太可能進入室內的走廊等地方[15]；另一種方式是門內和門外各布置一個讀卡器，兩個讀卡器協同工作。由于墻壁阻隔和天線極化方向不同，門外的讀寫器只能識別門外的標簽，而門內的讀寫器只能識別門內的標簽。門內讀寫器的工作方式和其他讀寫器不同，通常處于休眠狀態，以防門內設備標簽被重復識別而產生大量冗余數據。當門外的讀寫器讀取到標簽后，通過后臺管理程序向對應的門內讀寫器發送命令，激活讀寫器讀取標簽；在設定的時間內，如果讀寫器讀取到標簽信息，則記錄第一次讀取的信息隨即進入休眠狀態，等待下一次被門外讀寫器激活；如果沒有讀取到標簽信息，說明門外的設備沒有進入門內，則恢復到休眠狀態。通過這樣的工作方式可以確定設備在數據庫中的最新一條記錄即設備當前所處的地點。

圖3 固定式讀卡器分布圖

2.2.2 網絡層

網絡層負責系統信息傳輸，包括信號轉換器、交換機、路由器等設備，讀寫器讀取的信息通過網絡介質存儲到數據庫中。本系統通過現有的院內無線局域網進行連接，不需要重復建設，不需要布線，安裝和維護都非常便捷。

2.2.3 服務層和應用層

服務器端以MongoDB為數據庫并運行管理程序，數據庫除了儲存所有標簽所對應的設備信息外，還備注每個讀卡器的編號和對應的安裝位置，系統實時儲存讀卡器識別標簽的時間和地點。應用層采用Node.js及Web技術實現，Node.js使用是Web技術中的JavaScript語言，相比Java語言，其更加輕量和高效[16]。用戶可通過局域網內電腦的Web瀏覽器，或者手機APP和微信小程序等途徑查詢所需儀器的定位信息。

3 結果

通過RFID系統實現了醫療設備快速定位、提高了資產清查效率。部分醫療設備由于病人轉運、多院區調用、科室調用、實驗室多個課題組共用等因素，未能及時歸位歸屬科室，且設備經手人員數量大，極易出現設備在途中被遺忘，甚至丟失的情況。每次資產清查工程師需對各自負責科室進行數據整合，同時與其他工程師進行數據交互，耗費大量人力、物力，由于時間有限，仍存在部分設備未能及時回到歸屬科室的情況，且該占比呈上升趨勢。使用RFID系統后，可通過定位信息實現對資產的全過程實時跟蹤管理。通過多院區的數據，聯動分析醫療設備流轉動向，達到實時、全覆蓋、快速定位的效果。系統上線后，除4臺（占比0.053%）設備失蹤，其余設備均能查詢到精確位置。

同時，使用條碼標簽，工程師只能在例行盤點時通過翻箱倒柜找到設備，花費較多時間。使用RFID系統，就可對設備的移動路徑進行實時跟蹤，通過系統即可清點院內設備。本文通過手工和RFID兩種方式對抽取的22個科室資產進行清查，通過人工盤點平均耗時（521.70±594.28）min，RFID手持終端盤點耗時（10.95±12.31）min，樣本總體數據滿足正態分布。通過SPSS 23.0軟件進行配對樣本檢驗，t=4.114，P<0.001，95% CI [252.58174～768.91826]。

該匹配樣本的相關性0.975，說明兩組數據穩定性較高，差異有顯著統計學意義（P<0.001）。通過RFID系統，盤點耗時從521.70 min縮短至10.95 min，資產清查效率提高97.9%。

4 討論與結論

目前，有很多醫院采用RFID系統進行各項管理，其中資產管理主要使用RFID系統代替條碼（二維碼）系統[3]，但主要通過人工掃碼進行管理，雖然增加了功能和便利性，但無法做到快速找到所需設備[17-18]。這類方案會增加管理人員的工作量，而且易因疏忽發生人為的遺漏，造成管理不善。RFID系統上線后，全院清查盤點工作的時間減少了97.9%，提高了醫療設備清查盤點的工作效率，減少了人力資源浪費。同時，臨床科室與醫療設備科可通過定位信息對資產的全過程實時追蹤管理。

然而，系統還存在以下兩點不足：① 需要在全院必要的位置布置大量固定式讀寫器，增加了成本和維護難度；② 在無管理人員值守的場合，由于環境影響、設備自身或其他物體遮擋信號等，標簽也會出現識別不到的情況，造成數據遺漏。但整個院區的不同區域都布有讀寫器，丟失個別位置的信息，對全程跟蹤影響較小，所以系統在降低成本和識別遺漏方面還需進一步優化。

綜上，該系統可對醫療設備進行全生命周期和全過程監管，克服醫療設備和器械種類多、分布散、流動性大等難點，有利于加強醫療設備的管控，保護醫院的資產安全，防止資產流失，促進醫院醫療和科研的良性發展。