RFID技術在醫療設備管理系統中的研究與應用

鮑勝文 方擁軍 肖小兵 劉冠超 李興亮

摘要：當下高新技術的快速發展促使人們對醫療設備功能和性能的需求不斷提高，從而帶動醫療設備市場轉向具有功能多樣、性能優越的產品領域。大量的產品辨識、存儲、取用不僅容易出錯，還給工作人員手工登記、標識粘貼等增加了負擔。本文研究了將RFID技術應用到對醫療設備的記錄和更新管理中，不但可以優化醫院業務流程，還便于醫療設備的動態管理以及效益分析。

關鍵詞：射頻識別;非接觸式目標;自動識別;醫療設備;動態管理

RFID（射頻識別）技術是一種通過無線射頻識別方式來實現對非接觸式目標自動識別的技術。進入21世紀以來，RFID技術在人們的日常生活中應用越來越廣泛，如物流、服飾、門禁安全、零售業、制造業、軍工、航天等各個領域[1-3]。隨著RFID技術的推廣其在醫療行業內也發揮著重要的作用，比如可以應用到對醫療藥品、醫用設備、倉儲管理、醫護人員信息管理等諸多方面[4]。

1??? 概述

據統計，美國每年因醫療錯誤造成的死亡人數在48，000至96，000之間，不僅是美國，全球每年由醫療錯誤引起的死亡人數始終居高不下，尤其在醫療條件相對落后的地區醫療錯誤的可能性更高[5]。導致這種現象的主要原因是知識和信息采集不足以及身份識別錯誤，因此對醫療系統進行科學、合理的管理可以大大降低這種醫療錯誤。

本文研究了一種基于RFID技術的信息管理系統，可以將RFID標簽數據通過讀寫器識別后發送給上位機管理系統，上位機管理系統對標簽數據進行分析、處理、分類、存儲、備份等操作，方便快捷地獲取產品信息。通過使用RFID技術來進行醫用物品信息登記及更新，相比于傳統條形碼具有很大的優勢。

2??? RFID概述

2.1??? RFID技術簡介

RFID系統主要由電子標簽、天線、讀寫器、上位機管理系統組成。電子標簽是一個微型無線收發裝置，內置天線和芯片，可以存儲數據[6-7]。讀寫器是一種接收標簽數據的設備，其不僅可以接收標簽數據，也可以將新數據寫入到RFID標簽中。上位機管理系統可以通過物理I/O（輸入輸出）接口連接讀寫器，對讀寫器進行頻段、讀寫速率等參數設置，并可以通過讀寫器獲取標簽數據，對標簽數據進行管理[8]。RFID系統結構如圖1所示。

2.2??? RFID標簽分類及其特點

RFID標簽與讀寫器之間根據標簽的供電方式可以將其分為三類：無源RFID標簽、有源RFID標簽、半有源RFID標簽[9-10]。

無源RFID電子標簽自身不需電源供電，它通過接收讀寫器輸出的微波信號和通過電磁感應線圈獲取能量進行短暫供電，所以無源標簽只有在與讀寫器一定范圍內才能將信息發送給讀寫器。無源RFID標簽不需要供電模塊，成本低，結構簡單，但是受通信距離限制，只能用于近距離的信息識別，主要工作在低頻段。

有源RFID標簽使用外接電源供電，可以主動向讀寫器發送數據信號，相對于無源RFID標簽其體積比較大，但是傳輸距離和傳輸速率有了很顯著的提升，最高傳輸距離可達百米。有源RFID標簽主要工作在高頻頻段，且具有一次識別多個標簽的功能[11]。

而半有源RFID標簽通過自主供電模式實現良好的傳輸距離和傳輸速率。一般情況下半有源RFID標簽處于休眠狀態，只給標簽中數據部分供電，耗電量很小。只有在接收到讀寫器低頻信號后才會進入正常工作狀態，在工作狀態下再發送高頻信號將數據發送給讀寫器。其通常應用在一個高頻信號所能覆蓋的大范圍中，在不同位置安置多個低頻讀寫器用于激活半有源RFID標簽，既完成了標簽定位又完成數據采集和傳遞。

2.3??? RFID標簽優勢

RFID標簽相比于傳統條形碼來說，在獲取標簽信息的操作機制、重復使用性、環境適應性、獲取數據速度、應用領域等方面都具有很大的優勢[12-13]。表1所示為RFID標簽與傳統條形碼的比較結果。

3??? 系統設計

本文研究了一種基于RFID技術進行標簽數據采集及管理記錄的系統，該系統主要包含硬件設計、軟件流程設計兩個部分。

3.1??? 硬件設計

系統整體硬件結構如圖2所示。該系統包含RFID標簽，以及由無線收發模塊、MCU（微控制器）控制模塊、存儲模塊、物理接口組成的讀寫器，電源供電模塊以及上位機數據管理系統。其中RFID標簽可以存儲數據信息，可以通過讀寫器讀取或者寫入數據信息，讀寫器與上位機通過物理接口連接，將獲取的標簽信息傳遞到上位機管理系統，也可以在上位機設置一些參數修改RFID標簽的信息。

3.2??? 軟件流程設計

軟件操作流程如圖3所示。

根據軟件操作流程：首先準備一定數量的無源RFID標簽，并將天線與讀寫器連接。然后將標簽放入天線的接收范圍內，將讀寫器接通電源。讀寫器上電后使用USB（通用串行總線）線連接讀寫器與上位機軟件，上位機軟件各界面的初始狀態為灰色，表示禁止相關設置，如圖4所示。正確設置串口號和波特率，點擊連接讀寫器，如果讀寫器接入成功，軟件界面各選擇框和按鈕可以進行選擇和點擊界面，如圖5所示;如果連接失敗，就需檢查讀寫器與計算機間連接是否正確。在軟件連接讀寫器成功后，選擇讀取標簽界面，點擊開始讀取，讀取成功輸出標簽信息，讀取失敗則重新設置測試環境。

4??? 系統測試及結果分析

4.1??? 測試環境

測試時將14個無源RFID標簽和讀寫器布置在測試環境中，讀寫器帶有8個TNC（射頻同軸連接器）天線接口，任意選擇3個接口接入3根天線，RFID標簽布置在天線覆蓋范圍內，使用USB轉串口將讀寫器與上位機軟件連接。系統工作頻率為840～960 MHz，支持符合EPC CLASS1 G2、ISO18000-6B標準的電子標簽;輸出功率為33 dBm;供電使用單+9 V供電，可以使用POE供電。

4.2??? 結果分析

連接讀寫器成功后選擇測試標簽界面，開始查詢標簽，標簽查詢成功如圖6所示。

圖6中顯示已查詢到標簽數量為14，與實際放置的標簽數一致，并可看到14個標簽查詢時間只有0.296 s，比傳統的條形碼查詢更快、更高效。此外圖中還顯示累計查詢數量可以達到計數的功能，對統計匯總有一定的參考價值。

5??? 結束語

RFID系統讀取標簽信息準確、快速，且在一定范圍內不需對準的特點，可以廣泛地應用在生活的各個方面，將RFID技術應用到醫療行業具有廣闊的前景。RFID系統結合醫療信息化管理系統可以更方便快捷的登記和更新各種醫療物品信息和人員信息，減少因信息差錯產生的醫療事故。RFID系統操作簡單，標簽耐用性強，能適應惡劣環境，應用范圍廣泛，為極端環境下產品信息采集與維護提供了途徑。

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