基于RFID 的血液全流程監控系統設計與應用

蘇武錦，蔣文，李森

南寧中心血站，廣西南寧 530007

國際血庫自動化委員會在2021 年12 月發布的ISBT 128 標準中，專門提出了射頻識別（radio frequency identification, RFID）標簽在血液產品管理方面的應用。北京中關村標準化協會技術委員會2021 年12 月28 日發布了T/ZSA 101—2021《射頻識別（RFID）標簽應用于血液成品的技術規范》。RFID 由于其“無源、遠距離、多目標識別”等特點，在血液管理方面的應用已經越來越廣泛。有多個學者的研究分別從RFID 能夠大幅降低臨床風險至RFID 在血液庫存管理方面的優越性，以及RFID 在實時跟蹤、異常報警等方面的應用，進行了一系列討論及研究，探討了基于RFID 進行血液管理的可行性[1-8]。雖然RFID 已在血液管理中有許多應用，但全流程監控系統研究成果較少。本文結合南寧中心血站利用多項專利技術搭建的基于RFID 的血液全流程信息管理系統，著重介紹系統的設計和應用，為血液管理的信息化建設提供參考和借鑒。

1 RFID 血液全流程監控系統設計

系統設計遵循功能全面、技術先進等原則：①依托專利技術，借鑒醫院互聯網管控平臺建設的經驗進行全面規劃；②針對血液的采集、制備、檢驗、存儲、供給、使用等全過程，獲取業務過程的功能需求；③結合血液制品隔離與放行、發放、運輸、質量管理等環節做出具體的領域需求和非功能需求；最后綜合應用物聯網（internet of things, IoT）、人工智能（artificial intelligence, AI）等技術，設計全流程智能監控系統平臺。見圖1。

圖1 基于RFID 的血液全流程監控系統結構

1.1 系統總體設計

根據系統工程的思想，為滿足科學化、合理化、經濟化的總體要求，按照完備性、系統性、可靠性、實用性、可擴充性及易操作性等設計準則，完成系統的總體設計。主要包括以下4 個模塊。

1.1.1 采集管理模塊 為解決血液采集工作量大、效率低、信息無法溯源等問題，本模塊采用智能采集終端設備自動記錄血液、人員、時間等關鍵信息，確保人員嚴格按照規范操作，實現快速采集血液和精準獲取血液信息，準確快速關聯人、機、物的相關信息。

1.1.2 庫存管理模塊 庫存管理分為血液精細化庫存和血液存儲溫度安全監控兩個模塊。這兩個模塊的共同點是能夠實時統計和顯示庫存中血液的狀態。不同狀態以不同的顏色進行區分，以便快速發現異常。模塊的不同點是血液溫度安全監控具有溫度異常自動報警，共同點是工作人員可以遠程監測血庫中血液的狀態。

1.1.3 冷鏈運輸模塊 在冷鏈車內設置監控攝像頭和傳感器，以便及時發現血袋異常。本模塊持續讀取車內的溫濕度數據，一旦出現異常立即顯示位置信息，同時發送報警信息給前端和控制中心，以便工作人員實時查看和處理。

1.1.4 臨床用血模塊 本模塊旨在實現閉環臨床用血功能，解決血液用量獲知慢、血袋核銷監管難等問題。臨床用血可通過本系統追溯血液信息，實現血液使用完畢同步回收與核銷信息，為血液調換和回收提供支持，避免血液浪費。

1.2 關鍵技術

具有多項專利技術的RFID 標簽的應用是本系統的特色。

1.2.1 RFID 標簽制作 為適應低溫環境，解決低溫導致的連接芯片和天線中的導電膠、標簽粘膠等脆化問題，采用了創新研發的環氧樹脂超低溫導電納米膠粘劑技術[4]，解決了標簽脫落問題，確保了RFID在超低溫條件下的穩定工作。系統采用高性能無源超高頻RFID 標簽，具有抗金屬離子、抗液體、耐低溫等特性，適用于血液全流程業務場景。

1.2.2 RFID 標簽讀寫 為解決RFID 標簽沖撞和堵塞等問題，研發了“高頻/超高頻RFID 識別系統中的多標簽防碰撞方法”“緊湊數組型無線射頻生物樣本管理系統”等發明專利，在管理RFID 血袋時，不僅解決了RFID 讀寫時響應功率衰減和頻帶漂移問題，加快了標簽的識別速度，有效提高系統的吞吐率。

1.2.3 多模態智能識別算法 在血液業務工作環境中，監控視頻、無線信號和音頻等設備各自工作，形成信息孤島。如今的AI 技術對音頻和視頻的識別已趨于成熟。蔣維春[5]通過分析無線信號在傳播過程中的變化，實現了場景感知，這對血液產品提升位置精度等方面作出了貢獻。一旦出現血袋不在原位置，可以融合多模態數據使用智能算法，及時發現血袋的位置。

2 RFID 血液全流程監控系統部署與實踐

2.1 系統的部分硬件設備

硬件設備主要包含RFID 標簽和讀寫器等設備。

2.1.1 RFID 標簽 RFID 標簽中的EPC 區存儲了血液制品的唯一標識。在RFID 血袋的交接、貯存、運輸等場景中，系統通過掃描RFID 標簽讀取EPC 值后，即可加載該血液制品的詳細信息。

2.1.2 智能硬件 感知層硬件設備主要有便攜式手持終端、盤點終端、批量識別儀。便攜式手持終端的主要功能是能夠批量讀取射頻標簽信息。終端處理速度快，適應多種場景。兼容RFID 和二維碼讀寫，具備北斗和GPS 定位功能。便攜式盤點終端能自動記錄血液進出信息,讀取距離遠，操作簡便,設備工作時間長，按鈕觸發工作，液晶屏幕顯示，適用于多種盤點場景[6]。隧道式血液批量識別儀旨在解決大批量、遠距離、不開箱等血液制品識別的傳統難題。

2.1.3 手持機軟件功能模塊 手持機在RFID 血液管理中可涵蓋每個環節。全血交接、全血接收、血液制備、標本檢驗、血液查找、血液出入庫、庫存盤點等全流程都可以通過手持機完成。

2.1.4 Web 端軟件功能模塊 當數據較多時，手持機上顯示不夠完整，而Web 端則能夠全面顯示。在出入庫管理、庫存盤點、血液溯源等軟件模塊中，Web端為用戶提供了多樣化的選擇。

2.2 系統的中間件和業務軟件模塊

系統的中間件是硬件和業務應用軟件的橋梁，承擔著各類數據的轉換處理工作[7]。本系統中間件軟件，起到多源數據采集、過濾、分析、反饋等作用，實現數據清洗、加工，有效降低應用軟件負荷，提升系統的兼容性與可拓展性。

2.2.1 血液采集制備過程安全監控管理模塊 采集血液后，工作人員將預制寫入獻血碼的RFID 標簽粘貼在血袋上并與獻血者信息關聯。在血液制備時，通過讀寫RFID 標簽獻血碼實現血液的濾白、離心、速凍以及冷沉淀等操作的監測，對照操作標準實現安全管理。

2.2.2 血液精細化庫存安全監控管理模塊 工作人員使用手持機終端通過批量掃描粘貼有RFID 標簽血袋的方式實現血液快速入庫與出庫，同時血液存儲過程中可以使用手持機快速、非接觸式批量盤點，有效提升庫存管理效率和管理水平。

2.2.3 血液冷鏈運輸安全監控管理模塊 工作人員掃描RFID 標簽后創建運血單，建立血液和運血箱關聯關系。在運輸過程中，通過RFID、傳感器、北斗衛星提供的信息，實時顯示當前車輛位置、運血箱數量及溫濕度[8-9]。本模塊可獲取到每一袋血液的信息。一旦出現異常，系統即時顯示。血液送達后，接收人員使用讀寫器完成血液的接收，實現了運輸過程中的精細化管控。

2.2.4 臨床血液安全監控管理模塊 本模塊能夠自動檢索擬用血液信息，檢索內容涵蓋采集、制備、存儲、運輸等過程。在臨床需要補充用血時，系統能夠根據所需血液信息，搜索庫存信息，精確查找同型號血液，保證血液準確出庫[10]。系統還具有將儲血箱、轉運箱等設備前移到臨床用血科室的功能，滿足臨床緊急用血。

2.3 系統的應用

每一項業務工作在手持機中都有對應的圖標，用戶登陸后可以根據提示完成血液管理的全部工作。在全血交接時，點擊“全血交接”按鈕，即可掃描待交接的血袋。識別完成后自動匹配，顯示該血液的運輸單號、采血點信息等。點擊“開始交接”按鈕，即可啟動射頻掃描，核對搬運單數據，確認后點擊“提交按鈕”，自動同步系統數據。

目前，本系統已經實現了全血快速交接、全血批量接收、血液制備監控、庫存核查與盤點、血液查找、臨床用血等功能，覆蓋了血液“從血管到血管”的全過程，大幅提高了工作效率和管理水平，降低了差錯率，為獻血和用血安全提供了技術保障。

3 應用成效

系統已于2021 年12 月正式啟用，經過不斷的優化，其強大的功能、良好的用戶體驗、嚴謹的工作流程彰顯了系統的先進性和完整性。同傳統模式對比，系統的工作效率在批量識別方面都有了大幅提高。通過對全流程所有環節的持續優化，在傳統RFID 的基礎上，匯聚并產生多項專利，成功解決了RFID 在天線脫落、標簽碰撞、超低溫脆化等業界難題，使得全流程管理系統、智能設備和血袋標簽等模塊功能得到大幅提升[11-12]。系統為保證血液質量、用血安全提供了技術保障：①基于RFID 中的可追溯碼實現了全生命周期的單品血液跟蹤管理；②突破傳統業務中的粗放管理模式，將血液管理從儲血箱精細到每一袋血，解決了局部溫度變化導致個別血袋變質的問題；③實現采集、制備、檢驗、運輸、存儲、用血等血液全流程的全過程、全要素、全實時數據采集，規范了血液業務標準化操作，為提高血液質量提供了技術支撐。基于RFID 的血液全流程監控系統是前期經驗的總結和升華，融合了IoT 與AI 技術，實現了對血液的全程實時監控，提高了血液精細化管理水平和保障能力。

4 結語

基于RFID 的血液管理數字化建設，完全可以取代傳統的條形碼和二維碼，尤其是通過專利技術優化后的RFID，能更好地在全溫域環境中工作。血液監控系統從血液采集、制備、檢驗、庫存管理、血液發放及運輸等全流程信息溯源和全流程閉環管理應用中有效地解決了數據采集不實時、不完整、效率低等問題，實現了軌跡追蹤、溫度監控、異常實時報警等功能。但從實際應用情況來看，RFID 技術在血液管理中的應用還有進一步優化的空間，在監控系統的兼容性上，曾出現過不同廠家的設備接入時出現接口不一致、數據丟失等問題。隨著血液數據的持續增長，RFID 技術將在血液管理全過程、全實時、全要素的數據采集上，將發揮更大的作用，RFID 應用于血液全流程全要素全周期射頻管理將是行業發展趨勢，在提高工作效率的同時，最大程度上保證血液安全，持續提升城市血液安全管理的標準化、網絡化和智能化水平。