基于物聯網的醫用高值耗材管理系統

張凱齊，楊耿煌，2

（1.天津職業技術師范大學 自動化與電氣工程學院，天津 300222；2.天津職業技術師范大學 天津市信息傳感與智能控制重點實驗室，天津 300222）

醫用高值耗材具有生命周期短、價格昂貴等特點[1-2]。由國家衛生健康委、國家中醫藥局于2019 年發布并實施的 《醫療機構醫用耗材管理辦法（試行）》明確提出了健全高值耗材管理制度，要求對醫用高值耗材實行全過程追溯管理。基于以上方面，構建規范合理的醫用高值耗材管理體系已成為一種必然趨勢[3]。

目前，大多數醫療機構的醫用高值耗材管理流程存在以下弊端：①庫存管理不合理：高庫存浪費耗材，低庫存導致治療延遲；②缺乏標準化和規范化：缺乏操作規程和管理制度，導致耗材流失和錯費漏費[4]。

針對目前醫用高值耗材管理流程存在的缺點，本文設計并開發了基于物聯網的醫用高值耗材管理系統，實現耗材信息精確統計及庫存信息實時監管，具有提升管理效率，規范管理流程的優點。

1 系統結構

傳統醫用高值耗材管理流程如下：①醫療機構人工統計各科室高值耗材使用情況，確定所需的高值耗材種類和數量后與供貨商進行訂貨；②供貨商安排物流人員將高值耗材送達醫療機構；③醫療機構將高值耗材通過人工登記進行出入庫。

傳統管理流程依賴于人工統計，存在統計錯誤或庫存管理流程不規范等問題[5]。本文設計的醫用高值耗材管理系統在供貨商和醫療機構之間建立了一個有效的供應鏈管理系統，實現耗材庫存精確統計的同時幫助供貨商和醫療機構進行成本控制。供應鏈閉環流程如圖1 所示。

圖1 供應鏈閉環流程Fig.1 Supply chain closed-loop flow chart

本文設計的醫用高值耗材管理系統框架如圖2所示，主要包括終端和云服務器平臺兩部分。

圖2 系統框架圖Fig.2 System structure framework

1.1 終端

終端由主控模塊、射頻識別（RFID）模塊、無線移動通信模塊、指紋識別模塊與電磁鎖模塊構成。通過指紋識別模塊對用戶指紋信息進行讀取并控制電磁鎖打開柜門，利用RS-232 通信將讀寫器掃描到的RFID 標簽數據傳輸至主控模塊進行預處理并與操作人員信息進行綁定，再由無線移動通信模塊將分類打包的數據上傳至云服務器平臺實現數據實時更新。

1.2 云服務器平臺

以SQL Server 作為數據庫管理系統，用于存儲高值耗材管理系統數據[6]。通過與終端建立通信實現數據更新。在Web 界面中提供查詢界面和篩選條件，可針對特定需求生成相應報表，對醫用高值耗材的使用情況進行分析和展示。

2 系統終端設計

2.1 主控制器模塊

該系統采用STM32F103ZET6 單片機作為主控模塊，作為一款高性能的ARM Cortex-M3 內核處理器，配備大量外設接口，包括USB、I2C、UART 等接口，支持各種設備的連接和數據通信需求。滿足醫用高值耗材的管理系統穩定可靠運行，滿足醫用高值耗材管理系統運算速度和處理能力的要求。

2.2 射頻識別模塊

射頻識別模塊由RFID 標簽、讀寫器和天線組成[7]。RFID 標簽包含芯片和天線，讀寫器負責數據傳輸和控制設備，天線用于接收和發送RFID 信號。讀寫器接收到電磁場中的信號時，通過天線向標簽發送激勵信號使標簽中的芯片開始工作，將標簽中存儲的數據編碼成RFID 信號，并通過天線向讀寫器發送信號。讀寫器最終將數據傳輸至主控制器。模塊工作流程如圖3 所示。

圖3 射頻識別模塊工作流程Fig.3 RFID module work flow chart

2.3 無線移動通信模塊

無線移動通信模塊主要由RF 前端、基帶芯片、調制解調器和射頻開關等構成。無線移動通信模塊完成初始化后，通過運營商網絡自動獲取IP 地址，將主控模塊發送的數據通過網絡傳輸至云服務器平臺。

2.4 電磁鎖模塊

電磁鎖模塊是用電磁原理構建的一種硬件鎖，可通過控制電子開關實現門鎖的開閉和鎖緊。當需要打開醫用高值耗材柜時，只需要輸入正確的指紋信息，電磁鎖模塊便可迅速地將門鎖打開。本終端中，主控模塊與地分別連接電磁鎖的兩根狀態反饋線，根據IO 口的電平狀態控制電磁鎖的開閉。

3 云服務器平臺設計

云服務器平臺基于B/S 架構設計。SQL Server作為數據庫管理系統，通過Entity Framework 實現對SQL Server 數據庫的數據訪問和操作。采用MVC模式構建Web 應用，實現用戶界面的設計和交互。云服務器平臺操作界面如圖4 所示。

圖4 云服務器平臺操作界面Fig.4 Interface of cloud platform operating

對醫用高值耗材管理流程進行分析優化后，得到云服務器平臺功能模塊包括耗材信息管理模塊、權限管理模塊、庫存管理模塊、報表管理模塊[8-10]。云服務器平臺功能結構如圖5 所示。

圖5 云服務器平臺功能結構圖Fig.5 Cloud platform functional architecture

耗材信息管理模塊：用于管理醫用高值耗材的基本信息，包括耗材名稱、規格、生產廠商、批次號等。

權限管理模塊：用于管理用戶的登錄和權限，包括用戶角色的定義和分配、權限的設置和管理等。

庫存管理模塊：用于記錄和管理醫用高值耗材的庫存情況，包括庫存數量、出入庫日期、存儲位置等，支持庫存的入庫、出庫、盤點以及對庫存進行查詢和統計分析功能。

報表管理模塊：用于生成各類報表和進行統計分析，包括耗材庫存報表、耗材使用情況分析、平臺操作記錄等，能夠根據用戶的需求生成定制化的報表和圖表，并提供數據篩選、排序和導出等功能[11-13]。

4 系統測試

為驗證系統是否實現預期功能，例如高值耗材的識別、追蹤、庫存管理等功能是否正常運作，優化設計流程，提高系統運行的穩定性與可靠性。現對終端與云服務器平臺進行聯調測試。

4.1 終端測試

終端設備以醫用高值耗材柜為載體，醫用高值耗材柜如圖6 所示。

圖6 醫用高值耗材柜Fig.6 Medical high-value consumables cabinet

測試主要內容為醫用高值耗材柜門測試與射頻識別模塊讀取測試。終端測試流程如圖7 所示。

圖7 終端測試流程Fig.7 End-to-end testing flow chart

醫用高值耗材柜門測試：主要針對電磁鎖模塊進行測試。云服務器平臺與終端建立連接后，測試人員通過指紋模塊輸入指紋信息，通過無線移動通信模塊將所識別指紋信息發送至云服務器平臺與注冊信息進行對比，成功后向終端發送驗證通過信息，由主控模塊向電磁鎖傳遞開鎖指令，成功完成該流程則測試通過。

射頻識別模塊測試：對射頻識別模塊進行讀取測試與多標簽識別測試，測試RFID 模塊是否能夠同時讀取和區分多個標簽[14-15]，結合實際出入庫操作流程，設定讀寫器識讀功率為30 dBm，識讀范圍為2 m 以內。耗材信息識讀準確率為100%則測試通過。

4.2 云服務器平臺功能測試

云服務器平臺主要功能為數據存儲管理與報表生成。測試主要驗證用戶登錄、耗材及庫存信息管理與報表生成等模塊是否正常工作，測試內容如表1 所示。

表1 云服務器平臺功能測試內容Tab.1 Content of cloud platform functional testing

4.3 測試結果分析

基于物聯網的醫用高值耗材管理系統已在河南省鶴壁市人民醫院、天津市中醫藥研究院附屬醫院2 所三甲醫院部署應用。以天津市中醫藥研究院附屬醫院為例，全院醫用高值耗材種類共計900 余種，總數30000 余件，部署醫用高值耗材管理系統前后效果對比如表2 所示。

表2 部署系統前后對比表Tab.2 Comparison before and after system deployment

由應用結果數據可以看出，基于物聯網的醫用高值耗材管理系統顯著提高了統計準確率，大幅縮短了統計時間，減少了因統計過程中出現誤差或耗材丟失給醫療機構帶來的損失，為醫療機構節約了運營成本及耗材管理工作人工成本。

5 結語

本文針對現行醫用高值耗材管理流程存在的缺陷，結合管理人員實際操作流程，設計了以射頻識別技術為核心的醫用高值耗材管理系統。應用物聯網技術，實現了醫用高值耗材全程可追溯管理。相較于傳統管理模式，規范了醫用高值耗材管理流程，提高了管理效率。云服務器平臺包含多個子系統和功能模塊，如耗材庫存信息管理、報表生成等，打通了信息管理、耗材出入庫、使用情況統計分析及等各個環節，使醫用高值耗材統計準確率得到顯著提高，有效避免了管理過程中出現清點誤差以及耗材丟失等問題，縮短統計時間的同時大幅減輕了管理人員工作量，為醫療機構節約了人工成本及運營成本，具有良好的應用價值。