射频标签技术在医院管理中的应用进展
刘成友1a，周蕾蕾1a，刘康2，马俊1b，秦航1a
1.南京医科大学附属南京医院 a.医疗设备处；b.院部，江苏 南京 210006；2.青岛理工大学 土木工程学院，山东青岛 266000
[摘 要]我国医院信息化建设目前正逐步向数字化医院的方向发展，通过信息化建设，医院的管理者可以更多、更全面的掌握信息，使管理更加有效。本文主要介绍了射频标签（Radio Frequency Identification，RFID）技术在医院精细化管理中的作用；提出了医院医疗设备精细化管理中存在的问题，研究并分析了RFID定位算法，通过实验平台测量并量化分析了射频读写器接收信号强度（Received Signal Strength Indication，RSSI）与距离以及读写器矢状面夹角之间的关系；最后，结合国内外使用RFID技术在医院管理研究进展，分析了RFID技术在定位、识别、药品防伪管理、新生儿防盗、医疗设备消毒溯源管理以及库房管理中的具体应用。
[关键词]射频标签技术；精细化管理；定位算法；药品防伪管理；消毒溯源
引言
射频识别技术（Radio Frequency Identif i cation，RFID）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰能力强、操作快捷等优点。现已广泛应用于工业自动化、商业自动化、智能交通、物流管理、防盗、医疗保健等众多领域，成为当前IT业研究的热点技术之一[1-2]。实时的位置信息对日常生活而言是非常重要的，例如导航、周边搜索、监控矿内工人的位置等。目前，随着科技的发展，无线识别、定位技术已经逐渐被医院所接触，无线技术在医院的具体应用主要有仓储物流管理、固定资产管理、追溯系统的建立、老人防走失、婴儿防丢失等[3-5]。
医院信息系统的逐步普及一定程度的提升了医院信息化和数字化[6]。但仍然存在很多的不足，如各科室间硬件设施共享性差、部分科室医疗设备闲置、可移动设备的流通信息无法实时获取等，使医疗信息化、现代化、智能化建设受到了严重制约[6-9]。基于此，本文着重研究RFID技术的主要参数和性能指标，并结合国内外医院使用RFID技术在医院管理中的现状，探讨RFID技术在医院的应用及前景。
1 RFID技术基础
RFID技术是二十世纪九十年代兴起的，是一种区别于传统的条形码、二维码和接触式IC卡的非接触的自动识别技术。该技术具有可加密、读取距离大、可反复读写、适用于室内目标追踪等优点[10]。
1.1 RFID频率分类
最基本的RFID系统由标签、读写器和天线组成，系统的工作频率和阅读距离是射频识别系统的重要参数，工作频率与阅读距离是密切相关的，这是由电磁波的传播特性所决定的。射频识别标签可存储一定容量的信息并具一定的信息处理功能，读写设备可通过无线电讯号以一定的数据传输率与标签交换信息。根据系统工作频率目前可将射频标签分为4种[11]：低频段射频标签（f＜3 MHz）、中高频段射频标签（3 MHz＜f＜30 MHz）、超高频段标签（400 MHz＜f＜3 GHz）以及微波标签（f＞3 GHz）。
1.2 RFID定位技术
RFID技术是一种非视距传播、识别速度快、成本低等优点日益受到人们的关注。目前比较成熟的定位技术有：达到时间定位（Time of Arrive，TOA）、到达时差定位（Time Difference of Arrive，TDOA）以及信号强度定位（Received Signal Strength Indication，RSSI）等[12-13]。其中，TOA指在速度一定的情况下，信号的传输时间与传输距离成正比。到达时间定位方法的定位精度较高，该算法要求标签和阅读器在时上要保持同步，即需要时钟同步，需要至少3个参考点才能定位1个平面坐标。TDOA可以用于两种速度不同且相差很大的信号，如天线电信号和超声波信号，在节点上同时安装以上两种信号的接收装置，检测到两信号到达的时差来计算出距离。也可以测量同一种信号到达每一辅节点的时差。无线电波或声波信号在介质中传输，信号功率是随传播距离的变大而衰减，RSSI通过读写器接收到的功率来计算出到标签的距离。
1.3 RSSI定位参量
工作频率、识别距离及相关最大识别距离通常是搭建RFID定位系统的首要考虑条件。研究表明，射频识别系统的工作频率越大，识别距离越大，识别速度越快，射频标签发射信号随发射距离的增大而逐渐降低等。然而，由于室内识别系统中信号往往受到信号干扰、信号发射、折射等现象的影响，使得射频识别系统的识别频率、识别距离以及RSSI不存在函数关系。笔者在前期研究中，通过实验和查阅手册测得单一频率射频读写器接收RSSI值与芯片距离之间的关系，见图1～2。
图1 RSSI值与距离的空间关系
图2 RSSI值与距离的角度关系
2 RFID技术在国内外医院管理中的研究进展
RFID技术在国外的发展较早也较快。尤其是在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有较为成熟且先进的系统。目前，RFID技术在公路自动收费、邮件包裹处理、工业生产制造、药品动态管理、门禁控制等方面得到了广泛的应用[9]。自上世纪以来，RFID技术的发展为医院的管理带来了新的理念，RFID技术在医院的应用案例有很多，大到HIS系统智能化管理，小到门禁系统、食宿系统管理都离不开RFID技术的支持。就医疗领域而言，国外起步比国内要早很多。尤其在欧美等发达国家，在医疗行业的应用已经趋于成熟。其作用范围也越来越广泛，例如病人安全管理、药品管理、血液管理、固定资产定位追踪等。RFID技术的引入，很大程度提高了医护人员的工作效率、诊疗质量以及为医院减少不必要的管理成本提高经济效益[14-15]。
在RFID技术发展的前10年中，有关RFID技术的国际标准的研讨空前热烈，国际标准化组织ISO/IEC联合技术委员会JTCI下的SC31下级委员会成立了RFID标准化研究工作组WG4。尤其是在1999年10月1日正式成立的由美国麻省理工学院发起的Auto-ID Center非盈利性组织在规范RFID应用方面所发挥的作用将越来越明显。Auto-ID Center在对RFID理论、技术及应用研究的基础上，提出了产品电子代码（Electric Product Code，EPC）概念及其格式规划，并提出了实物互联网的概念及构架，为EPC进入互联网搭建了桥梁，此外建立了开放性的国际自动识别技术应用公用技术研究平台，为推动低成本的RFID标签和读写器的标准化研究开创了条件。RFID技术在国内外医院管理应用主要有以下几个方面。
2.1 基于RFID技术的医院定位、识别的应用
全球每年都有数万的病人因被识别错误等引起的医疗事故。2004年10月，美国国家卫生研究院（NIH）拨款150万美元，在麻省综合医院进行了以射频识别技术为基础的室内定位研究，并开发了IPS定位系统，这套系统使用RFID标签、接收器和网络定位技术，以帮助医疗卫生机构管理医疗设备、病人和医务人员。
麻省综合院在医院周边活动场所安装有源RFID系统信息网络，对入院患者佩戴有源RFID标签的病人手腕或脚腕，该电子标签中含有患者的电子照片和相关入院信息，每名病人都有一个唯一的ID号码。当病人进行手术或治疗时RFID阅读器感应电子标签中的信息准确识别病人的身份，从而有效的防止做错手术、吃错药、打错针等引起的医疗事故，促使病人得到良好的照顾与精确治疗。此外医院还可以通过遍布医院周围的RFID系统信息网络将病人位置显示在与病人对应的科室的护士站的电子告示牌上（骨科的一位病人在MRI室接受检查时，骨科的护士站的电子告示牌上会显示患者外出，接收MRI检查中）。当患者被定位于危险场所或非控制性场所时（天台、院外临界等），系统会发出报警，使看护人员很快找到病人，还可以为容易迷失方向的病人发出警示提示起导路作用。
2.2 基于RFID技术在药品防伪管理中的应用
药品作为保障人体健康的特殊商品，它的质量与人们的健康与生活息息相关，历史上的每次药品事故都会带给人类无尽的伤痛，为了规范药品市场确保药品质量，世界各国均开始实行严格的监管制度，然而，药品事故始终未得到较好的控制[16-22]。为解决药片防伪管理中存在的问题，2014年，比利时的St.Trudo和Jan Yperman两家医院联合开发一款药品防伪管理系统：该系统通过科学的分析药品包装，使用产品药品编码一一对应的鉴别号码标签形成无法复制和篡改的防伪层。该鉴别号码类似于产品身份证，它能贯穿于药品的整个生命周期，可以轻易的追溯药品生产、药品的销售、药品的运输、药品的入库信息。此外产品在进行自动包装时，安装在生产线两边RFID阅读器将自动读取每个电子标签信息，然后将这些信息传递到药品管理系统中心，实现从出厂到销售、批发商、医院和药房的全方位监控。可以有效防止假冒伪劣药品。
在现代化的医院药品配送中心有源射频识别技术扮演重要角色。所需药品信息转化为挑选指令，通过计算机系统将指令传达到有源RFID阅读器，阅读器拣选出与来自商品包装上的电子标签中的信息相匹配的药品，从而完成挑选任务。这种自动化挑选大大降低了劳动强度，缩短了配送药品时间，提高了操作效率和准确率[23-24]。
2.3 基于RFID技术的婴儿防盗系统
近年来新生儿在医院被盗、错抱、丢失现象时有发生，婴儿的丢失给家庭和医院带来了物质和精神上的双向伤害，基于此，基于RFID技术的婴儿防盗系统被开发。系统功能模块，见图3。
图3 基于RFID技术的婴儿防盗系统模块
当偷盗行为发生时，系统能以短信或电话（只响铃）的形式及时通知新生儿家属、医护人员以及门卫人员，并发出警报提示音，同时在病区出入处拍摄照片及时取证；当错抱行为发生时，系统会在新生儿出院时向相关人员予以提示。
2.4 基于RFID技术的消毒追溯管理
根据WHO（中国）数据显示，每年有超过数万患者在医院发生感染，其中有部分感染是由于病房条件造成，而绝大部分的感染事件是由于消毒不严格引起的，包括手术器械、腔镜、植入物等。在上述背景下，基于RFID技术的医院消毒追溯管理系统营运而生[24-27]。
手术刀具、腔镜等常见医疗仪器的消毒追溯系统一般由3部分组成，包括前端流程式控制识别设备（射频设备）、监控平台以及后台管理软件，其中流程式控制识别设备由RFID标签贴附于设备表面、工作人员工作卡上，用于对工作人员和设备的权限识别以及设备消毒管理记录，并通过RS232数据线将数据传递给PC端，PC端通过设定的时间、流程等参数对不合格的消毒流程予以提示，该部分功能由监控平台来完成。
2.5 基于RFID技术的库房管理
现代化的仓库储备不仅仅是完成对货物进出的简单批次处理，还要对库内货品的种类、数量、生产属性、垛位等信息做出清晰的数据库记录。以便在物流环节的各个阶段得到准确的货品数据和供应链信息，医院的运行离不开库房的后勤保障，库房所储存物件数量多、种类杂，如何合理安排库存量、如何对库存物件数量进行管理、如何对库存物件进行清点一直以来是困扰设备库房管理人员的一大难题。21世纪初，RFID标签技术就已经开始使用超市物件管理，同样，RFID标签技术同样可以应用于医院设备库房的管理。RFID射频识别技术是自动识别技术的典型代表。其识别准确度高、性能可靠、存储信息量大、耐油污水洗等，特别适用于工业环境下的自动识别需求。采用RFID标签替换条码等标识货品，可有效的完成对仓储的自动化管理实现货品信息的自动采集、自动处理和信息报告。就清点工作而言，通过前面叙述可知，可使用超高频率射频标签（2.45 GHz）来快速进行清点工作，有研究[14]显示，2.45 GHz射频读写器可以单秒读取170张射频标签（库房物件）信息，能完全替代人工的清点工作。
3 结束语
进入21世纪，RFID技术的发展突飞猛进，定位识别技术正处于不断的发展中，是当前热门研究领域，有着良好的应用前景。医疗设备、医疗活动的精细化，已经成为目前研究的重点课题，如何将RFID技术应用在医院医疗设备的精细化管理是目前数字化医院研究的重点，特别是室内定位识别技术，各种定位技术之间没有通用的标准，未来定位技术的发展，对系统的精确度、标准化、实用性等提出了更高的要求，多种定位系统和算法的融合，以及实现3D定位将成为发展趋势，对于RFID技术的研究还有很长的路需要去探讨。
医疗仪器的管理是医院的现代化和信息化程度具体体现，随着医疗设别的种类不断增多、数量不断增加，种类和精细度不断提高，医疗设备的信息量快速增加，医院医疗设备的信息化管理必将成为一种趋势[28-29]。医疗设备信息化管理是保证设备安全有效使用，提高诊疗质量、增加医院效益的需要，有助于医疗设备相关管理部门之间进行系统建立实时系统的联系，避免形成信息孤岛。医疗设备信息化管理包括设备日常维护信息、釆购信息、质量控制情况、报废情况等动态管理。
RFID技术是近年来兴起的自动识别技术，对于其应用许多大企业都希望尽早涉足这一领域，目前国内很多医院对于RFID的应用几乎还是空白，不难发现，将RFID技术延伸到医院原有信息管理系统中，能使医院的管理更有序、效率更高[30]。总之,希望技术能较早的应用到医疗行业，帮助他们更准确地掌握产品信息，提高生产效率，减少人力成本，提高企业国际竞争力的同时，更好地服务社会。
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本文编辑 刘峰
Application Development of Radio Frequency Identif i cation Technology in Hospital Management
LIU Cheng-you1a, ZHOU Lei-lei1a, LIU Kang2, MA Jun1b, QIN Hang1a
1.a.Department of Equipment; b.Hospital Office, Nanjing Hospital, Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210006, China; 2.College of Civil Engineering, Qingdao Technological University, Qingdao Shandong 266000, China
Abstract：With the continuous development of hospital information construction in our country, hospitals are now gradually becoming digitalized. Hospital managers can get more information comprehensively through hospital information construction. This paper mainly introduced effectiveness of radio frequency identif i cation (RFID) and problems existed in the elaborate management of hospital medical equipment, investigated and analyzed RFID localization algorithm, measured received signal strength indication (RSSI) of RFID read-write device and analyzed the relationship between it and distance or sagittal angle respectively. Finally, combined with research progress of domestic and international use of RFID technology in hospital management, this paper also analyzed effectiveness of RFID technology in location, identification, drug security management, neonatal security, medical equipment disinfection source management and warehouse management.
Key words：radio frequency identif i cation label technology; elaborate management; localization algorithm; drug security management; disinfection traceability
[中图分类号]R197.322
[文献标识码]A
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2017.04.030
[文章编号]1674-1633(2017)04-0110-04
收稿日期：2016-11-05
修回日期：2017-01-10
基金项目：南京医科大学创新项目（NJMU20140035）。
通讯作者：秦航，副高级工程师，研究方向为医疗设备管理。
通讯作者邮箱：18951670885@163.com