基于RFID的医疗设备使用状态监测系统

林洋，诸强，高敏，安峥，高海鹏

1.中日友好医院 医学工程处，北京100029；2.北京交通大学 计算机与信息技术学院 生物医学工程系，北京100044

基于RFID的医疗设备使用状态监测系统

林洋1，诸强2，高敏1，安峥1，高海鹏1

1.中日友好医院 医学工程处，北京100029；2.北京交通大学 计算机与信息技术学院 生物医学工程系，北京100044

根据医疗设备管理现状，设计了一套基于射频识别（RFID）技术的医疗设备使用状态监测系统，可实现医疗设备使用状态的定期监测以及使用率的统计，取代了目前医院通常所采用的人工统计设备使用率的方法，排除了人工统计数据方式的人为因素影响。

医疗设备；设备状态监测系统；射频识别；使用率统计；医疗设备管理

0 前言

目前，国内一般的大中型三甲医院，其医疗设备大约在7000台左右，近些年来，各大三甲医院的门诊量和手术量都在迅速增加，同时医疗设备的数量和成本也在急剧上升，如何全面准确的统计医疗设备的使用情况，已经成为现代医院管理的重要课题。医院收集有关医疗设备数据的主要渠道有3种：一是登记本送到职能科室进行统计，这种直接面对面的统计便于沟通核查，但给使用科室增添麻烦；二是电话联系报收数据，相对方便但容易出错；三是利用医院局域网填报，统计分析即时完成，其难点是要加强数据真实性和可靠性的监控[1]。

上述第3种收集数据的方式采用了不同的数据收集渠道，但是使用情况数据其实都是通过临床使用人员人工统计的方式得到的。人工统计的方式主观性比较强，极易出错，并且明显增大了临床工作人员的负担。

本文基于射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）和无线局域网技术，建立了一套包含工作状态查询、设备维护预警、设备绩效成本核算等功能的设备使用状态监测系统，以客户端实时检测、自动上报医疗设备使用状态的方式，取代人工填报数据的过程，排除了人工统计数据方式的人为因素影响，解决了工作量庞大、繁琐、易出错的问题。

1 RFID简介

RFID或称无线射频识别技术，是20世纪90年代开始兴起的一项非接触式自动识别技术。RFID是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信号达到识别目的的技术。它具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷、可远距离同时跟踪识别多个目标等许多优点。

RFID系统大致由电子标签、阅读器、数据交换与管理系统3大部分组成。电子标签由耦合元件及芯片组成，主要用来存储被标识物数据信息；阅读器主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路组成，用来读取或写入电子标签中的数据。

电子标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号就能凭借感应电流所获得能量发出存储在芯片中的产品信息[2]。

2 监测系统结构

医疗设备使用状态监测系统基于医院内部的办公自动化网络平台，引入RFID技术实现对医疗设备身份的自动识别。在识别医疗设备身份的同时，客户端还检测流过设备电源零线的电流，监测医疗设备当前的工作状态，并通过无线局域网将医疗设备的身份信息和零线电流数据传输给服务器。

系统服务器实时接收客户端发送来的设备工作状态数据，在线判断、监测设备当前处于离线、待机或是工作状态；对医疗设备累计工作时间进行统计，根据预先设置的维护周期，向设备维护人员提供维护预警；根据各台医疗设备每月的累计工作时间或工作次数，统计各台医疗设备的使用绩效成本，从而实现对医疗设备使用情况的全方位管理。医疗设备使用状态监测系统的架构图，见图1。

图1 医院设备使用状态监测系统总体架构图

3 客户端结构

客户端由电流检测模块、RFID识别模块、中央控制模块、无线传输模块4部分组成，主要负责识别医疗设备身份信息、监测医疗设备零线电流，并将上述身份信息和零线电流数据发送至服务器。客户端的架构图，见图2。

图2 客户端架构

3.1 电流检测模块

采用交流电流测量电路，对流过设备零线的电流值进行检测，交流检测电路的电路图，见图3。

图3 交流电流检测电路图

图中DL-CT11CL-10A/5mA为穿心互感器，初级电流的变化在互感器次级线圈上产生一个随用电设备的用电电流变化而变化的感应电流。R1为采样电阻，将交流电流信号转化为交流电压信号，经整流后，送至运放进行放大。滤除高频杂波后送至A/D采样单元将模拟信号转变为数字信号。

交流互感器输入电流范围为0～10 A，次级线圈的输出电流范围为0～5 mA，运算放大器输出电压为0～5 V。

新医疗设备在第一次投入临床使用时，由操作人员启动客户端的测试模式。在测试模式下，操作人员先后分别使设备处于待机状态和工作状态，客户端会自动测量记录医疗设备的初测待机电流和初测工作电流，并将这两个初测电流和设备的编号信息一同发送给服务器；服务器根据初测电流设定2档阈值（待机电流阈值、工作电流阈值）：

待机电流阈值=初测待机电流×（1+10%）

工作电流阈值=初测工作电流×（1-10%）

由于各类医疗设备在待机状态下的电流和在工作状态下的电流差别很大，检测到的零线电流值可以准确的判断出医疗设备当前是处于待机状态还是工作状态。当检测到的零线电流高过工作电流阈值，表示设备正在工作；高于待机电流阈值且低于工作电流阈值，表示设备正处于待机状态。

3.2 RFID识别模块

在新医疗设备入库的时候，系统给医疗设备附加一个RFID设备标签。该备标签具有和医疗设备绑定的唯一RFID编号，系统在数据库中登记该RFID编号和对应设备的固定资产编号。

当医疗设备靠近客户端时，电子标签接收到射频阅读器发出的射频信号，发出存储在芯片中的该医疗设备的RFID编号信息。RFID识别模块通过射频阅读器读取医疗设备的RFID编号[3]，并将医疗设备的编号发送至中央控制模块。

需要注意的是，RFID的信号通过不同频段的电磁波进行传输和反馈，因此当它在医疗环境中运用时，要考虑到可能对医疗设备产生的电磁干扰。电磁干扰信号可能会影响一些高敏感度的医疗设备和相应的诊断、治疗和监护进程。在IEC60601-1-2 《医用电气设备 第1-2 部分：安全通用要求并列标准：电磁兼容 要求和试验》中给出了在电磁环境中医疗设备抗干扰度的推荐距离，见表1。

表1 生命支持设备的抗干扰度水平

根据表1，为了避免RFID识别模块对医疗设备的正常运行造成干扰，RFID识别模块的选用及客户端的安装位置应满足以下3项要求：① RFID识别模块的最大输出额定功率应＜ 80 mW；② RFID信号的频段应避开ISM频带；③ 客户端的安装位置应与患者保持1 m以上的距离。

3.3 中央控制模块

基于C8051F021单片机设计。主要负责完成下列3项工作：① 通过A/D转换，将电流检测模块检测到的零线电流模拟信号通转换为数字信号；② 记录RFID识别模块获取的RFID编号信息；③ 通过无线传输模块，将零线电流数据和RFID编号信息通过无线传输模块发送给服务器。

3.4 无线传输模块

采用TLN13UA06 Wi-Fi模块，该模块具有体积小，功耗低的特点，内置IEEE802.11协议栈以及 TCP/IP协议栈，客户端通过无线传输模块接入医院内的无线局域网网络。无线传输模块通过UART接口接收零线电流数据和设备RFID编号信息，随后通过Wi-Fi经由无线路由器发送给服务器。

4 服务器结构

服务器软件部分以数据库为中心，由工作状态接收模块、工作状态监视模块、工作状态查询模块、维护预警模块、绩效成本统计模块等模块组成。

4.1 数据库

储存医疗设备的参考待机电流数据、参考工作电流数据，以及工作状态监视模块分析得到的设备工作状态信息。它包含工作状态数据库、检测记录库、绩效成本数据库3个子库，各子库的数据结构以及相互之间的关联，见图4。其功能如下：

（1）工作状态数据库：以医疗设备的固定资产编号为索引，保存医疗设备的上次维护时间以及各次零线电路检测的时间。

（2）检测记录库：以检测时间为索引，保存医疗设备在各个时间段内的工作状态。

（3）绩效成本数据库：以医疗设备的固定资产编号为索引，保存医疗设备的所属科室、设备名称等信息，用以计算医疗设备的绩效成本。

图4 服务器数据库各子库的数据结构及其相互关联

4.2 工作状态监视模块

该模块的工作流程如下：

（1）接收客户端数据包，提取数据包中的零线电流数据和RFID编号信息。

（2）依据RFID编号在数据库中查询对应的固定资产编号。

（3）依据收到的零线电流数据，按以下条件判断设备的工作状态：① 当待机电流阈值＜零线电流＜工作电流阈值时，模块判断设备处于待机状态；② 当零线电流＞工作电流阈值时，模块判断设备处于工作状态；③ 当零线电流＜待机电流阈值的30%时，或者，服务器累计1 h未收到客户端的数据时，系统判断设备处于离线状态，即设备未接通电源。

（4）将检测时间、固定资产编号、工作状态这3项数据存入工作状态数据库中。

4.3 工作状态查询模块

访问工作状态数据库及检测记录库，根据数据库中保存的检测时间和工作状态，并通过计算可实现下列3种查询功能：

（1）累计使用时间统计功能。对检测记录库中处于在用状态的时间段进行统计，累加得出设备的累计使用时间，并将该数据存入绩效成本数据库中。该数据是系统计算医疗设备的绩效成本的主要依据。

（2）累计闲置时间统计功能。对检测记录库中，处于待机和离线状态的时间段进行统计，累加得出医疗设备的累计闲置时间，协助设备管理部门分析闲置原因，进行合理调配。

（3）应急调配查询功能。访问检测记录库，查询当前处于待机状态下的医疗设备。在医院发生突发事件需要紧急调配医疗设备时，为设备调配工作提供重要的参考信息。

4.4 维护预警模块

该模块主要提供定期维护保养预警和电池充电预警功能。

（1）定期维护保养预警。维护预警模块访问绩效成本数据库，查询设备的累计使用时间。当某台医疗设备的累计工作时间超过预设值时，提示设备维护人员对该医疗设备进行维护性保养检查。

（2）电池充电预警。当内部配有蓄电池的医疗设备的累计离线时间超过预设值时，维护预警模块将提示设备维护人员将该医疗设备接入交流电源进行充电，以避免蓄电池长期未充电发生损坏。

4.5 绩效成本统计模块

（1）统计医疗设备用电成本。根据医疗设备功率和累计工作时间进行计算得出用电成本。

（2）统计医疗设备折旧成本。根据医疗设备购置价格、折旧年限以及月平均使用时间或使用次数，计算医疗设备的每小时折旧成本或单次折旧成本，计算方法如下：

折旧成本（元/h）=设备购置价格/(折旧年限×12×月平均使用时间)

折旧成本（元/次）=设备购置价格/(折旧年限×12×月平均使用次数)

5 结论

RFID的技术在某些方面是条码身份识别技术的一个延伸，它最重要的特点是支持移动的物体，在医院管理中凡是可以用到条码的地方都可以用RFID来替代[7-8]。本系统既可以实时监测医疗设备的当前使用状态，方便医院管理部门进行灵活调配，又可以进行数据统计，为医疗设备的绩效核算和设备购置提供数据依据。

（1）实时掌握全院抢救类设备、生命支持类设备（如呼吸机、除颤器）的放置地点、使用情况，在发生突发事件、群死群伤事件时，如果某个临床科室出现抢救设备需求量激增，设备存量无法满足使用需求的情况下，可以通过系统数据库查询全院处于待机状态下的抢救类设备，并及时进行调配调拨。

（2）对于除颤器、体外复苏按压系统、移动DR、移动X光机、移动CT等需要定期充电的设备，如果长期未进行充电，设备的蓄电池会出现损坏，为可能出现的抢救带来不可预知的风险。系统数据库可对全院需充电设备进行持续跟踪，当设备超过1周未处于待机（充电）状态，即会发出提示，提醒设备管理人员进行定期充电。

（3）成本核算。医疗设备的成本核算通常由如下3部分构成：设备折旧成本、设备用电成本、设备耗材成本。过去传统的成本核算方法中，设备耗材成本部分的统计计算是较为易于实现，但是设备折旧成本和设备用电成本由于难于统计，通常采用使用者主观估算的使用次数或时间进行核算，得到的成本核算误差较大。

本系统根据实时监测到的零线电流，通过对比待机状态和工作状态下零线电流的差异，可以较为精确的统计出设备的使用次数和使用时间。通过月均使用次数，计算得到准确的设备单次使用折旧成本和用电成本。

本系统将RFID识别同电流的自动检测相结合，通过监测医疗设备的用电电流大小来判断设备的工作状态，提供了一种全新的医疗设备使用追踪和管理方法。系统开发成本低（表2），值得同行借鉴。

表2 系统开发成本估算清单

[1] 徐新民,南玉萍,曹铁军,等．做好医疗设备使用统计的要点与意义[J]．医疗卫生装备,2012,33(11):112-113．

[2] 方准．有源射频识别技术(RFID)及其在医院信息系统(HIS)建设中的应用展望[J]．医疗装备,2007,(3):3-4．

[3] 林东晓,林霖,李伟鹏．基于RFID技术的医院设备管理系统的设计与实现[J]．中国医疗设备,2013,28(3):54-55．

[4] 应悦,王志康,娄海芳．电磁兼容标准对RFID设备在医疗环境中电磁干扰的分析[J]．中国医疗设备,2014,29(9):62-64．

[5] 李磊．基于RFID技术的医院消毒供应中心管理系统设计与实现[J]．中国医疗器械杂志．2012．36(2):106-108．

[6] 吴兵,郭晓军,刘邦国,等．条形码和电子标签技术在医院物流管理中的应用[J]．解放军医院管理杂志,2013,20(12):1139-1141．

[7] 胡兴军．RFID:医院信息化建设的利器[J]．中国医疗器械信息, 2006,13(2):31-36．

[8] 吴兵,刘邦国,郭晓军,等．军队医院基于条形码和电子标签技术的物流管理系统[J]．实用医药杂志,2013,(8):757-759．

A RFID-Based Medical Equipment Using Status Monitoring System

LIN Yang1, ZHU Qiang2, GAO Min1, AN Zheng1, GAO Hai-peng1
1.Department of Medical Engineering, China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029, China; 2.Department of Bio-Medical Engineering, School of Computer and Information Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China

According to the current situation of the medical equipment management, this paper designed a medical equipment using status monitoring system based on RFID (Radio Frequency Identification) technology. The system realized the real-time monitoring of the using status of medical equipment and the statistics of the usage rate. Moreover, this system renewed the manual statistics method that was usually adopted in the hospital and eliminated the its influence of human factors.

medical equipment; status monitoring systems; radio frequency identification; usage rate statistics; medical equipment management

TP277

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.06.023

1674-1633(2015)06-0088-04

2014-11-03

2015-01-09

作者邮箱：13611036653@163．com