基于RFID技术的智能战备药箱系统设计与实现

唐维维，王虹

1.解放军医学院 生物医学工程研究室，北京 100853；2.解放军第309医院信息科，北京 100091

基于RFID技术的智能战备药箱系统设计与实现

唐维维1，王虹2

1.解放军医学院 生物医学工程研究室，北京 100853；2.解放军第309医院信息科，北京 100091

目的 提高军队医疗战备物资的信息化管理水平。设计一种智能化战备药箱管理系统，对战备医疗救援所需的药品及物资进行快捷、安全、准确的智能化管理。方法 在战备物资中嵌入相应信息的射频识别技术标签，并在药箱上安装多天线巡读模块、蓝牙模块以及药箱应答器，最终实现与基于Android系统的手持PDA设备进行信息数据交互。结果 经测试，本系统可对药箱内的所有药品物进行实时自动分类统计管理，并可精确定位药品位置，提供相应药品的使用说明。结论 本系统在战备环境中大大提高了医护人员的工作效率，并保证了用药准确性及安全性，适合在军队医院中推广应用，具有较大的可行性及发展空间。

战备药箱；射频识别技术；阅读器；战略物资智能化管理

0 前言

相比于普通地方医院，军队医院由于其特殊的地位及战备任务，需具备对各种突发事件做出快速反应的能力以及更强的医疗保障能力。而战备药箱作为战备工作中极其重要的一环，在军队医院实施战时快速反应和医疗保障、抗震救灾以及国际维和等行动中均发挥着重要作用[1]。传统的人工管理战备药品方式不仅会增加战地医生的工作量，还有可能造成管理上的错误。因此，设计一种管理高效、使用方便的智能药箱管理系统具有十分重要的意义。

1 技术基础

1.1 RFID技术

射频识别技术（RFID）是一项已广泛使用的无线传输技术，已经在很多领域得以应用，例如供应链监控[2]、访问控制[3]以及定位系统[4-5]。该技术通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。一个完整的RFID系统通常由电子标签以及与电脑系统连接的阅读器组成[6]。

RFID系统通过阅读器向嵌入或附着在物体上的电子标签发射射频信号，电子标签接收到信号后将存储的信息通过内置天线发送给阅读器，阅读器对接收到的信息进行解码达到识别物体的目的[7]。RFID技术以其独有的优势，与蓝牙技术、NFC技术等已成为物联网体系架构中的核心技术[8]。

1.2 Android系统架构

该智能战备药箱选用Android系统作为PDA的操作系统。Android系统是Google公司推出的专为移动设备设计的软件平台，其开源性为开发工作提供了很大的便利，同时Android系统还具有强大的应用层API和丰富的传感器功能，其开放的平台有利于开发出各类应用软件，且完美与Google服务结合[9]。

Android操作系统架构从顶层至底层可分为四个层次：应用层、应用程序框架、库文件层与运行库层、Linux内核层，示意图见图1。而应用程序一般是在Android系统架构的应用层进行开发设计。

图1 Android系统架构示意图

Android系统与服务器通讯主要包括Http、套接字（Socket）、Web Service、远程调用协议（RPC）等方式[10]。其中，Web Service更适合为无线设备提供服务。Web Service技术兼具简单性及复杂性、静态性及动态性、平面性及复合性[11]，所基于的协议充分开放，因此该技术已逐渐成为Web上的重要组件，是创建可互操作、分布式应用程序的新平台[12]。

2 系统总体设计

该智能战备药箱系统主要由智能战备药箱、基于Android系统的手持PDA以及服务器组成，系统架构示意图，见图2。

图2 智能战备药箱系统架构示意图

药品存放药箱之前，需附着电子标签，标签内的药品相关信息经配套的射频阅读器写入，包括药品名称、批号、有效日期等。

智能战备药箱内部装备有射频阅读器，阅读器内的天线辐射电磁能量以向标签提供电源保障其工作，同时吸收电磁能量使阅读器能够接收标签发射的射频信号[13]。本系统具有药品定位功能，使用空分天线的定位识别技术[14]。该战备药箱共分为3层，每层有一个抽屉，每个抽屉分为若干个格子，根据需求存放不同种类的药品或医疗器械。阅读器天线使用屏蔽技术，以保证每组天线只能读取其所在格子内的药品标签，防止读取结果错误。

当装有药品的抽屉被推入药箱中，阅读器即被激活，并发出特定的脉冲信号，使抽屉底部的天线开始工作，读取该抽屉内药品的相关信息，同时将信息储存在阅读器中。而存储在阅读器中的信息就形成了一个本地数据库[15]。该本地数据库中的数据可通过药箱上的无线应答器经WIFI或蓝牙传输给医护人员的手持PDA中，使医护人员对其进行实时快速的管理。

3 系统软件设计

该战备药箱软件系统采用C/S架构，依靠WIFI/蓝牙为信息传输平台，系统按照4层结构进行设计开发，见图3。

图3 战备药箱软件系统架构图

3.1 身份验证

进入系统后，医护人员需要在登录对话框内输入用户ID和密码，待输入项与数据库中人员列表匹配后方可进入系统进行使用。该功能有效保障了系统的安全性，防止无关人员对系统进行操作，登录界面见图4。

3.2 存放药品

在放入药箱之前，所有的药品均需粘贴已录入药品基本信息的RFID标签，标签中存储的信息包括：药品名称、生产批号、有效期、使用说明等。然后将药品放入对应的存放区域内，相应的阅读器会读取标签内的信息，并将信息储存在本地数据库中，同时将信息发送至手持PDA及后台服务器，医护人员可通过软件界面核对放入药品的数量和位置，后台服务器也可定时对数据进行更新。

图4 智能药箱管理系统登录界面图

3.3 取用药品

当需要使用药品时，工作人员首先在手持PDA上查找所需药品的名称，点击查询按钮，显示屏上即显示所需药品的所在区域及剩余数量，同时该药品所在抽屉也会发出提示音，工作人员根据提示迅速找到该药品。取出药品时，相应区域的阅读器会读取药品所附着的RFID标签中的信息，并发送至手持PDA。PDA在网络环境中会将数据上传至医院信息系统（HIS）服务器，更新药品信息。

3.4 自动统计

当工作人员点击PDA屏幕上的自动统计按钮后，药箱的阅读器会开始工作，每个抽屉底部的天线开始对所在区域内的药品进行统计，数据由主系统数据处理单元进行统计处理后通过无线网络传输到PDA上，工作人员可通过屏幕上显示的数据快速得知药箱内所有药品的种类和数量，大大提高了工作效率。

3.5 有效期查询

通过对箱内所有药品上RFID标签的读取数据，药箱可统计出即将超过有效日期的药品名称、数量及所在区域，并通过报警装置及时提醒医护人员优先使用该药品或对其进行处理。医护人员也可通过选择有效期查询界面查询较为临近有效期的药品，优先使用该类药品。这一功能可有效防止药品的浪费并保证病人的用药安全。

3.6 查找药品

医护人员可在操作界面上选择查找药品模块，在二级界面中输入所需查找的药品名称或编号，点击查询按钮，药箱应答器收到命令信号后，激活药箱抽屉底部的天线，使其开始对其中的药品上所附着的标签进行读取，数据经处理后存放在药箱应答器中，当查找到与所要求的药品一致的信息后，该药品所在抽屉的指示灯即刻亮起，医护人员可根据指示快速查找到相应药品。

4 系统实现

系统软件设计选用基于Android系统的手持PDA，通过Eclipse进行相应界面的编写与功能的实现。Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台，通过安装不同插件可满足不同开发语言的要求。在Eclipse开发环境中安装安卓开发工具 （Android Developer Tools）即可进行Android系统的开发。

访问数据库的Web Service使用C#语言在Visual Studio 2008环境中编写。Visual Studio 2008是微软公司于2007年推出的一套完整的开发工具集，可以进行Windows程序开发，并可生成ASP.NET应用程序、XML Web Service等，并且支持多种编程语言，如Visual Basic、Visual C++、Visual C#和Visual J#，为程序员的开发工作提供了许多便利。

本系统数据库使用Oracle数据库，使用ODBC对其进行访问，并与医院内部的HIS进行融合。

系统硬件方面具体选型见表1。

表1 智能战备药箱硬件设计方案

5 系统测试

经过实际测试，本系统可对登录系统的人员进行有效身份验证，保证了管理系统的安全性。药品入库及出库时可通过附着在药品包装上的RFID标签对药品数量和相关信息进行自动读取，提高了医护人员的工作效率并保证了正确率。本系统还可对药品的有效期进行查询，使医护人员快速准确了解该药柜内药品的使用情况，保证有计划地使用药品，在保障了用药安全的同时也避免了药品浪费。该系统的查找药品功能可使医护人员在紧急情况下通过输入药品相关信息快速准确确定该药品在药箱中的位置，为抢救病人节约了宝贵的时间。

6 结论

在战备环境中，该智能药箱系统可保证药品及器械取用的正确率及快速性，提高战地医生的工作效率，为救治伤员争取宝贵的时间。该战备药箱还可保证药品的安全性，降低了因药品安全而引起的医疗事故发生率。广泛使用该战备药箱可加快军队医院的信息化建设，具有很大的应用价值，可在军队医院中推广使用。

[参考文献]

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[3] Kriplean T,Welbourne E,Khoussainova N,et al.Physical Access Control for Captured R FID Data[J].IEEE Penasive, 2007,6(4):48-55.

[4] Yang Z,Liu Y,Li XY.Beyong trilateration:Confidence based iterative localization[J],IEEE ACM T Nerwork.2010,18(6):1806-1814.

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[8] Paschou M,Sakkopoulos E,Sourla E,et al.Health Internet of Things:Metrics and methods for efficient data transfer [J].Simul Model Pract and Th,2013,34:186-199.

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[14] 卞姜宁,来欣,吴占敖,等.基于RFID的智能化战备药箱系统[J].医疗卫生装备,2008,29(8):9-11.

[15] 吴占敖,茅建华,邵洪芳,等.基于R FID技术智能化战备药箱的研发[J].解放军医院管理杂志,2007,14(8):585-609.

Design and Implementation of the RFID-based Intelligent Combat-Ready Medicine Cabinet

TANG Wei-wei1, WANG Hong2
1. Research Room of Bio-Medical Engineering, Medical school of Chinese PLA, Beijing 100853, China; 2. Department of Information, the 309thHospital of Chinese PLA, Beijing 100091, China

Objective To manage the medical materials needed in the combat-ready medical aid in a fast, convenient, safe, accurate and intelligent way through design of an intelligent combat-ready medicine cabinet management system so as to improve the informatization management of combatready medical materials. Methods Through attachment of RFID (Radio Frequency Identifi cation) tags to medical materials and installation of the multi-antenna module, blue-tooth module and RFID reader to the medicine cabinet, information and data interaction with Android-based hand-held PDA (Personal Digital Assistant) devices were realized. Results The system proved its real-time automatically-classifi ed management and accurate positioning of medical materials, which also provided the use instruction for relevant medical materials. Conclusion The system could improve the work effi ciency of medical professionals and ensure the accurate and secure usage of medical materials, which was suitable for application in military hospitals and had a wide application prospect.

combat-ready medicine cabinet; radio frequency identification; reader; intelligent management of strategic materials

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.05.024

1674-1633(2015)05-0079-04

2015-01-22

北京市自然科学基金项目（4102065）。

本文作者：唐维维，硕士研究生在读。

王虹，硕士，副研究员，解放军第309医院信息科主任。

作者邮箱：tww1990016@163.com