基于物联网技术的消毒供应追溯系统

张佳

摘 要： 通过结合RFID、无线传感网络、二维码等物联网技术设计一套消毒供应追溯系统，用于监测医疗器具灭菌、消毒、领用、回收的整个过程，可以避免人工操作的错误并进一步优化工作流程。此外为系统设计一种特制的射频识别标签，能够耐磨损和耐高温消毒。系统包括两个子系统，即消毒供应子系统、科室申请和接收子系统。该系统已经被成功的应用于鄂东医疗集团中，系统的应用使医疗器具消毒相关费用得到明显降低，并提高了消毒包的可追溯性以及消毒供应流程的工作效率。

关键词： 物联网技术； RFID； 无线传感网络； 二维码

中图分类号： TN911?34； TP311 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）24?0049?04

Abstract： A sterilization and supply tracing system was designed with IOT technology combined with radio?frequency identification （RFID）， wireless sensor network and two?dimensional code， which can monitor the whole process of disinfection， sterilization， receipt and recovery of medical apparatuses to eliminate all human errors and optimize workflow. In addition， a RFID tag with the performance of high temperature resistance and wear resistance was designed for the system， which consists of sterilization and supply subsystem， and department applying and receiving subsystem. This system can greatly reduce the sterilization cost of hospital tools and equipments， improve the traceability of medical sterilization package and speed up operational process. The system has been used in EDONG HELTHCARE successfully.

Keywords： IOT technology； radio?frequency identification； wireless sensor network； two?dimensional code

0 引 言

目前，由于医疗器具感染引发的医疗事故已逐渐成为导致病人非正常死亡的主要因素，每年致死人数已经超过艾滋病和空难[1]。医疗事故已成为医院和社会关注的焦点，医疗法律纠纷案件也层出不穷，如何减少医疗事故成了当前医疗卫生事业的重要研究领域。

文中提出了一套基于物联网技术的消毒供应追溯系统，它被用于监测医疗器具灭菌、消毒、领用、回收的整个过程，从而可以减少人为操作失误并且使工作流程得到优化。该系统不仅可用于医院的消毒供应中心，也可用于医疗器具的整个使用生命周期（从生产到报废回收）。通过结合射频识别技术、无线传感网络、二维码和移动终端来实现信息识别、数据收集、数据通信与传输、存储和追溯等功能。消毒供应中心是管理医院消毒设备的核心部门[2]，同时其他部门和科室也参与了医疗器具的消毒工作，如手术室。为了实现对医院内消毒供应过程的全方位监督，在医院内建立了一套基于追溯闭环的消毒供应追溯系统。系统囊括了不同操作者、不同的部门、不同的医疗设备和不同的病人。定义了一套灵活的数据结构，并被用来记录追溯的信息。系统对医疗器具进行规范化管理，能够缩短消毒包的存储周期、提高设备利用率、减少设备的磨损，从而使医院内医疗器具的消毒费用得到明显降低，系统目前已成功的应用于鄂东医疗集团消毒供应中心。

1 相关工作

基于射频识别技术的解决方案可被广泛用于众多医疗信息化的应用场景中，如病人身份识别、药品追踪、远程医疗信息系统等[3]。通常情况下，一个射频识别应用系统包括三个组成部分，分别是射频标签、射频识别设备和存储了识别信息的后台数据库服务器[4?6]。因错误识别病人身份、缺乏快速反应能力和追踪病人不到位等因素可导致医疗过失的发生，而射频识别技术结合移动通信技术一起可减少这种情况的出现[7]。Sun等提出的基于射频识别技术和条形码技术的解决方案[8]，能够建立起一套有效的以病人安全为核心的应用场景，从而降低医疗事故风险。作为医院控制感染的核心部门，消毒供应中心在控制院内医疗器具感染中扮演着重要角色。通常消毒供应中心使用条形码技术和无线移动设备来建立消毒供应系统[9?12]，但是条形码技术存在诸如存储信息有限，如易损性、安全性不高、无法重写和批量扫描等缺点。相比一维码技术，二维码技术拥有更大的存储空间、安全性更高、支持重写，尤其是可重复利用，它将明显减少医院消毒费用消耗。因而在本文中，设计一套具有耐高温和耐冲击性能的射频识别装置用于消毒供应追溯系统中，它结合了二维码技术来记录灭菌消毒的基本信息。

无线传感器网络已经被广泛应用于医疗信息系统中。目前无论是3G网络、WiFi网络、无线局域网等大型无线通信技术还是局部范围的网络技术，例如RFID技术、蓝牙、ZigBee都已比较成熟。Alemdar和Ersoy发表了一篇使用无线传感器网络技术设计医疗保健监测系统的综述，在综述中讨论了各个系统的优点[13]。在医院区域内建立了基于WiFi、射频识别和本地网络的网络环境，来进行数据的传输以及标签物的定位。endprint

2 系统设计

2.1 系统架构

结合RFID技术、二维码技术和无线网络技术，医院的员工可以随时随地记录数据。通过使用二维码扫描设备和射频识别设备，代替了手工记录的方式，因此可降低发生医疗事故的可能性。工作人员的操作信息和详细的消毒过程被实时记录下来，以便于进行后续的信息追溯。在图1中展示了消毒供应系统的三个组成部分，包括应用终端、处理服务器和数据存储。

应用终端包括两类：PC终端和PDA终端。工作人员通过终端可以识别得到RFID标签和二维码的相关信息，并基于这两类终端上部署的应用程序执行相关的业务操作，如医疗器具的清洗、灭菌、消毒、配包和审核等。

处理服务主要用于接收并处理来自于终端的业务操作请求，该部分主要封裝了消毒供应子系统、部门申请和接收子系统的相关业务操作。其中消毒供应子系统主要用于记录医疗器具灭菌和消毒的相关信息；部门申请和接收子系统主要用于记录部门申请和领取消毒包的供应信息。

在数据存储部分，数据是通过关系数据库和NoSQL数据库来进行存储，这些数据中包含了RFID标签信息、二维码信息、工作人员操作信息、灭菌和消毒信息、可追溯信息等。

2.2 业务流程

消毒供应追溯系统的核心业务不仅仅在消毒供应中心进行处理，还涉及到其他相关部门，可将这个业务过程分解为两个部分。

消毒供应中心主要进行医疗器具的回收、清洗、灭菌消毒、配包和下放操作。当消毒供应中心工作人员从科室回收使用过的医疗器具后，首先对器具进行清洗、灭菌，同时通过终端应用程序自动记录清洗时间、灭菌条件等数据；随后检查核对清洗灭菌后的器具数量并对粘贴耐高温的二维码；然后进行消毒，并对消毒的指标进行审核；审核通过后的消毒包可以进行出库下发，实现重复使用。

对于其他部门，业务流程与消毒供应中心类似。当科室需要某些医疗器具消毒包时，首先向消毒供应中心提出申请；然后由消毒供应中心对申请进行审核，审核通过后供应中心为科室准备消毒包，待科室接收后进行使用。消毒供应追溯系统的完整业务流程如图2所示。

2.3 数据结构

系统通过RFID标签能快速便捷地识别操作者、消毒包和高压灭菌器，并使用二维码来记录射频识别的标签信息、消毒信息（如周期、时间、频率）、部门信息等。图3展示了具体的数据结构。

二维码中可以记录详细的追溯信息，包括设备编号、员工编号、周期起止时间、消毒次数、消毒包编号、高压灭菌器编号、消毒时间、审核是否通过、部门编号等。其中的员工编号、消毒包编号、高压灭菌器编号和部门编号与RFID标签信息相关联，是后期进行信息追溯时非常重要的依据。

系统中使用JSON数据格式以半结构化形式来记录二维码信息，并通过JSON解析器来解析相关数据，进而将解析后的数据存储在关系数据库和NoSQL数据库中。当需要使用二维码时，只需从数据库中将查询到的数据使用GBK或UTF?8进行编码后即可获得。

3 系统实现

为了实现上文提及的解决方案，通过详细调研鄂东医疗集团的业务需求，开发了基于物联网技术的医院消毒供应追溯系统。

3.1 特制RFID标签设计

由于消毒环境温度高，而分发和转移的过程通常会有轻微的碰撞，因此RFID标签和二维码应具有一定耐高温性，并且射频识别标签应耐用耐磨损，因而设计了一种特制的射频识别标签，外观如图4所示，部分参数如表1所示。

3.2 软件实现

基于RFID标签、射频识别设备、二维码、二维码扫描设备、PDA、客户端电脑、服务器等构建了消毒供应追溯系统的硬件部分。系统软件部分包括B/S和C/S两种架构，由于需要与PDA和RFID读卡器的相关接口进行交互，因此这部分的功能基于C/S架构进行实现。而其他部分的功能实现采用了B/S架构。系统主要分为两个子系统，其中之一是科室申请和接收系统，主要界面如图5所示。

当用户登录此子系统后，可对消毒包执行相应的操作，如申请消毒包、接收消毒包、召回消毒包、上交消毒包、污染包上报等。此外科室可以很方便地对消毒包信息进行维护，包括增加、删除、更新和查询功能。

另一个子系统是消毒供应系统，具体包括PDA和PC两类终端。在PDA上部署的是Android操作系统，因此开发了基于Android的APP。图6展示了PDA的操作界面，可实现消毒供应流程中的相应功能，包括清洗、配包、灭菌和审核。另外在PDA上可以实现扫码功能，用来识别RFID标签和二维码。

在PC端部署的子系统相比PDA拥有更多的功能，如消毒包的循环利用、新增消毒包、打印二维码等。如图7所示，可以在消毒供应室系统中进行消毒包信息查询，通过扫描消毒包的条码，则可以查询到该消毒包的编码、名称、数量、状态信息以及该消毒包内的医疗器具列表。此外还可以查看到该消毒包的消毒供应追溯信息，如消毒包的清洗人员、清洗机器等。

4 结 论

本文提出一种基于射频识别、无线网络、二维码等物联网技术建立消毒供应追溯系统的方法。此外系统设计一种特制的射频识别标签，能够耐磨损和耐高温消毒。系统包括两个子系统，即消毒供应子系统、科室申请和接收子系统。在系统运行过程中，工作人员的操作信息和具体的消毒供应流程被实时记录下来，并被用于消毒供应的追溯。未来，计划在更多外科手术设备上使用射频识别标签，它将在病人手术时准确地识别指定的手术设备，如剪刀、纱布等，从而防止在病人身上发生医疗事故。

参考文献

[1] YAO W， CHU C H， LI Z. The adoption and implementation of RFID technologiesin healthcare： a literature review [J]. Journal of medical systems， 2011， 36： 3507?3525.endprint

[2] BASU D， BHATTACHARYA S， MAHAJAN A， et al. The importance of the central sterile supply department in infection prevention and control [J]. Infection control & hospital epidemiology， 2014， 35（10）： 1312?1314.

[3] LI C T， WENG C Y， LEE C C. A secure RFID tag authentication protocol with privacy preserving in telecare medicine information system [J]. Journal of medical systems， 2015， 39： 77?81.

[4] CHANG Y F， YU S H， SHIAO D R. A uniqueness?and?anonymity preserving remote user authentication scheme for connected health care [J]. Journal of medical systems， 2013， 37： 9902?9905.

[5] LEE C C， CHEN C T， LI C T， et al. A practical RFID authentication mechanism for digital television [J]. Telecommunication systems， 2014， 57（3）： 239?246.

[6] LI C T， LEE C C， WENG C Y， et al. A RFID?based macro payment scheme with security and authentication for retailingservices [J]. ICIC express letters， 2012， 6（12）： 3163?3170.

[7] CHAO C C， JEN W Y， CHI Y P， et al. Improving patient safety with RFID and mobile technology [J]. International journal of electronic healthcare， 2007， 3（2）： 175?192.

[8] SUN P R， WANG B H， WU F. A new method to guard inpatient medication safety by the implementation of RFID [J]. Journal of medical systems， 2008， 32（4）： 327?332.

[9] CAO S， YUAN Y， WANG Q， et al. The tracing backing system for sterilization and supply center based on bar code and wire?less mobile technologies [J]. WIT transactions on the built environment， 2014， 145： 404?409.

[10] CHEN H， HUANG H. The application of barcode in the sterilization supply center [J]. Journal of nursing science， 2009， 7（24）： 150?155.

[11] CHEN J， CUI S H. The application of computer in the sterilization supply room [J]. Chinese journal of hospital infection， 2008， 18（1）： 111?115.

[12] LIN T H， LIU C J. Discussion the application of computer in sterilization and supply center [J]. Medical equipments， 2009， 4： 21?26.

[13] ALEMDAR H， ERSOY C. Wireless sensor networks for healthcare： A survey [J]. Computer networks， 2010， 54（15）： 2688?2710.endprint