iBeacon技术在医疗设备定位管理中的应用

陈长骏，徐盼盼，褚永华，朱锋杰，诸涵东，张鞠成

1 浙江大学医学院附属第二医院临床医学工程部 （浙江杭州 310009）；2 浙江省人民医院临床医学工程部 （浙江杭州 310014）

随着医疗服务需求的持续增长以及医学技术水平的不断提高，医院每年都需购置大量设备，在实现新老仪器更替的同时保持先进的医疗技术。另外，用于诊断、治疗、监护的医疗设备一般处于使用、转移和存储状态[1]，因此如何有效管理医疗设备，动态监管其资产，实现设备使用率最大化成了各临床科室亟需解决的问题。

近年来，基于物联感知技术实现了远程监控的信息化管理，提高了管理的时效性，并为医疗领域内对患者和设备的监管提供了新的技术和可行方案。基于此，相关研究者也提出了不同动态监管的定位方法。徐志明等[1]将RFID技术用于医疗设备管理，介绍了该技术的组成和具体应用。方河炎等[2]设计了一套基于Zigbee的医疗设备定位管理系统，对医疗设备的使用情况及位置进行监控。熊冬生和陆伟[3]提出了GPS医疗监护定位装置，实现了对户外活动患者的监护。

1 医疗设备管理现状

当前大多数医疗设备的管理方式仍停留在传统的人为巡查模式，即分管工程师和临床科室定期核查资产设备。该模式的弊端主要体现在以下几点。

1.1 使用信息难以及时获取

为提高设备使用率，减少医疗设备无功消耗，许多医院已成立了设备租赁中心，对医院使用频率较高的常规设备（如呼吸机、监护仪和空气消毒机等）进行有偿租借，实现医疗资源共享化[4]。目前，租借设备虽有专人管理，但由于备机量多，所以夜晚或周末期间有些备机是先由临床科室相互借用，再通知管理员进行登记的，在此期间若不能及时更新设备放置位置、查询历史信息，可能出现租借费用计算偏差等问题，甚至导致设备遗失。

1.2 设备资产清单难以核查

医院每年都会开展资产清单核查，现有的模式是由临床科室与分管工程师依据最新的资产清单对设备进行一一核实，并根据实际资产状况对已剔除的设备进行报损处理。但针对设备多、区域大的科室来讲，其资产清点过程需要花费较长时间，同时还会导致物资报损的及时性无法跟进。

1.3 移动式设备难以管理

有些医疗设备需定期进行计量工作，以保证机器性能参数符合法规要求。实际使用中存在经常需要转运的设备，在计量期间若不能及时确认其放置位置，容易导致漏检。虽然临床科室已安排设备管理员对设备资产进行管理，但人为监管无法覆盖到各个区域，一旦管理员不在岗，科室将无人对接设备在用情况。

针对上述医疗设备管理与实施过程中的现存问题，管理者也提出了相应的改进方案。谢洁等[5]提出了对手术室设备设置定点定位的摆放模式，虽短期内可见成效，但不利于长期管理。分析其原因为医院设备多、分布散，仅依赖工程师或设备管理人员的定期巡检以及查询设备是否缺失的管理方法较为单一，后期难以开展清查工作，未实现对医疗设备的实时监管和查询。

2 主流无线定位技术比较

运用无线感知技术实时地获取医疗设备位置信息是解决现存问题的关键。目前主流的室内无线定位技术包括UWB、WIFI、RFID、iBeacon等。

RFID技术是利用电磁耦合原理，通过识别附在物品上的标签感知其位置，相关研究成果[6-7]在医疗设备静态管理中得到应用；但其本身不具备通信能力，只适用于特征区域，且不便与其他系统整合，因此对移动设备监管的实时性较差。

WIFI技术是基于指纹法的定位技术，具有较高的定位精度；但实施前需要预先采集所有参考点的RSSI值作为指纹库，其组网还需要打眼走线等，给网络的串联带来了困难；另外，对于新放置的节点也需采集其RSSI并更新指纹库。

UWB技术是一种新型无线通信技术，具有定位精度高、功耗低、穿透力强等优势，在室内静止或移动物体的定位上得到应用。但该技术的硬件搭建所需成本高，后期不易与移动终端软件进行联合开发。

iBeacon技术是采用低功耗的技术，相比于UWB、WIFI、RFID等技术具有设备体积小、续航能力强、价格低廉和感知能力强的特性[8-9]，无需拉线布网，可灵活布置在楼宇的任意地点，对于后期维护和升级也十分方便。在智慧校园、商场、煤矿等区域，iBeacon已得到成熟的应用[9]，且移动终端完备的开发环境便于用户需求开发。借鉴该技术在其他领域的应用发展，医疗领域选择该技术对设备实施位置感知，主要因为医院具有多层楼宇，且面积大、隔断房间多，实际应用中无需高精度定位（2～3 m即可）。

3 iBeacon技术概述

基于iBeacon定位技术的工作模式可分为主动式定位和被动式定位[8]。主动定位是将iBeacon信标安装在定位区域，并周期性发送信息到附近的接收单元，即定位端按特定周期主动获取广播源数据。虽然两者均在低功耗状态可工作，但被动式定位要求接收单元需持续工作，即不断地接收数据源，功耗较大，不利于硬件的搭建和后期使用。因此，选择主动式定位方式可低成本、高效地完成设备的定位管理。iBeacon技术的应用不仅对硬件选择有要求，对报文的相关参数配置也有要求。信标发送的报文主要由UUID、Major和Minor组成1个iBeacon唯一标识码，其中UUID具有唯一性，用于区分当前区域内的iBeacon与其他区域信标，以避免发生错误标记的情况，但对于同一楼宇所有iBeacon的UUID设置相同。Major标识符是为了进一步标记iBeacon的属性，用于识别特定的所在区域，如同一楼宇不同楼层。Minor用于标识iBeacon设备序列号，如同一楼层信标的顺序号。

4 基于iBeacon的医疗设备定位系统框架构建

基于iBeacon技术在医疗设备定位管理系统的搭建过程中，将其分成感知层、网络层和应用层3部分。系统基本架构见图1。

图1 医疗设备定位系统结构组成

感知层是由iBeacon信标与定位终端组成，对iBeacon信标的报文进行相关配置后，负责提供位置信息。定位终端固定在所需定位的设备上，负责接收来自信标发送的数据包并上传数据。定位终端内部是由低功耗蓝牙（bluetooth low energy，BLE）和LoRa通信模块组成，其中BLE负责获取周边iBeacon信标的数据，而通信模块则周期性地将信息源传送到LoRa基站，实现感知层与网络层的通信。

网络层为基站网关。基站网关是对不同通信协议的网络实时互联，实现数据载体的网络传输。应用中，该模块负责对定位终端上传的报文解析后重新打包，再利用以太网或GPRS上传至数据处理单元。

应用层由定位服务器、云端及用户智能终端组成。定位服务器包括室内结构的地图信息、数据预处理单元和目标位置的测距算法，需注意在录入的电子地图上应预先标识信标的位置。数据预处理单元用于对获取的RSSI值进行滤波处理，以减少信号干扰，并筛选出信号最强的3个信标。测距算法是利用三角定位法[8]获取定位终端的坐标位置，计算处理所得位置信息，并存放于云端，既可以保证数据的实时性，也便于历史戳点的查看，最终以可视化界面将位置信息显示在终端，方便管理者或调度人员及时了解其位置信息。

5 小结

本研究根据目前传统医疗设备监管方面的问题，分析了当前设备管理方面的不足；依托物联网信息技术阐述了当前主流室内感知定位技术的优缺点，并针对iBeacon技术具有感知力强、易安装和开发等优点，介绍了该技术运用的工作模式及定位感知的相关参数；提出基于iBeacon技术设计了医疗设备远程定位监管的系统架构，并介绍了系统各模块的具体作用和功能。该方案的提出可为医疗设备全院分布的信息化管理提供有力支持。