摘 要:介紹RFID技術(shù)的基本原理，針對日益嚴峻的藥品安全形勢，詳細分析射頻識別技術(shù)(RFID)在藥品庫存與安全方面應(yīng)用的有效性和可行性、藥品安全中RFID技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)和原理，設(shè)計了軟件系統(tǒng)。RFID在藥品安全方面的應(yīng)用有很大優(yōu)勢，但標準和成本問題有待進一步改進。

關(guān)鍵詞:射頻識別;藥品安全;藥品庫存管理;防碰撞算法

中圖分類號:TP391文獻標識碼:B

文章編號:1004-373X(2010)02-140-03

RFID Technology and Its Application in Drug Stock and Safety

WANG Huadong1，YANG Jun 1，2

(1.Zhoukou Normal University，Zhoukou，466001，China;2.School of Computer，Guangdong University of Technology，Guangzhou，510006，China)

Abstract:The basic theory of RFID technology is introduced，the RFID technology is suitable and effective when it is used in drug stock and safety，including domestic and external situation of RFID in drug safety，the key technologies and theories.A software system is designed，and RFID technology has a very good application prospect in drug safety，but the criterion is not uniform and the cost is high.

Keywords:RFID;drug safety;drug stock management;anti_collision algorithm

藥品是特殊商品，給病人用錯藥，用假藥、劣藥或者過期藥品，將給人民的身體健康及生命帶來威脅。假藥在全球范圍內(nèi)普遍存在。WHO報告的數(shù)據(jù)顯示，世界范圍內(nèi)假藥的比例約為5%～10%。從互聯(lián)網(wǎng)上隱瞞物理地址的網(wǎng)站購買的藥品超過50%是假藥。全球假藥的銷售額每年不斷增長。美國公共利益藥物中心估計目前世界范圍內(nèi)假藥每年的銷售額大約是400億美元，全球制藥行業(yè)正規(guī)產(chǎn)品每年的增長率約為7.5%，而假藥銷售將以每年13%的速度增長，預計到2010年全球假藥的銷售額將達到750億美元[1，2]。如此嚴峻的藥品安全形勢已給我們敲醒了警鐘，必須采取有效的方法遏制假藥市場。射頻識別(RFID)是最近幾年流行的新技術(shù)，經(jīng)過幾年的努力，國內(nèi)外已經(jīng)通過該技術(shù)在藥品安全方面取得了一定的成績，并且RFID具有很強的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 射頻識別(RFID)技術(shù)

1.1 RFID概念、組成及工作原理

無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)是一種非接觸的自動識別技術(shù)[3]，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。射頻識別系統(tǒng)由兩部分組成，即電子標簽(應(yīng)答器Tag)和閱讀器(讀頭Reader)。在RFID的應(yīng)用中，電子標簽附著在被識別的物體上，當帶有電子標簽的被識別物品通過其可識別范圍時，閱讀器自動以無接觸的方式讀取電子標簽中的信息，實現(xiàn)識別物品信息的功能，其原理如圖1所示。讀頭系統(tǒng)又包括讀頭和天線。發(fā)生在閱讀器和電子標簽之間的射頻信號耦合類型有電感耦合和電磁反向散射耦合兩種。電感耦合采用變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合;電磁反向散射耦合采用雷達原理模型，利用發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時返回目標信息[1，4]實現(xiàn)耦合。

1.2 防碰撞算法

當電子標簽進入閱讀器范圍時，閱讀器開始識別電子標簽中的信息。然而，當信號頻率相同時，共用信道的多個電子標簽同時將信號送入同一個讀寫器的讀通道，因而產(chǎn)生信道爭用，各信號之間相互干擾，產(chǎn)生數(shù)據(jù)碰撞。綜合而言，業(yè)界推崇的防碰撞方法主要有ALOHA法、二進制樹搜索法和二者的混合算法。標簽沖突是RFID應(yīng)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題之一。比較分析\\ALOHA法和二進制樹搜索算法以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的其他一些比較重要的防碰撞算法，有:

(1) ALOHA算法實現(xiàn)較簡單，但是存在錯誤判決問題，其信道利用率最大為36%，在標簽數(shù)目不大的場合，可以采用時隙ALOHA法和DFSA算法。

(2) 二進制樹搜索算法的識別率高，信道利用率可達43%，不存在錯誤判別問題，適用于標簽數(shù)目較大的場合。

ALOHA算法只適于中低頻被動式只讀電子標簽，如校園一卡通;而高頻和微波系統(tǒng)則多用二進制樹搜索。但是采用二進制樹搜索算法的時延長，泄露的信息較多，安全性較差。在設(shè)計系統(tǒng)時要根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用場合選擇合適的防沖突算法。

從RFID應(yīng)用的角度來看，目前防碰撞算法的識別率、識別速度、信道利用率都有待提高，識別過程較復雜，對安全和個人隱私等問題考慮不周，這些問題都有待進一步研究和改進，以適應(yīng)高速運動、多目標識別復雜系統(tǒng)的應(yīng)用[5]。

圖1 無線射頻識別原理圖

1.3 信號調(diào)制方式

在讀寫器到標簽方向的數(shù)據(jù)傳輸過程中，所有已知的數(shù)字調(diào)制方法都可以選用，但與工作頻率和耦合方式無關(guān)。常用的數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)方式有三種:幅度調(diào)制鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。為了簡化電子標簽設(shè)計并降低成本，通常多數(shù)射頻識別系統(tǒng)均采用ASK調(diào)制方式[3，6]。

1.4 RFID優(yōu)點與發(fā)展制約

RFID的優(yōu)點[3]有:數(shù)據(jù)存儲量大，容量是普通條形碼的1 000倍;讀寫速度快;數(shù)據(jù)安全性高;物理性能優(yōu)越，可反復使用并能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境;讀寫方便，采用無接觸自動感應(yīng)的方式實現(xiàn)信息的讀取。

RFID的發(fā)展也有一些制約因素，如標準未統(tǒng)一;技術(shù)不成熟;成本高，主要包括標簽和基礎(chǔ)設(shè)施的成本;隱私保護及安全問題有待進一步提高。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 RFID在醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用

當前醫(yī)療行業(yè)對于自動識別技術(shù)的需求主要集中在身份識別、物品管理、手術(shù)跟蹤等方面，這些在醫(yī)療體系的信息化系統(tǒng)中都是非常重要的。RFID技術(shù)的運用可以增強醫(yī)療行業(yè)的精準管理和精細化操作，減少失誤。以下是RFID 在醫(yī)藥領(lǐng)域的幾個應(yīng)用[7]:

(1) 藥品防偽管理。SupplyScape公司宣布推出Rx驗證服務(wù)。Rx驗證服務(wù)是利用RFID標簽來存儲藥品包裝上的EPC，使藥房和批發(fā)商能通過網(wǎng)絡(luò)來檢查藥品的真?zhèn)巍Ｍ瑫r基于RFID技術(shù)標簽的Rx驗證服務(wù)也可以用來通知藥房對過期藥品進行召回。

(2) 病例信息管理及醫(yī)藥管理。美國Wellford hall治療中心。采用RFID應(yīng)用系統(tǒng)，在病人入院診治時，醫(yī)院只需用二維條碼掃描器掃描醫(yī)療卡上的標簽信息，所有數(shù)據(jù)不到1 s就進入計算機中，接收急診病人的處理時間由15 s縮短到2 s。有些醫(yī)療機構(gòu)還將RFID技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)院的藥品管理系統(tǒng)中，將RFID標簽置于藥品盒中，從藥品入庫開始就將藥品的來源、用途、生產(chǎn)日期等信息輸入標簽中。藥品的每一次移動及結(jié)合患者的情況信息，就能更加準地確給患者治療服務(wù)。

(3) 血液管理?？梢詫崿F(xiàn)非接觸式識別，減少對血液的污染，利用RFID標簽存儲信息量大的特點，存儲較全面的信息，可以實現(xiàn)多目標識別，提高數(shù)據(jù)采集效率。中國江蘇晨燕公司經(jīng)多年的潛心研究，并結(jié)合RFID技術(shù)，已經(jīng)研制出一套行之有效的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

(4) 醫(yī)療設(shè)備管理。美國俄亥俄州哥倫布兒童醫(yī)院心臟診療中心的患者包括從嬰幼兒到成人的各個層次，其醫(yī)院醫(yī)療器械型號和類別都是多樣性的。該醫(yī)院自從使用高頻無源RFID技術(shù)追蹤管理庫存，使診療器械和工具得到及時的供應(yīng)，手術(shù)后器械的準確歸位，大量地降低了手術(shù)的風險和提高了手術(shù)的質(zhì)量，同時RFID技術(shù)還能應(yīng)用于設(shè)備的防盜方面。

2.2 RFID關(guān)鍵技術(shù)

一般而言，RFID的關(guān)鍵技術(shù)由三個部分組成[8]，即:共性基礎(chǔ)及前瞻性技術(shù)、RFID產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)和RFID應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。

(1) 共性基礎(chǔ)及前瞻性技術(shù)包括用于標簽芯片的超低功耗電爐研究，可用于標簽芯片的安全算法及其實現(xiàn)技術(shù)研究，超高頻(UHF)讀寫器核心模塊的研發(fā)，基于不同應(yīng)用對象的超高頻和微波頻段RFID標簽天線研究，標簽封裝設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究，RFID與其他技術(shù)的集成和融合研究，RFID系統(tǒng)檢測、認證相關(guān)技術(shù)研究，基于IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的RFID信息服務(wù)體系研究等。

(2) RFID產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)包括芯片、天線設(shè)計與制造，電子標簽封裝技術(shù)與裝備，RFID標簽集成，讀寫器設(shè)計與制造技術(shù)等。

(3) RFID應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)包括RFID應(yīng)用體系架構(gòu)、RFID系統(tǒng)集成與中間件、RFID公共服務(wù)體系、RFID測試技術(shù)與規(guī)范等。

2.3 藥品安全RFID標準

就某個特定應(yīng)用范圍而言，高頻方案尤其適合藥品應(yīng)用，高頻(13.56 MHz)智能標簽被認為是最適合單個藥品適用的標簽技術(shù)。這是因為與超高頻(UHF)標簽相比，即使是液體藥瓶密集包裝，或是有藥片金屬箔包裝，高頻智能標簽都能夠很容易地讀取。所以，電子標簽標準化組織EPC global決定采用高頻標簽作為單個醫(yī)藥產(chǎn)品標簽的工業(yè)標準[1]。目前，還沒有正式的關(guān)于RFID產(chǎn)品的國際標準，各個廠家推出RFID產(chǎn)品互不兼容，造成了RFID產(chǎn)品在不同市場和應(yīng)用上的混亂和不兼容。這勢必對未來RFID產(chǎn)品的發(fā)展形成障礙。目前，中國電子標簽國家標準工作組正考慮制定中國的RFID標準，包括RFID技術(shù)本身的標準，如芯片、天線、頻率等方面;RFID的各種應(yīng)用標準，如RFID在物流、身份識別、交通收費等各領(lǐng)域的應(yīng)用標準。

3 藥品庫存與安全解決方案

3.1 解決方案

在藥品從科研、生產(chǎn)、流通到使用整個過程中，RFID標簽都可進行全方位的監(jiān)控。特別是產(chǎn)品出廠自行自動包裝時，安裝在生產(chǎn)線的讀取器可以自動識別每個藥品的信息，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，以便在流通的過程中可以隨時記錄中間信息，實施全線監(jiān)控[2]。

通過使用電子產(chǎn)品代碼(EPC)技術(shù)，將會更加容易地跟蹤藥品。EPC 技術(shù)使用RFID 標簽，標簽在供應(yīng)鏈的源頭就會被放在藥瓶、盒子、箱子或托盤上，由RFID 讀取器讀取。讀取器安置在碼頭的門上或者采用手持的形式。讀取器和標簽在整個供應(yīng)鏈中始終連接并傳遞信息[9]。

從制造商開始托運產(chǎn)品，最初的數(shù)據(jù)便保存在隨藥品的EPC及制造商的數(shù)據(jù)庫中。這些數(shù)據(jù)至少包括原材料源、制造數(shù)據(jù)、制造地點和這批貨物的數(shù)據(jù)。這批貨物首先應(yīng)到總經(jīng)銷商，總經(jīng)銷商核實這批貨物并最終轉(zhuǎn)運給第二層經(jīng)銷商。第一總經(jīng)銷商將信息添加到系譜中，這些信息至少包括貨物的來源、經(jīng)銷商名稱、質(zhì)量、包裝尺寸、位置、貨物的接收信息以及辨別貨物真?zhèn)蔚淖C實信息(數(shù)字簽名)。當產(chǎn)品轉(zhuǎn)運到下一經(jīng)銷商時，系譜的信息被類似地錄入，然后再傳到下一經(jīng)銷商。特別是，它將包括貨物的有效信息證實、貨物的信息、儲藏條件、新的數(shù)量，以及因為最初的貨物批次將會被拆封，并重新打包發(fā)往不同的目的地的打包信息[9]。

對于一個藥品庫存系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可由如下部分組成:

(1) 硬件主要包括帶標簽藥品、天線、出入庫讀寫器、分流讀寫器、手持讀寫器。

(2) 軟件即后臺管理系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)平面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)平面圖

藥品的入庫或出庫要經(jīng)過出入庫讀寫器。倉庫按照藥品的分類分成C1，C2，C3等幾個區(qū)域，每個倉庫對應(yīng)一個藥品RFID分流讀寫器，當讀寫器檢測到經(jīng)過的藥品對應(yīng)于該倉庫時，就把該藥品分流到該倉庫，對于無法識別的藥品最終需要人工處理。最后所有的數(shù)據(jù)都經(jīng)由讀寫器傳送到后臺管理軟件。

3.2 系統(tǒng)功能模塊及其實現(xiàn)平臺

藥品庫存管理系統(tǒng)主要完成藥品的進出管理，并能夠快捷方便地查詢庫存的狀態(tài)和藥品的保質(zhì)期。鑒于這些基本功能的考慮，系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能模塊

該系統(tǒng)為基于B/S的藥品庫存管理系統(tǒng)，實現(xiàn)平臺是:Visual Studio 2005+SQL Server 2005;操作系統(tǒng)為:Microsoft XP2;實現(xiàn)工具為C#和ASP.NET。

3.3 軟件系統(tǒng)部分功能界面

軟件系統(tǒng)的部分界面如圖4，圖5所示。

圖4 系統(tǒng)登陸窗口

4 結(jié) 語

藥品安全與人們身體健康息息相關(guān)，與RFID技術(shù)結(jié)合起來，形成更加健壯的藥品安全供應(yīng)鏈。本文在綜圖5 庫存缺貨查詢界面

合介紹RFID的基礎(chǔ)上，分析RFID技術(shù)在醫(yī)療及藥品管理中的應(yīng)用，并針對藥品的管理與安全方面設(shè)計了藥品庫存管理軟件系統(tǒng)。它對藥品庫存的高效管理以及藥品的安全管理有一定的指導意義。

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