徐 恒 田 金 許 鋒

1 射頻識別(radio frequency identification，RFID)技術(shù)概述

RFID技術(shù)是利用射頻信號實現(xiàn)信息傳遞的自動識別技術(shù)，以其非接觸、數(shù)據(jù)容量大、穿透力強(qiáng)以及可重復(fù)使用等特點在各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著醫(yī)院信息管理平臺建設(shè)的逐步推進(jìn)，RFID技術(shù)被應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備的管理中，以提高醫(yī)院管理效率和診療服務(wù)質(zhì)量。目前，RFID技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備管理中主要用于設(shè)備跟蹤、實時定位、資產(chǎn)盤點及安全監(jiān)控等方面。

通常一套完整的RFID系統(tǒng)包括讀寫器、天線及電子標(biāo)簽。根據(jù)讀寫器的接收功率，目前RFID標(biāo)簽常用的工作頻率有13.56 MHz高頻頻段、800～900 MHz超高頻頻段和全球開放的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療用2.4 GHz(2.4～2.485 GHz)微波頻段，其中2.4 GHz微波頻段居多[1](如圖1所示)。

醫(yī)院的電子醫(yī)療設(shè)備數(shù)量多，其中無線電子設(shè)備的使用頻率集中在2.4 GHz開放工業(yè)頻段，因此如何減少在醫(yī)院使用的RFID系統(tǒng)對電子醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾是醫(yī)療設(shè)備管理部門需要研究的問題。通過對RFID產(chǎn)生電磁干擾原因、抑制干擾方法、系統(tǒng)布置等方面進(jìn)行探討，確立RFID系統(tǒng)在醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備管理應(yīng)用中的最佳使用策略，降低其對電子醫(yī)療設(shè)備的電磁干擾。

圖1 射頻工作頻率分布

2 產(chǎn)生電磁干擾的原因

根據(jù)RFID系統(tǒng)工作原理，RFID系統(tǒng)與周圍設(shè)備的干擾主要源于下述原因。

2.1 同信道或相近信道信號耦合產(chǎn)生互擾

RFID讀寫器發(fā)送和接收的強(qiáng)載波信號，與周圍電子設(shè)備發(fā)射的同信道或相近信道的信號產(chǎn)生耦合后會造成干擾。目前，醫(yī)院的無線電子醫(yī)療設(shè)備通常采用藍(lán)牙(Bluetooth)、ZigBee和Wi-Fi等短距離無線通訊技術(shù)[2]。3種通訊協(xié)議的頻率和信道見表1。

表1顯示，藍(lán)牙采用跳頻技術(shù)，在2.4～2.485 GHz頻帶內(nèi)相鄰的79個1 MHz帶寬的信道跳變，跳變頻率1600次/s；ZigBee采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，在16個2 MHz帶寬的信道跳變；Wi-Fi最新版IEEE802.11 n使用正交頻率復(fù)用技術(shù)，在14個帶寬為22 MHz的信道選擇。在2.4 GHz的頻段內(nèi)由于RFID發(fā)射的頻率和使用的信道有可能重疊，從而存在相互干擾的風(fēng)險。

表1 Bluetooth、Zigbee、Wi-Fi等通訊協(xié)議技術(shù)參數(shù)對比

2.2 RFID系統(tǒng)輔助設(shè)備空間耦合

由于RFID系統(tǒng)有其他輔助設(shè)備，如供電的電源適配器、控制端口和控制線等，電源產(chǎn)生的寬帶騷擾和內(nèi)部數(shù)字電路產(chǎn)生的窄帶騷擾會通過相應(yīng)端口影響近距離范圍內(nèi)的其他使用設(shè)備或通過空間耦合到其他敏感設(shè)備。

3 抑制干擾的方法及RFID系統(tǒng)的配置

為了避免對相鄰頻段的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，我國于2007年發(fā)布了“800/900 MHz頻段射頻設(shè)別(RFID)技術(shù)應(yīng)用規(guī)定(試行)”文件，對超高頻RFID無線發(fā)射設(shè)備的工作頻率、發(fā)射頻率、占用帶寬、鄰道功率泄漏比、工作模式、雜散發(fā)射限值及傳導(dǎo)騷擾發(fā)射等射頻指標(biāo)做了詳細(xì)的規(guī)定[4-5]。其中，在840～845 MHz、920～925 MHz兩個頻段的前后端劃出了2個信道作為隔離信道，規(guī)定其最大有效發(fā)射功率為200 MW，且跳頻的最大駐留時間為2 s，這些措施都是為了規(guī)避相鄰頻段信道互擾，提高RFID系統(tǒng)的保密性和抗多徑干擾能力。盡管上述規(guī)定針對的頻率范圍是800/900 MHz射頻段，但對各個頻段均有參考性。

(1)在RFID電子標(biāo)簽的設(shè)計角度提高超高頻頻段電子標(biāo)簽的頻率選擇、阻抗匹配以及封裝方式等性能，最大限度減少標(biāo)簽的干擾能力[6-7]。

(2)RFID系統(tǒng)的讀寫器盡量采用線性電源供電，而不是使用開關(guān)電源，后者對周圍電子設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾遠(yuǎn)大于前者[8-9]。

(3)RFID系統(tǒng)適當(dāng)?shù)呐渲梅桨敢部捎邢逌p少對周圍電子醫(yī)療設(shè)備的干擾。RFID讀寫器對標(biāo)簽的讀取距離和電子醫(yī)療設(shè)備對RFID系統(tǒng)的讀取距離都遵循雷達(dá)方程(公式1)

式中，Pr為讀寫器接收功率，G為天線增益，λ為波長，σ為天線散射橫截面積，R為讀寫距離。

由公式(1)可知，在發(fā)射功率及天線參數(shù)不變的前提下，讀寫距離增大一倍，接收功率就減少至原值的6%左右，因此RFID系統(tǒng)在布置時盡量遠(yuǎn)離電子醫(yī)療設(shè)備，且避免正對，距離越遠(yuǎn)干擾越小。同時，減少天線的散射面積可減少干擾，但也減小了接收距離，可能會影響RFID系統(tǒng)的使用效果。因此，可以遵循“小功率，多布點”的原則，一方面將發(fā)射、接收功率及天線散射面降低到最小，同時在RFID使用區(qū)域適當(dāng)多布置一些天線，兼顧RFID系統(tǒng)的功效和對電子醫(yī)療設(shè)備的保護(hù)。

(4)在使用RFID系統(tǒng)的區(qū)域事先做好電磁屏蔽設(shè)計。

4 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，RFID系統(tǒng)終將應(yīng)用于各個領(lǐng)域。RFID技術(shù)在發(fā)展過程中，也不可避免帶來了電磁干擾問題。通過分析RFID系統(tǒng)可能給電子醫(yī)療設(shè)備帶來干擾的原因，明確減少電磁干擾的措施和對RFID系統(tǒng)布置的方法[10]。在醫(yī)院醫(yī)療環(huán)境下分析和控制RFID系統(tǒng)的電磁干擾問題，不僅有利于醫(yī)療設(shè)備的安全使用，提高管理效率，還對提高RFID系統(tǒng)的可靠性研究及其健康發(fā)展和進(jìn)一步普及有重要意義。

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