黃捷，潘愈嘉

廣西貴港市人民醫(yī)院 信息科，廣西 貴港 537100

引言

如今，醫(yī)院移動設(shè)備的推廣使用在很大程度上給患者與醫(yī)護人員帶來了舒適與便捷的體驗效果，如院前急救設(shè)備、病區(qū)移動車輛、無線通信辦公設(shè)備、科室治療儀器及監(jiān)測設(shè)備等，但隨著醫(yī)院的不斷發(fā)展與建設(shè)，數(shù)量日益增長的移動醫(yī)療設(shè)備也逐漸成為醫(yī)療設(shè)備部門日常管理的難題。諸如：需要維護的搶救設(shè)備因錯放位置而增加設(shè)備的故障排除時間；無線辦公設(shè)備的丟失導(dǎo)致醫(yī)院的重復(fù)采購；移動設(shè)備的項目多、歸類復(fù)雜也增加了設(shè)備的盤點難度等[1-3]。

傳統(tǒng)的設(shè)備定位管理系統(tǒng)中應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)的無線射頻技術(shù)（Radio Frequency Identification Technology，RFID）在移動設(shè)備上安裝帶有ID的電子標簽[4-5]，通過電磁場以無線方式進行RFID讀卡器之間的雙向通信，從而識別標簽ID并依靠定位服務(wù)器中的加權(quán)K近鄰算法（k-Weighted Nearest Neighbor，KWNN）做區(qū)域定位。雖然傳統(tǒng)的RFID定位方案具有抗干擾、高準確性、靈活性和可擴展性等一系列優(yōu)點，但事實上由于RFID業(yè)務(wù)頻段多變，而且有源RFID讀卡器成本較高，在醫(yī)院的院區(qū)范圍內(nèi)不可能密集性布置RFID讀卡器，同時該定位方案并不支持稱動辦公設(shè)備如筆記本電腦，手持平板等基于TCP/IP協(xié)議通訊的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

1 設(shè)計目標

為了更好地解決上述問題，本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)與無線局域網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的醫(yī)院移動設(shè)備定位管理系統(tǒng)設(shè)計方案，在醫(yī)院搭建一套針對資產(chǎn)的安防及監(jiān)控系統(tǒng)，提升醫(yī)療設(shè)備的利用率的同時也降低醫(yī)療設(shè)備采購率，為設(shè)備的成本核算和績效分析提供了準確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，達到有效提高醫(yī)院資源管理的水平[6]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

本設(shè)計方案是基于物聯(lián)網(wǎng)與無線局域網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的定位管理系統(tǒng)，從系統(tǒng)框架上可總結(jié)出三個部分，感知終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用系統(tǒng)[1]，見圖1。

圖1 醫(yī)院移動設(shè)備定位系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 感知終端

通過二維碼、條形碼、無線射頻等技術(shù)對醫(yī)生查房車、院前搶救設(shè)備、醫(yī)護移動智能終端、移動監(jiān)測設(shè)備等進行分類并標識[7]。在大型移動設(shè)備上安裝RFID電子標簽，這些設(shè)備可以通過RFID標簽進行標識，設(shè)備信息與唯一的ID對應(yīng)，帶有感知終端的設(shè)備被取走時可以跟蹤到取用者ID，形成完整的使用鏈關(guān)系。RFID電子標簽一般分為無源式標簽和有源式標簽。無源RFID標簽的工作能量均需RFID閱讀器發(fā)射的電磁場來提供，其最大有效感應(yīng)距離只有幾十厘米；有源RFID標簽通過自帶電源傳輸較強信號，因而具有更遠的讀寫距離。本系統(tǒng)中的RFID標簽均采用基于RFID 2.4G通信協(xié)議的有源標簽，在極端測試環(huán)境中與RFID模塊之間的無線傳輸范圍為3～60 m。關(guān)于電池可靠性方面，標簽在兩節(jié)240 mAh的紐扣電池的驅(qū)動下間歇性自動對外廣播ID，而且通過低功耗的設(shè)計方案使得標簽使用時間長達三到五年[2]。

2.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)

傳輸網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備包括物聯(lián)網(wǎng)AP、AP控制器AC、中間件控制器MC和物資定位輔助裝置。其中物聯(lián)網(wǎng)AP是系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它有別于傳統(tǒng)AP的特點，是既可以提供千兆的無線速率也同時支持RFID射頻信號的覆蓋。其支持RFID射頻信號的原理是AP內(nèi)部除了有支持第三方RFID閱讀器模塊的應(yīng)用插槽，還有可以直接將RFID閱讀器的指令轉(zhuǎn)換成標準的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)格式的中間件技術(shù)，通過收集電子標簽信息和下發(fā)控制指令來完成與應(yīng)用程序的交互[8]。物聯(lián)網(wǎng)AP部件結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)AP部件結(jié)構(gòu)

通過在醫(yī)院的重要位置如一樓出入口、病區(qū)走廊、臨床科室與庫房等關(guān)鍵區(qū)域，使用物聯(lián)網(wǎng)AP+輔助定位器+饋線天線方式進行布線與設(shè)備安裝。為了完成室內(nèi)信號覆蓋，根據(jù)實際測試結(jié)果，如我院某病區(qū)面積約500 m2，共布置了4個物聯(lián)網(wǎng)AP和10個輔助定位器，其中AP中的RFID模塊采用饋線方式進入病房，每條饋線通過天線發(fā)射的信號可覆蓋相鄰的兩間病房，而走廊區(qū)域等開闊區(qū)域只需通過物聯(lián)網(wǎng)AP即可完成信號覆蓋。物聯(lián)網(wǎng)AP部署如圖3。

物聯(lián)網(wǎng)AP作為無線接入點，在物資定位輔助裝置協(xié)助下，將感知到帶有電子標簽的移動醫(yī)療設(shè)備的位置和信息通過千兆以太網(wǎng)快速發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)中間件控制器。以上方案的優(yōu)勢包括：① 建設(shè)初期選用千兆的無線局域網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)再配合支持該速率的物聯(lián)網(wǎng)AP可以更快速地響應(yīng)控制指令和傳輸設(shè)備信息，而且可以回傳大型多媒體數(shù)據(jù)如視頻影像至手持終端設(shè)備；② RFID讀卡器模塊化的物聯(lián)網(wǎng)AP結(jié)合了RFID與WLAN兩種技術(shù)的優(yōu)點，既沿用了RFID讀寫準確性高、速度快、抗污染和耐久性，也可以通過WLAN準確定位接入到無線局域網(wǎng)的非標簽式無線辦公設(shè)備，RFID與WLAN的有效融合不僅減少了醫(yī)院在對物聯(lián)網(wǎng)與無線局域網(wǎng)方面的重復(fù)建設(shè)，也節(jié)省了投資成本；③ 物聯(lián)網(wǎng)AP配合中間件控制器同時使用，可以實現(xiàn)對RFID閱讀器和標簽進行統(tǒng)一管理和狀態(tài)監(jiān)控，控制器自動優(yōu)化和調(diào)整RFID頻道，集中下發(fā)硬件配置和系統(tǒng)固件，同時也包括多樣靈活的用戶安全和管理策略。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)AP部署示意圖

2.3 應(yīng)用系統(tǒng)

設(shè)備定位管理系統(tǒng)實時接收被定位對象的MAC地址或ID信息以及獲取到的信號強度值，通過RSSI（Received Signal Strength Indicator）核心三角定位算法，在事先導(dǎo)入的建筑平面圖以電子地圖形式顯示移動設(shè)備的具體位置，再通過處理傳感器數(shù)據(jù)并將事件發(fā)送至資產(chǎn)管理系統(tǒng)。資產(chǎn)管理系統(tǒng)的主要作用是對高價值、移動醫(yī)療設(shè)備進行高效管理，此時除了可以通過設(shè)備管理部門的電子屏幕上顯示實時定位和移動軌跡，也可以在系統(tǒng)后臺提供新的報表和指標透視庫存、使用率和異常情況，見圖4。

圖4 應(yīng)用系統(tǒng)示意圖

3 主要功能

3.1 移動醫(yī)療設(shè)備自動盤點

首先由設(shè)備管理部門對移動醫(yī)療設(shè)備制作電子標簽，由于RFID芯片數(shù)據(jù)容量足夠大，可以存儲設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括設(shè)備代碼、拼音編碼、名稱、別名、計量單位等信息；然后由設(shè)備盤點人員使用帶Wi-Fi功能和存儲了設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的RFID手持掃描終端，按照科室為單位進行規(guī)劃范圍內(nèi)走動，手持終端自動獲取電子標簽的信息并通過物聯(lián)網(wǎng)AP上傳至無線局域網(wǎng)；最后數(shù)據(jù)經(jīng)過資產(chǎn)管理系統(tǒng)的后臺分析自動生成盤點報表，如果在盤點過程中發(fā)現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備擺放位置錯誤，則返回報警信息至盤點人員的手持終端，提醒工作人員到提示位置進行確認設(shè)備的缺失或錯放。

3.2 移動設(shè)備生命周期活動軌跡查詢

一般來說，設(shè)備全生命周期分為三個階段，分別為開發(fā)制造階段BOL（Beginning of Life），使用維護階段MOL（Middle of Life）和回收利用階段EOL（End of Life）。第一階段移動醫(yī)療設(shè)備在設(shè)備入庫時便由系統(tǒng)生成唯一ID對應(yīng)的RFID信息；第二階段移動設(shè)備在使用過程中，系統(tǒng)自動收集設(shè)備的使用地點、使用時間、使用條件等數(shù)據(jù)，由于在系統(tǒng)中提前錄入維修工程師、電話、配件價格等明細信息，所以在設(shè)備發(fā)生維修情況時通過手持終端讀取標簽信息以便于縮短維護周期；第三階段如果設(shè)備出現(xiàn)損壞無法維修的情況，可以通過系統(tǒng)查詢設(shè)備以往的維修記錄，巡檢記錄等信息，為管理人員確定責任事故提供有據(jù)可查[9]。

3.3 移動設(shè)備實時使用狀態(tài)管理

該功能由兩個模塊提供系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。電流檢測模塊：移動設(shè)備電源輸入線路與電流檢測模塊連接，通過檢測設(shè)備零線電流值數(shù)據(jù)變化并將模擬信號轉(zhuǎn)變數(shù)字信號，由物聯(lián)網(wǎng)AP經(jīng)無線局域網(wǎng)上傳電流數(shù)據(jù)到系統(tǒng)服務(wù)器，從而實時判斷設(shè)備當前處于離線、待機或者工作狀態(tài)[7]。RFID識別模塊：物聯(lián)網(wǎng)AP中的RFID插件通過感知移動設(shè)備的電子標簽，經(jīng)由無線局域網(wǎng)上傳設(shè)備基本信息與位置情況到服務(wù)器進行數(shù)據(jù)分析，最終實現(xiàn)準確定位與顯示實時的活動軌跡。

3.4 移動設(shè)備防丟失

移動設(shè)備防丟失功能主要應(yīng)用對象是便攜式的移動辦公終端和帶RFID標簽的移動設(shè)備。針對限制活動范圍的移動設(shè)備如手持終端、監(jiān)護儀、霧化器等科內(nèi)設(shè)備，首先需要在病區(qū)的主要出口安裝無線傳感器；然后通過無線網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)AP聯(lián)動后在資產(chǎn)管理系統(tǒng)界面設(shè)置電子圍欄，將禁止外出的設(shè)備ID信息設(shè)置活動權(quán)限僅在隔離區(qū)內(nèi)；最后當被鎖定的移動設(shè)備一旦超出電子圍欄允許范圍的時候，系統(tǒng)可以通過聲音或文字等提示方式，發(fā)送報警信息至設(shè)備管理員或安全管理部門。

4 應(yīng)用效果與分析

系統(tǒng)在我院投入使用后，取得了良好的效果。首先，提高了我院設(shè)備管理人員的盤點速度，減少了盤點過程中出現(xiàn)的人為錯誤，提高了最終數(shù)據(jù)的準確性和賬物符合率[10]。其次，通過無線射頻與無線局域網(wǎng)技術(shù)收集數(shù)據(jù)形成可視化的移動設(shè)備生命周期活動軌跡查詢，使得設(shè)備管理由被動管理變?yōu)橹鲃庸芾?，靜態(tài)管理結(jié)合動態(tài)管理的同時不但減少了維修成本和維修周期，而且便于設(shè)備資源的合理利用，為醫(yī)院管理者對設(shè)備購置決策提供重要的參考依據(jù)[11]。再次，通過監(jiān)測設(shè)備工作狀態(tài)與位置信息，移動設(shè)備實時使用狀態(tài)管理功能既方便醫(yī)院管理部門進行及時調(diào)配，又可以統(tǒng)計設(shè)備單次使用折舊成本和用電成本，為醫(yī)療設(shè)備的績效核算提供數(shù)據(jù)依據(jù)[12]。最后，對逃逸資產(chǎn)產(chǎn)生實時預(yù)警，使設(shè)備管理人員及時并有效地處理設(shè)備丟失事件，減少了設(shè)備的重復(fù)購置，同時也為醫(yī)院移動資產(chǎn)提供了安全保障。

但是，基于雙網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的醫(yī)院移動設(shè)備定位管理系統(tǒng)在使用過程中還存在一些問題，需要在不斷探索中持續(xù)改進。例如：① 由于自身發(fā)射功率的限制，本系統(tǒng)中使用的低功耗有源RFID標簽在遠離建筑的室外環(huán)境無法準確定位，若是使用大功率的板載電源，又會大大增加標簽成本并產(chǎn)生電池續(xù)航等問題；② 原有的移動醫(yī)療設(shè)備的基本信息是通過條形碼進行識別來錄入系統(tǒng)，實現(xiàn)方式簡單且投入成本低，當使用設(shè)備定位系統(tǒng)后設(shè)備的管理費用將會大量增加，如RFID標簽的制作；③ 無線網(wǎng)絡(luò)在物理層面上屬于不可靠傳輸，由此產(chǎn)生的通信竊聽等安全問題會導(dǎo)致一些隱私數(shù)據(jù)的外泄，雖然隨著無線網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的不斷發(fā)展，相應(yīng)的安全感知與入侵檢測設(shè)備已經(jīng)可以很好地防御網(wǎng)絡(luò)攻擊，但是昂貴的安全保障成本也在制約著無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用[4]。

6 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與無線局域網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的醫(yī)院移動設(shè)備定位系統(tǒng)，通過實時定位監(jiān)控移動設(shè)備獲得資產(chǎn)的可視性，不僅可以高效輕松地管理大量移動設(shè)備，方便醫(yī)院管理部門進行靈活調(diào)配，而且有效延長了設(shè)備的生命周期，也減輕了維護人員的工作壓力，提升醫(yī)療設(shè)備的利用率的同時也降低醫(yī)療設(shè)備采購率。本系統(tǒng)通過引入先進的物聯(lián)網(wǎng)AP，不僅有效地融合了物理網(wǎng)與無線局域網(wǎng)，也實現(xiàn)了統(tǒng)一規(guī)劃統(tǒng)一管理，減少了醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)建設(shè)[13-16]。