李學(xué)輝，王海峰，劉三榮

（棗莊學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 棗莊 277160）

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在很多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。RFID能夠快捷方便的采集數(shù)據(jù)，是物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一，可以用于醫(yī)藥供應(yīng)鏈追溯及管理[1-2]。當(dāng)前RFID技術(shù)在藥品管理[3]、藥品物流[4]、醫(yī)用耗材管理方面都有一定應(yīng)用[5]。

當(dāng)前醫(yī)院普遍存在無法實時了解重癥病人護理情況、病人用藥時間以及用藥情況的問題，更無法了解配藥時間與用藥時間是否合理。為了解決這些問題，我們開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院用藥電子監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可監(jiān)測藥品的生命周期，方便醫(yī)生清楚掌握藥品注射時間，病人用藥時間，最大限度確保用藥正確性。

1 醫(yī)院用藥監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析與處理技術(shù)

1.1 醫(yī)院用藥監(jiān)控電子系統(tǒng)的需求分析

1.1.1 系統(tǒng)的可行性規(guī)劃

對醫(yī)院用藥監(jiān)控系統(tǒng)進行可行性分析使得系統(tǒng)運行更安全、穩(wěn)定。對系統(tǒng)要做三方面的可行性分析，包括技術(shù)可行性、經(jīng)濟可行性、操作可行性。用藥電子監(jiān)控系統(tǒng)需要具備完善的功能，因此要對系統(tǒng)進行可行性規(guī)劃。

1.1.2 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求分析

系統(tǒng)業(yè)務(wù)包括如下幾方面：

（1）自動讀取護士標(biāo)簽，獲取護士信息；

（2）自動讀取藥品標(biāo)簽，獲取藥品信息，通過配藥時間、用藥時間分析病患用藥是否規(guī)范合理；

（3）能夠輸入醫(yī)囑信息，獲得用藥信息。

用藥信息、用藥時間、護士與病人的護理關(guān)系等數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器中，在一定時間內(nèi)可以查詢。業(yè)務(wù)分析見表1所列。

表1 業(yè)務(wù)分析

1.2 系統(tǒng)處理技術(shù)

本系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的典型應(yīng)用系統(tǒng)[6]，涉及物聯(lián)網(wǎng)感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)處理層以及應(yīng)用層。在感知層使用超高頻（UHF）射頻識別（RFID）進行護士標(biāo)簽以及藥品標(biāo)簽識別，數(shù)據(jù)采集器讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)進行處理后，將其發(fā)送至后臺服務(wù)器，由服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行存儲、分析，并向應(yīng)用層發(fā)送處理信息與控制命令[7-9]。用藥電子監(jiān)控系統(tǒng)示例如圖1所示。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的用藥電子監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

2.1 用藥監(jiān)控系統(tǒng)的框架設(shè)計

本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計，分為感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層。該系統(tǒng)在每一層都有相關(guān)的硬件設(shè)備支撐，亦有相應(yīng)軟件系統(tǒng)模塊完成相關(guān)功能。

圖1 用藥電子監(jiān)控系統(tǒng)示例

感知層由超高頻（UHF）射頻識別（RFID）與數(shù)據(jù)收集設(shè)備組成。UHF RFID可非接觸讀取標(biāo)簽（標(biāo)簽分為護士標(biāo)簽和藥品標(biāo)簽）；數(shù)據(jù)收集設(shè)備讀取標(biāo)簽信息，并對數(shù)據(jù)進行初步判斷與處理，如判斷標(biāo)簽是否為本設(shè)備欲讀取的標(biāo)簽，判斷標(biāo)簽是否處于RFID磁場范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)收集設(shè)備設(shè)定標(biāo)簽的讀取頻率，把標(biāo)簽信息及標(biāo)簽狀態(tài)發(fā)給服務(wù)器，并確定標(biāo)簽狀態(tài)傳送至服務(wù)器所需時間。

傳輸層由數(shù)據(jù)收集設(shè)備、路由器和互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組成。數(shù)據(jù)收集設(shè)備通過WiFi連接路由器，路由器與網(wǎng)絡(luò)相連接。數(shù)據(jù)收集設(shè)備將RFID傳來的數(shù)據(jù)處理后通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給后臺服務(wù)器。

數(shù)據(jù)處理層由服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫組成。服務(wù)器接收所有采集點的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析、計算、存儲、回顯等處理。通過接收的標(biāo)簽信息和設(shè)備TID分析患者用藥是否正確，分析護士與患者的護理關(guān)系是否匹配，提示護士未執(zhí)行的任務(wù)，判斷配藥與用藥時間的合理性與藥品生命周期的合理性。關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫，醫(yī)生、護士、患者、患者家屬等均可實時查詢患者用藥情況，并在患者康復(fù)后的3年里都能夠查詢患者在治療期間的用藥情況。

應(yīng)用層由手機、PC電腦、數(shù)據(jù)大屏以及數(shù)據(jù)收集設(shè)備組成。數(shù)據(jù)收集設(shè)備用于完成醫(yī)囑回顯與藥品回顯，以便護士核對。手機與PC電腦主要用于用戶數(shù)據(jù)查詢，提示護士完成特定任務(wù)，安排患者入院等。數(shù)據(jù)大屏可以實時顯示病患的醫(yī)護狀態(tài)，科室的病患人數(shù)，每個時間段的醫(yī)護信息等。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)工作流程

數(shù)據(jù)流從采集層開始，通過傳輸層傳遞到數(shù)據(jù)處理層，數(shù)據(jù)處理層對數(shù)據(jù)進行處理后，根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果向應(yīng)用層發(fā)送控制命令。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

3 基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的醫(yī)院用藥監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用

3.1 用藥監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

系統(tǒng)傳輸層僅需使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將數(shù)據(jù)進行透傳即可。系統(tǒng)使用B/S架構(gòu)對服務(wù)器端數(shù)據(jù)進行顯示與設(shè)置。系統(tǒng)開發(fā)的重點在于感知層與數(shù)據(jù)處理層，即數(shù)據(jù)采集器的實現(xiàn)以及服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理的實現(xiàn)。

3.1.1 數(shù)據(jù)采集器的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集器的主要功能包括向標(biāo)簽的User區(qū)寫入所需信息，例如護士信息和藥品信息等；使用UHF RFID非接觸方式讀取標(biāo)簽，顯示患者信息，并與醫(yī)護人員交互，將標(biāo)簽數(shù)據(jù)進行處理后上傳服務(wù)器。采集器硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 采集器硬件結(jié)構(gòu)

3.1.2 服務(wù)器端軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)處理功能在服務(wù)器端實現(xiàn)。服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析、存儲、處理、回顯等。數(shù)據(jù)處理層負(fù)責(zé)系統(tǒng)邏輯的處理，是系統(tǒng)的核心。用藥監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 用藥監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 用藥監(jiān)控系統(tǒng)的部署應(yīng)用

本系統(tǒng)的作用是跟蹤藥品的流向，正確、客觀地反應(yīng)護士的工作狀態(tài)。配藥室安裝一個采集器，用于獲取藥品形成時間以及配藥護士的信息；病房安裝一個采集器，重癥監(jiān)護室每個病床安裝一個采集器，用于獲取病患用藥時間及用藥持續(xù)時間；醫(yī)療垃圾回收處安裝一個采集器，用于獲取藥品銷毀時間。系統(tǒng)可以跟蹤藥品的全生命周期。系統(tǒng)界面如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)界面

本系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)院，可以大幅減少護士的工作量，提高護理工作的正確性，客觀真實地記錄病患的護理情況。

3.3 用藥監(jiān)控系統(tǒng)的運行測試

標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀取成功率（DTRR），即讀卡器每次讀卡成功的概率；標(biāo)簽識別成功率（LRR），即一定時間內(nèi)標(biāo)簽在讀卡器范圍內(nèi)的識別概率。

系統(tǒng)部署之前進行專項測試，在50 cm處讀取標(biāo)簽時，DTRR為100%；在100 cm處讀取標(biāo)簽時，DTRR為97.8%，LRR為100%；在120 cm處讀取標(biāo)簽時，DTRR為89.3%，LRR為100%；在150 cm處讀取標(biāo)簽時，DTRR為35.1%，LRR為98.5%。

通過調(diào)查醫(yī)院護士的工作情況，預(yù)計使用該系統(tǒng)后可以節(jié)省護士15%的精力，護士按時執(zhí)行任務(wù)率提升8%，關(guān)鍵藥品的配藥準(zhǔn)確率提高20%。系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2所列。

4 結(jié) 語

本系統(tǒng)針對醫(yī)院護士工作量大且任務(wù)繁雜，關(guān)鍵藥品配藥時間不準(zhǔn)確，護理工作管理不完善等問題進行研發(fā)。系統(tǒng)可自動讀取護士信息及藥品信息，為醫(yī)院的護理工作提供了極大方便，在很大程度上減少了護理工作量，能夠客觀反應(yīng)患者的護理情況。

表2 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

本系統(tǒng)還存在不足之處，如讀取標(biāo)簽的距離有限，目前無法實現(xiàn)病房和配藥室全覆蓋。未來可考慮通過人臉識別技術(shù)識別護士[11]，使得系統(tǒng)更加智能化與人性化。