傳感技術(shù)與RFID在血液管理分析中運(yùn)用

1引言

傳感技術(shù)與RFID的融合運(yùn)用還剛剛起步，中國(guó)作為世界的制造業(yè)大國(guó)與消費(fèi)大國(guó)之一，應(yīng)牢牢抓住這一機(jī)遇，自主探索，推動(dòng)本土RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升社會(huì)信息化的水平。

RFID，即無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的，被列為21世紀(jì)最有前途的重要產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用技術(shù)之一。

RFID標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長(zhǎng)、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，可支持快速讀寫、非可視識(shí)別、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長(zhǎng)期跟蹤管理。效率的提升和錯(cuò)誤率的減少，促使RFID技術(shù)成為醫(yī)療行業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化的重要切人點(diǎn)^[1]。同時(shí)，RFID正逐漸與傳感技術(shù)融合，朝著構(gòu)建一個(gè)無(wú)所不在、能被人們隨時(shí)感知的“傳感網(wǎng)絡(luò)”的方向邁進(jìn)，給醫(yī)療用品管理，特別是血液管理帶來(lái)了一個(gè)新的契機(jī)。用RFID融合傳感技術(shù)監(jiān)控血液質(zhì)量、追蹤血液供應(yīng)流程，將更有利于保障用血安全^[2]。

目前，德國(guó)Saarbruecken醫(yī)院血庫(kù)供應(yīng)的血液已經(jīng)加入RFID技術(shù)進(jìn)行規(guī)范管理，保證了所供血液的正確數(shù)量與正確匹配，而我國(guó)還鮮見有將RFID技術(shù)用于血液管理的實(shí)例。

2RFID融合傳感技術(shù)用于血液管理的可行性

血液管理業(yè)務(wù)的一般流程為：獻(xiàn)血登記一體檢一血樣檢測(cè)一采血一血液人庫(kù)一在庫(kù)管理(成分處理等)一血液出庫(kù)一醫(yī)院供患者使用(或制成其他血液制品)。在這一過(guò)程中，常常涉及到大量的數(shù)據(jù)信息，包括獻(xiàn)血者的資料、血液類型、采血時(shí)間、地點(diǎn)、經(jīng)手人等。大量的信息給血液的管理帶來(lái)了一定的困難，又加上血液是一種非常容易變質(zhì)的物質(zhì)，如果環(huán)境條件不適宜，血液的品質(zhì)即遭破壞，所以血液在存儲(chǔ)和運(yùn)輸途中，質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控也十分關(guān)鍵。RFID與傳感技術(shù)便是能解決以上問題、有效助力血液管理的新興技術(shù)。

RFID技術(shù)能夠?yàn)槊看禾峁└髯晕ㄒ坏纳矸荩槠浯嫒讼鄳?yīng)的信息，這些信息與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)，因此，血液無(wú)論是在采血點(diǎn)，還是在調(diào)動(dòng)點(diǎn)血庫(kù)，或是在使用點(diǎn)醫(yī)院，都能全程受到RFID系統(tǒng)的監(jiān)控，血液在各調(diào)動(dòng)點(diǎn)的信息可以隨時(shí)被跟蹤出來(lái)。以往的血液出人庫(kù)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，使用前還需要人工進(jìn)行信息核對(duì)，采用RFID技術(shù)后，無(wú)須精確定位就能大批量地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳遞、核對(duì)與更新，加快了血液的出人庫(kù)識(shí)別，還避免了人工核對(duì)時(shí)常出現(xiàn)的差錯(cuò)。而RFID的非接觸識(shí)別特性還可以確保血液在不會(huì)受到污染的條件下進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè)，減小了血液受污染的可能性，它還不怕灰塵、污漬、低溫等，能夠在存儲(chǔ)血液的特殊環(huán)境條件下保持正常工作工作。

傳感技術(shù)是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應(yīng)用。通過(guò)傳感器對(duì)血液環(huán)境溫度、密封狀況和振蕩程度等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集，再通過(guò)系統(tǒng)對(duì)感知信息的及時(shí)處理與反應(yīng)，能夠有效避免血液的變質(zhì)，保障血液的質(zhì)量。

將RFID與傳感技術(shù)融合起來(lái)，運(yùn)用既能提高識(shí)別效率、實(shí)現(xiàn)信息跟蹤，又能實(shí)時(shí)監(jiān)控物品質(zhì)量的RFID傳感器標(biāo)簽，便能夠真正實(shí)現(xiàn)血液管理的智能信息化。

3RFID傳感器標(biāo)簽的設(shè)計(jì)

RFID傳感器標(biāo)簽主要由微控制單元、傳感單元、射頻單元、通信單元、定位單元和供電單元組成，如圖1所示。

3．1微控制單元
微控制單元由嵌人式系統(tǒng)構(gòu)成，包括嵌人式微處理器、存儲(chǔ)器、嵌人式操作系統(tǒng)等，還集成了看門狗、定時(shí)／計(jì)數(shù)器、同步／異步串行接口、A／D和D／A轉(zhuǎn)換器以及I／O等各種必要功能和外部設(shè)備。該單元實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：負(fù)責(zé)整個(gè)芯片的任務(wù)分配與調(diào)度、數(shù)據(jù)的整合與傳輸，進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)驗(yàn)證，完成數(shù)據(jù)的分析、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的路由維護(hù)，芯片電源的能耗管理等。

3．2傳感單元
傳感單元主要由傳感器和A／D轉(zhuǎn)換器組成。傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，敏感元件采集外部需要傳感的信息，將其送人轉(zhuǎn)換元件，后者完成將上述物理量轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以識(shí)別的原始電信號(hào)，并通過(guò)積分電路、放大電路的整形處理，最后經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并送人微控制單元進(jìn)行進(jìn)一步處理。

考慮到血液存儲(chǔ)與運(yùn)輸對(duì)環(huán)境條件的要求，本傳感單元包含了對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)溫度、壓力、感光、振蕩等多項(xiàng)物理信號(hào)測(cè)試的功能。

3．3射頻單元
射頻單元控制接收和發(fā)送射頻信號(hào)，并選擇運(yùn)用空分多路、時(shí)分多路、頻分多路和碼分多路等存取方法實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)同時(shí)識(shí)別與系統(tǒng)防沖撞機(jī)制。

3．4通信單元
通信單元用于數(shù)據(jù)通信，解決無(wú)線通信中的載波頻段選擇、數(shù)據(jù)傳輸速率、信號(hào)調(diào)制、編碼方式等，并通過(guò)天線進(jìn)行芯片與讀寫器問數(shù)據(jù)的收發(fā)工作，具有數(shù)據(jù)融合、請(qǐng)求仲裁和路由選擇等功能。

3．5定位單元
定位單元實(shí)現(xiàn)芯片自身位置的定位以及信息傳輸方位的定位?；跓o(wú)線傳輸協(xié)議，如IEEE802.15．4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee協(xié)議等。定位算法可選用基于測(cè)距(如信號(hào)強(qiáng)度測(cè)距、時(shí)間差測(cè)距等)或不基于測(cè)距的方法(如質(zhì)心法、DV―Hop算法等)。

3．6供電單元
RFID傳感器標(biāo)簽有無(wú)源、半無(wú)源和有源之分。無(wú)源標(biāo)簽不需要芯片內(nèi)置電池，它通過(guò)提取讀寫器發(fā)出的射頻能量來(lái)維持工作。半無(wú)源和有源標(biāo)簽都需要內(nèi)部電池供電來(lái)維持正常的傳感與射頻工作。考慮到血液管理中對(duì)血液制品的實(shí)時(shí)監(jiān)控需要保證其持續(xù)、正常的能量供給，因此加入了供電單元，設(shè)計(jì)為半無(wú)源或有源標(biāo)簽[4]。

在這一部分中，通過(guò)合理的設(shè)置芯片的接收、發(fā)射以及待機(jī)狀態(tài)，可以解決好能量消耗與傳輸可靠性的問題，有效延長(zhǎng)芯片的使用壽命。

4RFID傳感器標(biāo)簽在血液管理中的應(yīng)用

主要從血液出入庫(kù)管理、血液跟蹤管理、血液質(zhì)控管理三個(gè)方面進(jìn)行介紹，指出RFID融合傳感技術(shù)在血液管理中的有效作用。

4．1血液出入庫(kù)管理
4．1．1血液入庫(kù)
工作人員將血袋放在傳送帶的人口處依次傳遞，傳送帶的底部安裝有RFID讀寫器，當(dāng)血袋上粘貼的RFID傳感器標(biāo)簽進(jìn)入讀寫識(shí)讀范圍時(shí)，標(biāo)簽上的信息被讀出，經(jīng)中間件過(guò)濾后傳向后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)系統(tǒng)將血液類型、種類、規(guī)格等信息顯示在傳送帶出口處的屏幕上，工作人員根據(jù)顯示的內(nèi)容，將血液分別放人指定的儲(chǔ)存托盤內(nèi)。

根據(jù)識(shí)讀出的血型、種類、規(guī)格、數(shù)量等，后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行血庫(kù)中貨位的識(shí)別，尋找現(xiàn)有的符合規(guī)格與數(shù)量的空貨位。這一步驟的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)在每個(gè)貨架上粘貼一個(gè)RFID標(biāo)簽，并通過(guò)讀寫器寫入它所應(yīng)存放的血液類型、種類、規(guī)格、數(shù)量等信息，當(dāng)有血袋放在這一貨架上時(shí)，工作人員用手持讀寫器對(duì)該RFID標(biāo)簽進(jìn)行置位寫入，當(dāng)該貨架上的血袋出庫(kù)或移位時(shí)，工作人員用手持讀寫器對(duì)該RFID標(biāo)簽進(jìn)行清位寫入，而裝在血庫(kù)頂部的讀寫器會(huì)在受到系統(tǒng)指示的情況下對(duì)各貨架標(biāo)簽進(jìn)行讀取，發(fā)現(xiàn)已被清位的且符合入庫(kù)條件的貨架就通知系統(tǒng)，而系統(tǒng)就把該貨架的具體編號(hào)顯示在入庫(kù)處的屏幕上，告知工作人員哪類血液應(yīng)該放在哪些貨架上。

工作人員受到指示后，便會(huì)將各類規(guī)格的血液送人指定的區(qū)域進(jìn)行冷藏保存。與此同時(shí)，讀寫器將各血袋的入庫(kù)時(shí)間、入庫(kù)類型、送血人、接血人等信息寫入RFID系統(tǒng)[5]。

4．1．2血液出庫(kù)
系統(tǒng)下達(dá)出貨命令，指示工作人員到指定區(qū)域取出指定類型、規(guī)格和數(shù)量的血液。若所取血液數(shù)量較少，工作人員可采用手持讀寫器直接對(duì)血液信息進(jìn)行讀??；若所取血液數(shù)量較多，工作人員可采用傳送帶輸送血液出庫(kù)并讀取其信息。讀取出的信息傳至系統(tǒng)，與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行核對(duì)，如若無(wú)誤，準(zhǔn)許出庫(kù)。出庫(kù)過(guò)程，RFID系統(tǒng)記錄下出庫(kù)時(shí)間、血液有效日期及其他次要信息。

血液出庫(kù)的次序由系統(tǒng)讀取信息進(jìn)行分析后決定，要求同種規(guī)格血液按照先進(jìn)先出的原則，避免造成庫(kù)存積壓和血液過(guò)期浪費(fèi)的現(xiàn)象出現(xiàn)。對(duì)于血庫(kù)中標(biāo)記為“待檢”狀態(tài)的血液禁止其出庫(kù)，以保證出庫(kù)血液的質(zhì)量。

4．2血液跟蹤管理
血液跟蹤管理采用基于簇的分層結(jié)構(gòu)。每個(gè)簇頭即是一個(gè)分布式信息處理中心，用于收集各簇成員的數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)的處理與融合，接著將數(shù)據(jù)傳向上一層的簇頭，依次傳遞，最終所有的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾和整合后傳向了最高層的簇頭，而其逆過(guò)程即是信息的查詢過(guò)程，數(shù)據(jù)逐層展開，有序跟蹤。這里，最高層的簇頭就相當(dāng)于全國(guó)的血液信息中心，而次高層的簇頭就相當(dāng)于各省、自治區(qū)、直轄市的血液信息中心，依次類推，最低層的簇成員便是各基層血站。這種分層結(jié)構(gòu)將信息分散開來(lái)，避免了集中存放，解決了信息量過(guò)大的問題，也提高了系統(tǒng)的安全性。信息交換與傳遞在子層與父層間直接展開，方便了查詢與跟蹤。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

血液信息的存人流程為：首先將每袋血液的RFID標(biāo)識(shí)碼與其對(duì)應(yīng)的信息存人基層血站的數(shù)據(jù)庫(kù)中，接著融合該基層血站的信息，將標(biāo)識(shí)碼與該基層血站的有效IP地址存人當(dāng)?shù)厥屑?jí)的血液信息中心數(shù)據(jù)庫(kù)，然后再融合該市級(jí)血液信息中心的信息，將標(biāo)識(shí)碼與該市級(jí)血液信息中心的有效IP地址存入當(dāng)?shù)厥〖?jí)的血液信息中心數(shù)據(jù)庫(kù)，最后再融合上該省級(jí)血液信息中心的信息，將標(biāo)識(shí)碼與該省級(jí)血液信息中心的有效IP地址存入全國(guó)血液信息中心數(shù)據(jù)庫(kù)(如果有需要，還可以再將標(biāo)識(shí)碼與該國(guó)血液信息中心的有效IP地址存人全球的血液信息中心數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行全球血液信息互聯(lián))[6-7]。

血液信息的跟蹤流程為：根據(jù)RFID標(biāo)識(shí)碼，首先到全國(guó)血液信息中心數(shù)據(jù)庫(kù)中查找該袋血液的所屬省份信息，根據(jù)查到的IP地址進(jìn)人該省級(jí)血液信息中心數(shù)據(jù)庫(kù)查找該袋血液的所屬城市信息，根據(jù)
查到的IP地址進(jìn)入該市級(jí)血液信息中心數(shù)據(jù)庫(kù)查找該袋血液所屬的血站，根據(jù)查到的IP地址進(jìn)入該血站數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)其中的信息便可以知道該袋血液目前的狀態(tài)是在庫(kù)保存還是出庫(kù)被使用或是已變質(zhì)報(bào)廢，如果是已被使用，還可以進(jìn)一步查找到使用者的全部信息。

4．3血液質(zhì)控管理
血液對(duì)于溫度的變化十分敏感，如果環(huán)境溫度不適宜，血液中的物質(zhì)即遭破壞，這將影響血液的品質(zhì)及保存期限。存儲(chǔ)、傳遞與運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中血液還應(yīng)避免劇烈振蕩，另外，血液的包裝應(yīng)是密封的，如果因刺破或其他因素造成了細(xì)菌污染，血液即告報(bào)廢。

血袋上粘貼的RFID傳感器標(biāo)簽會(huì)對(duì)血袋周圍的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每隔一定的時(shí)間間隔就測(cè)量一下周圍的溫度、壓力、感光、振蕩等物理信號(hào)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄在標(biāo)簽芯片內(nèi)。系統(tǒng)會(huì)給標(biāo)簽內(nèi)部設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)范圍，一旦當(dāng)前測(cè)量的數(shù)據(jù)低于范圍的下限或是高出范圍的上限，標(biāo)簽就會(huì)主動(dòng)發(fā)射射頻信號(hào)啟動(dòng)報(bào)警裝置，對(duì)工作人員進(jìn)行提示[8]。

如果血袋是在血庫(kù)保存狀態(tài)下進(jìn)行報(bào)警，那么根據(jù)接收到的射頻信號(hào)，報(bào)警顯示屏上將顯示報(bào)警血袋的當(dāng)前位置(庫(kù)區(qū)、貨架、RFID標(biāo)識(shí)碼等)，方便工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理；如果血袋是在運(yùn)輸途中進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警裝置可安裝在運(yùn)輸貯存器上，用嗚叫或閃光提示工作人員，工作人員發(fā)現(xiàn)后，用手持讀寫器接收射頻信號(hào)，根據(jù)標(biāo)識(shí)碼找到報(bào)警血袋。

血液一旦被懷疑變質(zhì)或受污染，工作人員就會(huì)用讀寫器將其標(biāo)簽設(shè)置為“待檢”狀態(tài)，不允許出庫(kù)，已在使用點(diǎn)的不允許使用，經(jīng)檢測(cè)被確認(rèn)已無(wú)法使用后，會(huì)進(jìn)行高壓消毒焚燒處理，此時(shí)工作人員會(huì)對(duì)應(yīng)該袋血液的RFID標(biāo)識(shí)碼向系統(tǒng)寫入報(bào)廢信息、報(bào)廢原因等，為后續(xù)的血液跟蹤作好準(zhǔn)備。

對(duì)于被退回的血液，除需要人工進(jìn)一步檢測(cè)血液質(zhì)量外，還可以通過(guò)RFID傳感器標(biāo)簽的數(shù)據(jù)記錄，找出該血液從采血到供血到被退血這整個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，找出應(yīng)負(fù)責(zé)的人員或機(jī)構(gòu)分析原因，避免下次類似情況的發(fā)生。

5結(jié)語(yǔ)

血液既是生命的源泉，又是多種疾病傳播的渠道，通過(guò)輸血或血液制品傳播的常見疾病有：乙肝、丙肝、艾滋病、梅毒、瘧疾、敗血癥等，其中大都難以治愈。為了避免不規(guī)范采血、袋裝血液管理混亂或輸血不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致的疾病傳染或醫(yī)療事故，加強(qiáng)血液管理、保障用血安全已勢(shì)在必行。目前，RFID與傳感技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用還不是很廣泛，但已展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。本文提出了將這兩種技術(shù)融合起來(lái)設(shè)計(jì)的RFID傳感器標(biāo)簽，并分析了將其應(yīng)用于血液管理中的優(yōu)勢(shì)與可行性[8]。

血液管理是一項(xiàng)不允許出錯(cuò)的工作，將RFID傳感器標(biāo)簽運(yùn)用于其中，不僅使整個(gè)供應(yīng)鏈管理可見、透明、不受污染，還使信息、質(zhì)量等得到了實(shí)時(shí)監(jiān)控與互聯(lián)跟蹤，真正將血液管理信息化、醫(yī)療管理信息化工作延伸到了末梢，落到了實(shí)處，使完全個(gè)體化的人文關(guān)懷得到了實(shí)現(xiàn)。

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