射頻識別技術及在藥品庫存與安全中的應用

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

關鍵詞: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。假藥在全球范圍內普遍存在。WHO報告的數據顯示，世界范圍內假藥的比例約為5%～10%。從互聯網上隱瞞物理地址的網站購買的藥品超過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假藥每年的銷售額大約是400億美元，全球制藥行業正規產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，經過幾年的努力，國內外已經通過該技術在藥品安全方面取得了一定的成績，并且RFID具有很強的發展潛力。

1 射頻識別(RFID)技術

1.1 RFID概念、組成及工作原理

無線射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)是一種非接觸的自動識別技術[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，實現對被識別物體的自動識別。射頻識別系統由兩部分組成，即電子標簽(應答器Tag)和閱讀器(讀頭Reader)。在RFID的應用中，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，實現識別物品信息的功能，其原理如圖1所示。讀頭系統又包括讀頭和天線。發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耦合;電磁反向散射耦合采用雷達原理模型，利用發射出去的電磁波，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，因而產生信道爭用，各信號之間相互干擾，產生數據碰撞。綜合而言，業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應用系統中的關鍵問題之一。比較分析\\ALOHA法和二進制樹搜索算法以及在此基礎上發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。在設計系統時要根據系統的應用場合選擇合適的防沖突算法。

從RFID應用的角度來看，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，以適應高速運動、多目標識別復雜系統的應用[5]。

圖1 無線射頻識別原理圖

1.3 信號調制方式

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

1.4 RFID優點與發展制約

RFID的優點[3]有:數據存儲量大，容量是普通條形碼的1 000倍;讀寫速度快;數據安全性高;物理性能優越，可反復使用并能適應各種惡劣環境;讀寫方便，采用無接觸自動感應的方式實現信息的讀取。

RFID的發展也有一些制約因素，如標準未統一;技術不成熟;成本高，主要包括標簽和基礎設施的成本;隱私保護及安全問題有待進一步提高。

2 研究現狀

2.1 RFID在醫藥領域中的應用

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

(1) 藥品防偽管理。SupplyScape公司宣布推出Rx驗證服務。Rx驗證服務是利用RFID標簽來存儲藥品包裝上的EPC，使藥房和批發商能通過網絡來檢查藥品的真偽。同時基于RFID技術標簽的Rx驗證服務也可以用來通知藥房對過期藥品進行召回。

(2) 病例信息管理及醫藥管理。美國Wellford hall治療中心。采用RFID應用系統，在病人入院診治時，醫院只需用二維條碼掃描器掃描醫療卡上的標簽信息，所有數據不到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。有些醫療機構還將RFID技術應用到醫院的藥品管理系統中，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、生產日期等信息輸入標簽中。藥品的每一次移動及結合患者的情況信息，就能更加準地確給患者治療服務。

(3) 血液管理。可以實現非接觸式識別，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，可以實現多目標識別，提高數據采集效率。中國江蘇晨燕公司經多年的潛心研究，并結合RFID技術，已經研制出一套行之有效的網絡解決方案。

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

2.2 RFID關鍵技術

一般而言，RFID的關鍵技術由三個部分組成[8]，即:共性基礎及前瞻性技術、RFID產業化關鍵技術和RFID應用關鍵技術。

(1) 共性基礎及前瞻性技術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技術研究，超高頻(UHF)讀寫器核心模塊的研發，基于不同應用對象的超高頻和微波頻段RFID標簽天線研究，標簽封裝設備關鍵技術研究，RFID與其他技術的集成和融合研究，RFID系統檢測、認證相關技術研究，基于IPv6網絡技術的RFID信息服務體系研究等。

(2) RFID產業化關鍵技術包括芯片、天線設計與制造，電子標簽封裝技術與裝備，RFID標簽集成，讀寫器設計與制造技術等。

(3) RFID應用關鍵技術包括RFID應用體系架構、RFID系統集成與中間件、RFID公共服務體系、RFID測試技術與規范等。

2.3 藥品安全RFID標準

就某個特定應用范圍而言，高頻方案尤其適合藥品應用，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。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藥產品標簽的工業標準[1]。目前，還沒有正式的關于RFID產品的國際標準，各個廠家推出RFID產品互不兼容，造成了RFID產品在不同市場和應用上的混亂和不兼容。這勢必對未來RFID產品的發展形成障礙。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技術本身的標準，如芯片、天線、頻率等方面;RFID的各種應用標準，如RFID在物流、身份識別、交通收費等各領域的應用標準。

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、流通到使用整個過程中，RFID標簽都可進行全方位的監控。特別是產品出廠自行自動包裝時，安裝在生產線的讀取器可以自動識別每個藥品的信息，傳輸到數據庫，以便在流通的過程中可以隨時記錄中間信息，實施全線監控[2]。

通過使用電子產品代碼(EPC)技術，將會更加容易地跟蹤藥品。EPC 技術使用RFID 標簽，標簽在供應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鏈中始終連接并傳遞信息[9]。

從制造商開始托運產品，最初的數據便保存在隨藥品的EPC及制造商的數據庫中。這些數據至少包括原材料源、制造數據、制造地點和這批貨物的數據。這批貨物首先應到總經銷商，總經銷商核實這批貨物并最終轉運給第二層經銷商。第一總經銷商將信息添加到系譜中，這些信息至少包括貨物的來源、經銷商名稱、質量、包裝尺寸、位置、貨物的接收信息以及辨別貨物真偽的證實信息(數字簽名)。當產品轉運到下一經銷商時，系譜的信息被類似地錄入，然后再傳到下一經銷商。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、新的數量，以及因為最初的貨物批次將會被拆封，并重新打包發往不同的目的地的打包信息[9]。

對于一個藥品庫存系統，其系統結構可由如下部分組成:

(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。系統結構平面如圖2所示。

圖2 系統結構平面圖

藥品的入庫或出庫要經過出入庫讀寫器。倉庫按照藥品的分類分成C1，C2，C3等幾個區域，每個倉庫對應一個藥品RFID分流讀寫器，當讀寫器檢測到經過的藥品對應于該倉庫時，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。最后所有的數據都經由讀寫器傳送到后臺管理軟件。

3.2 系統功能模塊及其實現平臺

藥品庫存管理系統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和藥品的保質期。鑒于這些基本功能的考慮，系統的功能模塊設計如圖3所示。

圖3 系統功能模塊

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

3.3 軟件系統部分功能界面

軟件系統的部分界面如圖4，圖5所示。

圖4 系統登陸窗口

4 結 語

藥品安全與人們身體健康息息相關，與RFID技術結合起來，形成更加健壯的藥品安全供應鏈。本文在綜圖5 庫存缺貨查詢界面

合介紹RFID的基礎上，分析RFID技術在醫療及藥品管理中的應用，并針對藥品的管理與安全方面設計了藥品庫存管理軟件系統。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。

參考文獻

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