基于醫療設備位置信息管理的追蹤定位儀設計與應用

張永壽 趙曉辰 朱傳玉 閻洪輝

醫療設備在醫院的救治工作中起到重要作用，醫療設備位置追蹤的動態管理應成為醫院管理的重要組成部分[1]。醫療設備位置信息管理系統集北斗定位技術、射頻識別(radio frequency identification，RFID)無線技術以及計算機系統技術于一體，用于醫療設備位置定位、醫療設備狀態監測和設備信息管理等[2-3]。由于衛星定位系統自身技術特性，無法完全實現室內定位及室內外定位的無縫對接[4-5]。為此，本研究設計一種組合定位系統，包括醫療設備管理軟件及醫療設備位置狀態的追蹤定位儀，將北斗衛星定位技術、無線RFID技術以及計算機系統技術等融合，建立一套先進、規范、優化的管理機制和系統化軟件，可在室外范圍及一定的室內范圍內，實現對目標的無縫定位導航。

1 醫療設備追蹤定位儀設計

1.1 功能需求分析

追蹤儀應具備7個功能需求：①實現醫療設備的精準實時定位，定位數據包括平面與空間數據兩種；②實現醫療設備，尤其是急救設備的使用狀態監測[6]；③實現醫療設備自動化報修功能；④實現追蹤儀數據自動讀取功能；⑤實現脫離監管區域自動報警功能[7]；⑥外觀設計做到小巧，便攜；⑦閱讀器位置合理安排，做到全方位無縫覆蓋[8]。

1.2 終端及狀態管理

定位導航主要應用無線通信技術，現已準備利用非傳統技術、短波或超短波及北斗終端進行人員的定位導航，技術研究處于起步階段[9]。本研究研制的醫療設備追蹤儀借鑒人員定位導航中北斗模塊的設計做法，在醫療設備空間定位及狀態動態管理上借鑒國內輸液和監護監測系統設計[10-12]。現有的監測系統利用網絡進行短距離的數據監測，主要用于穩定環境下的重癥監護室(intensive care unit，ICU)，不適用于野戰環境[13]。

1.3 開發環境及硬件平臺

本研究研制的醫療設備追蹤儀終端是集成室內外定位模塊、通信模塊和顯示模塊等，采用STM32核心硬件平臺，在Keil開發環境中完成程序設計，主要實現北斗衛星定位信息獲取、RFID定位信息獲取、對服務器端授時及數據收發以及終端各種狀態的實時顯示。

1.4 定位及狀態采集模塊的組成

(1)精準定位及狀態采集部分模塊通過對醫療設備安裝RFID標簽及RFID遠距離讀寫器，采集RFID標簽發送的高頻射頻信號[14]；讀寫器采集到數據后，通過各種傳輸方式，將位置信息及使用狀態上傳總控制中心固定資產管理系統平臺，完成固定資產室內定位信息及使用狀態的采集。

(2)精準定位及狀態采集部分模塊主要包括RFID定位、RFID通訊及醫療設備狀態搜集3部分。操作人員通過模塊上的人機交互界面錄入設備狀態；RFID射頻模塊自動識別RFID芯片位置[15]；共用RFID射頻模塊將醫療設備狀態信息及位置信息上傳至RFID讀寫器，讀寫器通過局域網將信息匯總至子區域指揮系統計算機。

1.5 系統的構成

追蹤定位儀系統以計算機為操作平臺，以固定式RFID讀取終端、手持式RFID信息分析終端和RIFD桌面發卡終端為輔助工具，構成完整的醫療設備管理系統，實現醫院裝備器械的綜合管理平臺，具有地理信息管理、監控和查詢功能。追蹤定位儀系統構成如圖1所示。

圖1 追蹤定位儀系統構成示圖

2 醫療設備追蹤定位儀工作原理與功能

2.1 追蹤定位儀工作原理

每件醫療設備都附有具有唯一ID號碼的電子標簽，當資產進入RFID識別區域時，天線通過發送微波信號激活電子標簽電路，電子標簽發送回波信號，二者進行雙向數據交換，讀寫器獲取相關信息。同時將該設備相關信息實時上傳到RFID系統服務器，進行相應的格式轉化、過濾和相關后續統計處理，作為其他系統數據統計、查詢等功能的數據源，實現對設備日常管理變動信息的實時監控、記錄和自動更新。

2.2 追蹤定位儀功能

RFID無線標簽及單片機通過電池供電，單片機與RFID無線標簽之間通過總線通訊。RFID讀寫器在讀取RFID無線標簽信息時，同時讀取單片機內信息，達到醫療設備狀態自動讀取功能。精準定位及狀態采集部分模塊工作原理如圖2所示。

圖2 精準定位及狀態采集部分模塊工作原理示圖

3 醫療設備追蹤定位儀的應用

追蹤定位儀可粘貼在所有醫療設備上，主要應用于急救類醫療設備，如監護儀、呼吸機、輸注泵和除顫儀等，并通過上位機將醫療設備與追蹤定位儀在系統內綁定(如圖3所示)。

圖3 追蹤定位儀示圖

當醫護人員將醫療設備放入手術間或其他位置時，放置于房間門框內的RFID讀卡器會自動讀取并記錄醫療設備所在位置。醫護人員取用醫療設備上粘貼的追蹤儀標識為“可使用”狀態的醫療設備時，設備開機后，追蹤儀可自動采集設備開機信號，或由醫護人員按壓“使用中”按鈕，此時設備將處于使用狀態。當醫療設備使用完畢斷電后，追蹤儀可采集到設備的斷電信號，或由醫護人員按壓“可使用”按鈕，這時后臺監控系統顯示該醫療設備處于空閑狀態。如果醫護人員發現設備使用異樣，可立即按壓“保養、維修”按鈕，系統自動接受維修信息，并上傳處理，相關部門對待使用的醫療設備處理完畢后，儀器恢復可使用狀態。設備科人員可在后臺系統對醫療設備位置信息、狀態信息一目了然。后臺系統自動統計醫療設備使用時間，并對達到保養狀態的醫療設備進行報警提示。

本研究設計的醫療設備追蹤定位儀，利用新技術、新方法，打破傳統的衛星定位技術，結合新技術實現對醫療設備位置的空間定位及狀態采集，使醫療設備管理動態化。北斗定位導航技術應用于室外定位，定位精度能達到10 m，無線射頻技術應用于室內定位，定位精度能達到1 m，由此可實現室內、室外精確定位的無縫銜接，且終端小巧，安裝方便，適合野戰醫院使用。不同模塊的數據完成采集后，通過各種傳輸方式將信息上傳給總控制中心的固定資產管理系統平臺，平臺將對各種數據進行分析、處理、存儲和判斷等，完成固定資產的全面、實時動態管理。

4 結語

醫院內的醫療設備安裝設備追蹤定位儀后，設備管理科室可實時了解醫療設備的位置及使用情況，尤其是通過監測急救設備的使用狀態和位置，可方便急救設備的借用。醫療設備出現故障時，設備追蹤儀可自動報修，醫護人員發現設備使用異樣，按壓“保養、維修”按鈕，系統自動接受維修信息并上傳處理，處理完畢后儀器恢復可使用狀態。醫療設備追蹤定位儀的應用，可實時掌握醫療設備的位置及使用情況，監測急救設備的使用狀態和位置。