iBeacon技術在醫療設備定位管理中的應用

陳長駿，徐盼盼，褚永華，朱鋒杰，諸涵東，張鞠成

1 浙江大學醫學院附屬第二醫院臨床醫學工程部 （浙江杭州 310009）；2 浙江省人民醫院臨床醫學工程部 （浙江杭州 310014）

隨著醫療服務需求的持續增長以及醫學技術水平的不斷提高，醫院每年都需購置大量設備，在實現新老儀器更替的同時保持先進的醫療技術。另外，用于診斷、治療、監護的醫療設備一般處于使用、轉移和存儲狀態[1]，因此如何有效管理醫療設備，動態監管其資產，實現設備使用率最大化成了各臨床科室亟需解決的問題。

近年來，基于物聯感知技術實現了遠程監控的信息化管理，提高了管理的時效性，并為醫療領域內對患者和設備的監管提供了新的技術和可行方案。基于此，相關研究者也提出了不同動態監管的定位方法。徐志明等[1]將RFID技術用于醫療設備管理，介紹了該技術的組成和具體應用。方河炎等[2]設計了一套基于Zigbee的醫療設備定位管理系統，對醫療設備的使用情況及位置進行監控。熊冬生和陸偉[3]提出了GPS醫療監護定位裝置，實現了對戶外活動患者的監護。

1 醫療設備管理現狀

當前大多數醫療設備的管理方式仍停留在傳統的人為巡查模式，即分管工程師和臨床科室定期核查資產設備。該模式的弊端主要體現在以下幾點。

1.1 使用信息難以及時獲取

為提高設備使用率，減少醫療設備無功消耗，許多醫院已成立了設備租賃中心，對醫院使用頻率較高的常規設備（如呼吸機、監護儀和空氣消毒機等）進行有償租借，實現醫療資源共享化[4]。目前，租借設備雖有專人管理，但由于備機量多，所以夜晚或周末期間有些備機是先由臨床科室相互借用，再通知管理員進行登記的，在此期間若不能及時更新設備放置位置、查詢歷史信息，可能出現租借費用計算偏差等問題，甚至導致設備遺失。

1.2 設備資產清單難以核查

醫院每年都會開展資產清單核查，現有的模式是由臨床科室與分管工程師依據最新的資產清單對設備進行一一核實，并根據實際資產狀況對已剔除的設備進行報損處理。但針對設備多、區域大的科室來講，其資產清點過程需要花費較長時間，同時還會導致物資報損的及時性無法跟進。

1.3 移動式設備難以管理

有些醫療設備需定期進行計量工作，以保證機器性能參數符合法規要求。實際使用中存在經常需要轉運的設備，在計量期間若不能及時確認其放置位置，容易導致漏檢。雖然臨床科室已安排設備管理員對設備資產進行管理，但人為監管無法覆蓋到各個區域，一旦管理員不在崗，科室將無人對接設備在用情況。

針對上述醫療設備管理與實施過程中的現存問題，管理者也提出了相應的改進方案。謝潔等[5]提出了對手術室設備設置定點定位的擺放模式，雖短期內可見成效，但不利于長期管理。分析其原因為醫院設備多、分布散，僅依賴工程師或設備管理人員的定期巡檢以及查詢設備是否缺失的管理方法較為單一，后期難以開展清查工作，未實現對醫療設備的實時監管和查詢。

2 主流無線定位技術比較

運用無線感知技術實時地獲取醫療設備位置信息是解決現存問題的關鍵。目前主流的室內無線定位技術包括UWB、WIFI、RFID、iBeacon等。

RFID技術是利用電磁耦合原理，通過識別附在物品上的標簽感知其位置，相關研究成果[6-7]在醫療設備靜態管理中得到應用；但其本身不具備通信能力，只適用于特征區域，且不便與其他系統整合，因此對移動設備監管的實時性較差。

WIFI技術是基于指紋法的定位技術，具有較高的定位精度；但實施前需要預先采集所有參考點的RSSI值作為指紋庫，其組網還需要打眼走線等，給網絡的串聯帶來了困難；另外，對于新放置的節點也需采集其RSSI并更新指紋庫。

UWB技術是一種新型無線通信技術，具有定位精度高、功耗低、穿透力強等優勢，在室內靜止或移動物體的定位上得到應用。但該技術的硬件搭建所需成本高，后期不易與移動終端軟件進行聯合開發。

iBeacon技術是采用低功耗的技術，相比于UWB、WIFI、RFID等技術具有設備體積小、續航能力強、價格低廉和感知能力強的特性[8-9]，無需拉線布網，可靈活布置在樓宇的任意地點，對于后期維護和升級也十分方便。在智慧校園、商場、煤礦等區域，iBeacon已得到成熟的應用[9]，且移動終端完備的開發環境便于用戶需求開發。借鑒該技術在其他領域的應用發展，醫療領域選擇該技術對設備實施位置感知，主要因為醫院具有多層樓宇，且面積大、隔斷房間多，實際應用中無需高精度定位（2～3 m即可）。

3 iBeacon技術概述

基于iBeacon定位技術的工作模式可分為主動式定位和被動式定位[8]。主動定位是將iBeacon信標安裝在定位區域，并周期性發送信息到附近的接收單元，即定位端按特定周期主動獲取廣播源數據。雖然兩者均在低功耗狀態可工作，但被動式定位要求接收單元需持續工作，即不斷地接收數據源，功耗較大，不利于硬件的搭建和后期使用。因此，選擇主動式定位方式可低成本、高效地完成設備的定位管理。iBeacon技術的應用不僅對硬件選擇有要求，對報文的相關參數配置也有要求。信標發送的報文主要由UUID、Major和Minor組成1個iBeacon唯一標識碼，其中UUID具有唯一性，用于區分當前區域內的iBeacon與其他區域信標，以避免發生錯誤標記的情況，但對于同一樓宇所有iBeacon的UUID設置相同。Major標識符是為了進一步標記iBeacon的屬性，用于識別特定的所在區域，如同一樓宇不同樓層。Minor用于標識iBeacon設備序列號，如同一樓層信標的順序號。

4 基于iBeacon的醫療設備定位系統框架構建

基于iBeacon技術在醫療設備定位管理系統的搭建過程中，將其分成感知層、網絡層和應用層3部分。系統基本架構見圖1。

圖1 醫療設備定位系統結構組成

感知層是由iBeacon信標與定位終端組成，對iBeacon信標的報文進行相關配置后，負責提供位置信息。定位終端固定在所需定位的設備上，負責接收來自信標發送的數據包并上傳數據。定位終端內部是由低功耗藍牙（bluetooth low energy，BLE）和LoRa通信模塊組成，其中BLE負責獲取周邊iBeacon信標的數據，而通信模塊則周期性地將信息源傳送到LoRa基站，實現感知層與網絡層的通信。

網絡層為基站網關。基站網關是對不同通信協議的網絡實時互聯，實現數據載體的網絡傳輸。應用中，該模塊負責對定位終端上傳的報文解析后重新打包，再利用以太網或GPRS上傳至數據處理單元。

應用層由定位服務器、云端及用戶智能終端組成。定位服務器包括室內結構的地圖信息、數據預處理單元和目標位置的測距算法，需注意在錄入的電子地圖上應預先標識信標的位置。數據預處理單元用于對獲取的RSSI值進行濾波處理，以減少信號干擾，并篩選出信號最強的3個信標。測距算法是利用三角定位法[8]獲取定位終端的坐標位置，計算處理所得位置信息，并存放于云端，既可以保證數據的實時性，也便于歷史戳點的查看，最終以可視化界面將位置信息顯示在終端，方便管理者或調度人員及時了解其位置信息。

5 小結

本研究根據目前傳統醫療設備監管方面的問題，分析了當前設備管理方面的不足；依托物聯網信息技術闡述了當前主流室內感知定位技術的優缺點，并針對iBeacon技術具有感知力強、易安裝和開發等優點，介紹了該技術運用的工作模式及定位感知的相關參數；提出基于iBeacon技術設計了醫療設備遠程定位監管的系統架構，并介紹了系統各模塊的具體作用和功能。該方案的提出可為醫療設備全院分布的信息化管理提供有力支持。