基于物聯網的智能醫用織物管理系統研究與設計

郝夏毅，金順成，李崇偉

（天津職業技術師范大學 自動化與電氣工程學院，天津 300222）

隨著醫院規模不斷擴大和信息化水平不斷提高，原有的后勤管理模式已難以滿足醫院的現代化管理要求，醫院后勤開始著手在維修、餐飲、設備、能源等領域逐步開展信息化管理[1]。 醫用織物管理作為醫院后勤工作中不可或缺的部分，近幾十年來的管理方法從未有所突破，目前仍采用傳統的手工方法進行作業，未能及時跟上醫院快速發展的節奏，不利于實現后勤服務科學化和精準化管理目標[2-3]。如何有效地跟蹤與追溯醫用織物的洗滌周轉過程，實現全生命周期精細化管理成為醫院管理者面前的一個重要課題。

有研究表明污織物分揀過程會產生可攜帶傳染性病原菌的飛塵或氣溶膠，不僅對病區空氣環境造成污染，還會增加織物收集人員的職業暴露及交叉感染風險[4]。 中華人民共和國衛生行業標準《醫院醫用織物洗滌消毒技術規范（WS/T508-2016）》規定臟污織物和感染性織物應進行分類收集，收集時應減少抖動[5]。 同時，織物作為與患者和醫務人員具有直接皮膚接觸的物體，其本身的潔凈度也將直接影響患者及醫務人員的安全。 為解決上述隱患，減少污織物在回收管理時病菌傳播及交叉感染，本文研究并設計了一種基于物聯網的智能醫用織物管理系統，該系統不僅極大緩解了污織物收集人員的工作量，避免了長時間和污織物接觸，降低了病菌感染風險， 同時對織物的整個生命周期進行實時監控，有效避免了織物的過度使用、無故丟失及倉庫積壓等現象，從而提高了醫院對醫用織物的管理水平，節省了支出成本以及完善了院感規范。

1 系統概述

基于物聯網的智能醫用織物管理系統充分考慮醫院織物各管理環節實際情況， 采用模塊化設計，以醫用織物為核心，依據織物種類可分為職工織物、病房織物、手術織物等，并可對任一類型織物進行專項管理。 同時，該系統可配合醫院的醫用織物管理，按職責劃分為后勤配送管理、手術織物管理、科室織物管理等，不僅實現了各科室業務可獨立開展、分步建設，可綜合管理、統籌規劃的目標，建立全院統一的醫用織物管理綜合服務體系，并將織物各個環節中的細節記錄到數據庫，有效追溯織物流轉狀態，并為成本核算、決策提供數據基礎。 系統結構框圖如圖1 所示。

圖1 系統結構Fig.1 System structure

基于物聯網的智能醫用織物管理系統由下位機控制系統和上位機織物管理系統組成。 下位機控制系統主要包含控制柜門開閉、識別醫用織物類別及數量、織物數量超載報警及數據傳輸等功能。 該系統以STM32 單片機為控制核心，利用RFID 技術和4G 技術對醫用織物的種類及數量進行讀取及發送，其原理為：在每件織物上嵌入具有唯一識別碼的RFID 電子標簽，通過RFID 射頻技術讀取當前織物序列號，利用RS232 通信傳輸至單片機進行數據分類并打包， 使用4G 無線透傳技術將數據包發送至上位機。 以此方式能夠實現織物在運送、存儲、回收等過程中，依靠設備自動識別記錄織物的當前位置、使用狀態以及操作人員等信息，滿足醫用織物的全流程閉環管理。

上位機織物管理系統主要基于ASP.NET 技術，使用MVC 設計模式構建Web 應用，SQL Server 為數據庫。 通過網頁訪問服務器，讀取服務器接收數據，并與后臺數據進行對比，進行織物數量及狀態的更新及顯示。 后臺工作人員可通過管理賬號訪問網址，實時監測織物的變化狀態，同時自動生成報表并保存在數據庫中以做備用。

2 系統硬件設計

2.1 主控制器模塊

主控制器模塊身為整個基于物聯網的智能醫用織物管理系統的硬件控制核心，需滿足系統實現對控制要求、數據采集、處理及傳輸功能的實現。 本系統采用STM32F103ZET6 單片機作為主控模塊，包含以72 MHz 頻率運行的高性能ARM Contex-M3 32 位RISC 內核，閃存512 KB，SRAM 64 KB 的高速嵌入式存儲器，以及多種增強型I/O 和外圍設備，在對程序的運行處理時效上具備了運算速度快、處理能力強、工作運行穩定的特點，滿足下位機控制系統的要求[6-7]。

2.2 RFID 射頻識別模塊

RFID 射頻識別技術是一種自動識別技術，具有快速信息交換及存儲功能，主要通過無線通信結合數據訪問技術，實現非接觸式的雙向通信，并利用數據庫對當前所識別數據進行對比，從而達到了識別的目的[8]。 鑒于系統所安置環境需具備較高的穩定性及抗干擾性，本系統選擇采用高性能的嵌入式UHF 超高頻電子標簽讀寫模塊， 其工作頻率為865～868 MHz，具有EPC C1G2（ISO 18000-6C）、GB/T29768 雙協議，讀取距離大于9 m，低功耗寬電壓，并結合高效碰撞處理算法，保持高識別讀取率，實現對電子標簽的快速讀寫處理[9]。

2.3 4G 模塊

4G 模塊具有通信速度快、網絡頻譜寬、通信靈活等特點。 該設備是指硬件加載到指定頻段，軟件支持標準的LTE 協議，軟硬件高度集成模組化的一種產品的統稱[10]。 根據系統設定，本文采用WH-LTE-7S4 V2 型號作為4G 模塊， 其是一款插針式4G 模塊，實現UART 轉4G 雙向透傳功能；支持TCP，UDP；支持看門狗防護，穩定運行。

2.4 門鎖模塊

門鎖模塊是由繼電器及電磁鎖模塊構成。 本文選用CG-07E 型號作為門鎖模塊。 該模塊由U 型鎖扣、鋅合金鎖體、手動解鎖撥桿、電源線及反饋線組成。 其工作電壓可選DC 3/5/12 V，承受拉力500 N，工作環境為-15～55 ℃，滿足本系統的功能。

3 系統軟件設計

上位機織物管理系統包含5 個子模塊，分別為檔案管理、織物管理、設備管理、出入庫和其他設置。 檔案管理包含醫院管理模塊及人員管理模塊，可對醫院和人員分別進行添加、刪除、修改信息等操作。 織物管理包含織物類型模塊、織物管理模塊和報損記錄模塊，可對織物的類型、織物的管理和報損記錄進行查看，并不同醫院的醫用織物種類進行增添及刪除操作，同時可導出該醫院的不同醫用織物的報損記錄。 設備管理包含設備管理模塊、凈衣柜明細模塊、凈衣柜日報表模塊、污衣柜明細模塊、污衣柜日報表模塊，可對醫用柜類型進行設置，同時記錄由該院所有污衣柜、凈衣柜的操作時間及人員，以及柜內醫用織物種類及數量的變化。 出入庫包含織物出庫模塊、污物入庫模塊，可實時記錄醫用織物的流轉過程。 其他設置包含參數設置和修改密碼，可根據醫院病患流量及織物使用頻次進行設置及報警， 防止醫用織物流轉不暢等情況的發生。 上位機系統總體功能結構如圖2 所示。

圖2 上位機系統總體功能結構圖Fig.2 Overall function structure diagram of upper machine system

4 系統測試

首先，通過管理員權限進入織物管理系統平臺并添加人員姓名、角色、賬戶、密碼、所屬醫院等信息，之后登錄所建立的人員賬號，便可實時觀測該院實際醫用織物流轉狀態。 其次，對污衣柜、凈衣柜上電。 等待下位機系統初始化后，利用IC 卡分別刷開污衣柜、凈衣柜柜門，門鎖打開。 將不同種類的醫用織物分別放入污衣柜、凈衣柜內，手動關閉柜門。最后，在織物管理系統平臺中，選擇污衣柜/凈衣柜日報表，即可看到當前放入柜中的醫用織物種類及數量，同時在凈衣柜柜門中所嵌的顯示屏中也可顯示當前狀態下柜中醫用織物種類及數量。 該系統已部署河南省人民醫院、河南新鄉醫學院第一附屬醫院等進行實際使用測試。 測試結果顯示，該系統能夠實時對污衣柜及凈衣柜中不同種類、不同數量的醫用織物進行記錄，同時能夠將所記錄數據上傳至織物管理系統平臺， 表明該系統運行穩定正常，能夠方便快捷地記錄醫用織物流轉狀態。 織物管理系統平臺如圖3 所示，凈衣柜如圖4 所示，污衣柜如圖5 所示，凈衣柜顯示屏如圖6 所示。

圖3 織物管理系統平臺Fig.3 Fabric management system platform

圖5 污衣柜Fig.5 Cabinet in dirty fabrics

圖6 凈衣柜顯示屏Fig.6 Display screen of cabinet in clean fabrics

5 結語

本文針對現有醫用織物管理實踐中的難點與問題，結合醫用織物實際管理工作，借助醫用織物管理模式優化方法，提出基于物聯網的智能醫用織物管理系統。 本系統依托物聯網、RFID、4G 等技術，配合完善了醫用織物管理工作制度，將醫用織物管理的精細化水平提升到一個全新的層次。 本系統已部署并實現應用。 應用結果表明，本系統工作穩定，性能優異，平均每年可降低醫院相關成本30%。 系統同時優化了醫院后勤管理體系，提高了管理工作效率，有效促進了醫院的智能化水平的建設。