基于RFID和物聯網的內鏡清洗系統設計

摘 要：本文提出一種基于RFID和物聯網的內鏡清洗系統，該系統主要由讀寫臺電路、下位機讀寫模塊、RFID射頻模塊等組成。系統通過RFID自動識別技術自動采集內鏡洗消各工序動態數據獲取相應信息。RFID自動識別技術和天線線圈設計是系統實現的核心，通過內在的通信模塊將采集的數據上傳，通過遠程通信上傳至上位機。在上位機端將采集的數據進行處理和傳輸，最終實現遠程查詢和追溯。利用物聯網技術系統可以有效標記每一條內鏡的清洗、消毒和存儲過程，提高了內鏡中心的管理水平和醫療護理質量。

關鍵詞：RFID；射頻；自動識別；內鏡清洗；追溯；物聯網

中圖分類號：TP39；TN92 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）04-0-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.030

0 引 言

內鏡中心（室）是醫院內鏡診療及內鏡清洗消毒于一體的科室，是醫院診療的核心部門，同時還負責對內鏡及附屬物品的清洗、消毒工作，是控制和減少感染的重要部門。內鏡高效清洗能夠避免影響手術和后期治療的效果，保障患者的生命安全。隨著醫療衛生的高速發展，內鏡中心（室）管理系統在醫院健康護理方面的要求越來越高，標準化、規范化的內鏡中心（室）管理系統不僅能提高醫院管理效率還可以減少感染事故的發生[1]。

目前，醫院內鏡追溯系統基本是記錄過程信息，規范性有所欠缺。本文設計的內鏡清洗系統具有整體追溯方案，能夠規范清洗流程，比如在清洗時，如果操作人員不能按照標準流程操作，會提示報警。在全面深入了解了內鏡中心（室）工作流程的基礎上，本文設計的基于RFID和物聯網的內鏡清洗系統還可以有效標記內鏡的清洗、消毒和存儲過程，并對其操作過程的狀態、位置和清洗數據進行記錄和追溯。此舉使得清潔過程更徹底，確保內鏡的清潔度符合醫療衛生標準，降低治療后感染再次發生的可能[2-3]。

1 基本原理

本文設計的內鏡清洗系統采用非接觸式IC技術，利用射頻技術和IC卡相結合的原理，自動采集內鏡洗消各工序動態數據，自動備份存檔，智能語音提醒、報警。如果操作人員未按照正常的工作流程操作，系統將語音提醒，全程輔助操作人員高效清洗。該系統具有報表查詢功能和報表統計功能，可幫助管理者輕松掌握最新信息和工作流程。每個內鏡和每位操作員都配有數據采集卡且卡號唯一。

內鏡清洗消毒中心（室）標準操作流程：初洗、酶洗、次洗、消毒、末洗，記錄的數據進入計算機后可進行數據查詢，并根據需要打印記錄的數據[4]。圖1所示為系統整體應用

結構。

2 主要模塊設計

硬件電路設計主要包括讀寫臺模塊、下位機讀寫電路、天線線圈設計、上位機軟件、網關控制器和語音播放電路等模塊。

2.1 讀寫臺模塊

讀寫臺控制器選用意法半導體ARM Cortex-M0核的32位

微控制器，72 MHz頻率，射頻基帶芯片采用MFRC522，集成在13.56 MHz。非接觸通信中的讀寫射頻卡芯片支持串口，SPI和I2C 3種通信方式。MCU控制器通過SPI接口、基帶芯片將天線接收的射頻卡信息轉至USB接口，傳輸給計算機，實現有效信息的讀寫，并通過上位機軟件進行數據的分析處理。圖2所示為讀寫臺原理。

系統選用的RFID標簽是Philips 公司出品的Mifare One卡，其工作頻率是13.56 MHz，天線一體，將其密封在PVC卡片中，不易損壞。模塊可以將讀取的數據信息保存10年，可擦除改寫10萬次以上，讀無限次。讀寫臺主要負責建立上位機和射頻卡之間的通信，將射頻卡的信息通過USB轉至上位機（PC機）通用外部接口，讀寫臺接收上位機指令，向射頻卡寫入相應信息，并從射頻卡中讀取數據信息[5]。

2.2 下位機讀寫模塊

下位機讀寫模塊的控制器部分選用ARM Cortex-M0核的32位微控制器，射頻基帶芯片選用MFRC522，接口芯片選用MAX232?？刂破魍ㄟ^SPI接口，利用天線接收來自射頻卡的信息，然后將信息轉換為串口信號，通過Modbus協議將信息傳輸給觸摸屏。使用下位機讀寫模塊探測卡匣包上的射頻卡，探測成功后給予指示，并讀取數據信息傳輸至觸摸屏。圖3所示為下位機讀寫原理。

操作員在內鏡清洗過程中，使用下位機讀寫模塊探測內鏡設備上的射頻卡，探測成功后給予指示，并把讀取的內鏡編號信息傳輸給控制器。下位機讀寫模塊通過485和控制器通信，遵循Modbus通信協議。

考慮到每一個環節都有可能在同一臺設備上出現相同的步驟，因此為內鏡清洗工作站的每一個槽子配備一個下位機讀寫模塊，以避免消毒槽占用時間過長，影響后續流程。

2.3 天線線圈設計

系統的讀寫臺電路和下位機讀寫電路均采用RFID射頻卡自動識別技術，天線線圈電路原理如圖4所示。

射頻卡又稱為非接觸式卡，通常由IC卡和讀寫器組成。IC卡不帶電源，當讀寫器對IC進行數據交互，即讀寫卡片時，讀寫器內部天線振蕩電路產生通信頻率為13.56 MHz的信號，與IC卡內部的L/C電路產生諧振，產生瞬間能量，實現數據的存儲、修改和反饋。由于整個過程是非接觸式的，避免了插卡、拔卡帶來的電路磨損，使數據的讀寫操作過程更簡單方便[6-7]。

2.4 上位機軟件

讀寫臺模塊和計算機通過USB接口連接。醫務人員通過上位機軟件對RFID射頻卡完成讀寫操作，射頻卡可多次重復使用，上位機可進行權限管理，具有查詢、修改功能[8]；用戶可以使用上位機軟件，按照內鏡中心工藝要求，編制射頻卡的詳細信息方案，如出廠設定、編號日期、密碼管理等；數據維護將射頻卡所對應的內鏡設備使用信息存儲在計算機數據庫中，用戶通過上位機軟件查找記錄，對內鏡清洗、消毒過程的每一環節進行回溯、調查和數據分析，揭示感染控制的薄弱點。發現器械物品清洗、消毒不合格時，可及時召回，提高內鏡的安全性。

2.5 網關控制器

控制器選用ZPKSE800，其包括2個485通信口，1個網口。其中一個485通信口通過Modbus協議和內鏡清洗工作站中的每個RFID讀卡器通信；另一個485通信口和語音播報器通信。網口和上位機（PC機）通信，將內鏡清洗信息傳輸給上位機追溯系統，實現RFID和物聯網的交互。用戶只需在計算機或者手機APP中進行簡單調用，就可以看到清洗階段的數據，如清洗時間和清洗溫度等，兼具實時性和可靠性[9]。清洗結束后，用戶可以在數據庫中查詢每個內鏡的清洗信息并返回過程數據，做到數據可追溯和可查詢。

圖5所示為網關控制流程。

2.6 語音播報

語音播報器通過485接口和控制器連接，主要進行報警提示，規范工作流程。

3 結 語

基于RFID和物聯網的內鏡清洗系統能記錄全過程數據，包括清洗批次、清洗編號、清洗時間、清洗溫度等，其優點是內鏡清洗設備控制系統可追溯兼容，大量存儲信息，記錄詳盡、便于查詢，可追溯性強，責任到人[10]。除此之外，系統還具備以下特點：

（1）數據可長期保存，可與醫院其他信息系統實現數據共享和實時傳遞。

（2）約束醫務人員規范操作，不可跳越或者逆轉操作，確保內鏡清洗消毒的安全性。

（3）操作簡單，提高了醫務人員的工作效率。

注：本人通訊作者為田大軍。

參考文獻

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收稿日期：2023-04-01 修回日期：2023-05-05

作者簡介：高華婷（1985—），女，山東濟寧人，本科，工程師，研究方向為醫療設備電子控制技術、物聯網技術。

賈榮華（1984—），女，山東泰安人，本科，工程師，研究方向為醫療設備電子控制技術及軟件開發。

田大軍（1983—），男，山東濟南人，碩士，高級工程師，研究方向為醫療設備電子控制技術、電路與系統研究。