傳感技術與RFID在血液管理分析中運用

1引言

傳感技術與RFID的融合運用還剛剛起步，中國作為世界的制造業(yè)大國與消費大國之一，應牢牢抓住這一機遇，自主探索，推動本土RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升社會信息化的水平。

RFID，即無線射頻識別技術，利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸的信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別目的，被列為21世紀最有前途的重要產(chǎn)業(yè)和應用技術之一。

RFID標簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點，可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理。效率的提升和錯誤率的減少，促使RFID技術成為醫(yī)療行業(yè)實現(xiàn)信息化的重要切人點^[1]。同時，RFID正逐漸與傳感技術融合，朝著構建一個無所不在、能被人們隨時感知的“傳感網(wǎng)絡”的方向邁進，給醫(yī)療用品管理，特別是血液管理帶來了一個新的契機。用RFID融合傳感技術監(jiān)控血液質(zhì)量、追蹤血液供應流程，將更有利于保障用血安全^[2]。

目前，德國Saarbruecken醫(yī)院血庫供應的血液已經(jīng)加入RFID技術進行規(guī)范管理，保證了所供血液的正確數(shù)量與正確匹配，而我國還鮮見有將RFID技術用于血液管理的實例。

2RFID融合傳感技術用于血液管理的可行性

血液管理業(yè)務的一般流程為：獻血登記一體檢一血樣檢測一采血一血液人庫一在庫管理(成分處理等)一血液出庫一醫(yī)院供患者使用(或制成其他血液制品)。在這一過程中，常常涉及到大量的數(shù)據(jù)信息，包括獻血者的資料、血液類型、采血時間、地點、經(jīng)手人等。大量的信息給血液的管理帶來了一定的困難，又加上血液是一種非常容易變質(zhì)的物質(zhì)，如果環(huán)境條件不適宜，血液的品質(zhì)即遭破壞，所以血液在存儲和運輸途中，質(zhì)量的實時監(jiān)控也十分關鍵。RFID與傳感技術便是能解決以上問題、有效助力血液管理的新興技術。

RFID技術能夠為每袋血液提供各自唯一的身份，并為其存人相應的信息，這些信息與后臺數(shù)據(jù)庫互聯(lián)，因此，血液無論是在采血點，還是在調(diào)動點血庫，或是在使用點醫(yī)院，都能全程受到RFID系統(tǒng)的監(jiān)控，血液在各調(diào)動點的信息可以隨時被跟蹤出來。以往的血液出人庫費時、費力，使用前還需要人工進行信息核對，采用RFID技術后，無須精確定位就能大批量地對數(shù)據(jù)進行實時采集、傳遞、核對與更新，加快了血液的出人庫識別，還避免了人工核對時常出現(xiàn)的差錯。而RFID的非接觸識別特性還可以確保血液在不會受到污染的條件下進行識別和檢測，減小了血液受污染的可能性，它還不怕灰塵、污漬、低溫等，能夠在存儲血液的特殊環(huán)境條件下保持正常工作工作。

傳感技術是感知、獲取與檢測信息的窗口，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應用。通過傳感器對血液環(huán)境溫度、密封狀況和振蕩程度等的實時監(jiān)測和采集，再通過系統(tǒng)對感知信息的及時處理與反應，能夠有效避免血液的變質(zhì)，保障血液的質(zhì)量。

將RFID與傳感技術融合起來，運用既能提高識別效率、實現(xiàn)信息跟蹤，又能實時監(jiān)控物品質(zhì)量的RFID傳感器標簽，便能夠真正實現(xiàn)血液管理的智能信息化。

3RFID傳感器標簽的設計

RFID傳感器標簽主要由微控制單元、傳感單元、射頻單元、通信單元、定位單元和供電單元組成，如圖1所示。

3．1微控制單元
微控制單元由嵌人式系統(tǒng)構成，包括嵌人式微處理器、存儲器、嵌人式操作系統(tǒng)等，還集成了看門狗、定時／計數(shù)器、同步／異步串行接口、A／D和D／A轉(zhuǎn)換器以及I／O等各種必要功能和外部設備。該單元實現(xiàn)的主要功能包括：負責整個芯片的任務分配與調(diào)度、數(shù)據(jù)的整合與傳輸，進行無線數(shù)據(jù)驗證，完成數(shù)據(jù)的分析、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡的路由維護，芯片電源的能耗管理等。

3．2傳感單元
傳感單元主要由傳感器和A／D轉(zhuǎn)換器組成。傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，敏感元件采集外部需要傳感的信息，將其送人轉(zhuǎn)換元件，后者完成將上述物理量轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以識別的原始電信號，并通過積分電路、放大電路的整形處理，最后經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并送人微控制單元進行進一步處理。

考慮到血液存儲與運輸對環(huán)境條件的要求，本傳感單元包含了對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)溫度、壓力、感光、振蕩等多項物理信號測試的功能。

3．3射頻單元
射頻單元控制接收和發(fā)送射頻信號，并選擇運用空分多路、時分多路、頻分多路和碼分多路等存取方法實現(xiàn)多目標同時識別與系統(tǒng)防沖撞機制。

3．4通信單元
通信單元用于數(shù)據(jù)通信，解決無線通信中的載波頻段選擇、數(shù)據(jù)傳輸速率、信號調(diào)制、編碼方式等，并通過天線進行芯片與讀寫器問數(shù)據(jù)的收發(fā)工作，具有數(shù)據(jù)融合、請求仲裁和路由選擇等功能。

3．5定位單元
定位單元實現(xiàn)芯片自身位置的定位以及信息傳輸方位的定位?；跓o線傳輸協(xié)議，如IEEE802.15．4標準和ZigBee協(xié)議等。定位算法可選用基于測距(如信號強度測距、時間差測距等)或不基于測距的方法(如質(zhì)心法、DV―Hop算法等)。

3．6供電單元
RFID傳感器標簽有無源、半無源和有源之分。無源標簽不需要芯片內(nèi)置電池，它通過提取讀寫器發(fā)出的射頻能量來維持工作。半無源和有源標簽都需要內(nèi)部電池供電來維持正常的傳感與射頻工作。考慮到血液管理中對血液制品的實時監(jiān)控需要保證其持續(xù)、正常的能量供給，因此加入了供電單元，設計為半無源或有源標簽[4]。

在這一部分中，通過合理的設置芯片的接收、發(fā)射以及待機狀態(tài)，可以解決好能量消耗與傳輸可靠性的問題，有效延長芯片的使用壽命。

4RFID傳感器標簽在血液管理中的應用

主要從血液出入庫管理、血液跟蹤管理、血液質(zhì)控管理三個方面進行介紹，指出RFID融合傳感技術在血液管理中的有效作用。

4．1血液出入庫管理
4．1．1血液入庫
工作人員將血袋放在傳送帶的人口處依次傳遞，傳送帶的底部安裝有RFID讀寫器，當血袋上粘貼的RFID傳感器標簽進入讀寫識讀范圍時，標簽上的信息被讀出，經(jīng)中間件過濾后傳向后臺數(shù)據(jù)庫，同時系統(tǒng)將血液類型、種類、規(guī)格等信息顯示在傳送帶出口處的屏幕上，工作人員根據(jù)顯示的內(nèi)容，將血液分別放人指定的儲存托盤內(nèi)。

根據(jù)識讀出的血型、種類、規(guī)格、數(shù)量等，后臺系統(tǒng)進行血庫中貨位的識別，尋找現(xiàn)有的符合規(guī)格與數(shù)量的空貨位。這一步驟的實現(xiàn)主要是通過在每個貨架上粘貼一個RFID標簽，并通過讀寫器寫入它所應存放的血液類型、種類、規(guī)格、數(shù)量等信息，當有血袋放在這一貨架上時，工作人員用手持讀寫器對該RFID標簽進行置位寫入，當該貨架上的血袋出庫或移位時，工作人員用手持讀寫器對該RFID標簽進行清位寫入，而裝在血庫頂部的讀寫器會在受到系統(tǒng)指示的情況下對各貨架標簽進行讀取，發(fā)現(xiàn)已被清位的且符合入庫條件的貨架就通知系統(tǒng)，而系統(tǒng)就把該貨架的具體編號顯示在入庫處的屏幕上，告知工作人員哪類血液應該放在哪些貨架上。

工作人員受到指示后，便會將各類規(guī)格的血液送人指定的區(qū)域進行冷藏保存。與此同時，讀寫器將各血袋的入庫時間、入庫類型、送血人、接血人等信息寫入RFID系統(tǒng)[5]。

4．1．2血液出庫
系統(tǒng)下達出貨命令，指示工作人員到指定區(qū)域取出指定類型、規(guī)格和數(shù)量的血液。若所取血液數(shù)量較少，工作人員可采用手持讀寫器直接對血液信息進行讀??；若所取血液數(shù)量較多，工作人員可采用傳送帶輸送血液出庫并讀取其信息。讀取出的信息傳至系統(tǒng)，與后臺數(shù)據(jù)庫進行核對，如若無誤，準許出庫。出庫過程，RFID系統(tǒng)記錄下出庫時間、血液有效日期及其他次要信息。

血液出庫的次序由系統(tǒng)讀取信息進行分析后決定，要求同種規(guī)格血液按照先進先出的原則，避免造成庫存積壓和血液過期浪費的現(xiàn)象出現(xiàn)。對于血庫中標記為“待檢”狀態(tài)的血液禁止其出庫，以保證出庫血液的質(zhì)量。

4．2血液跟蹤管理
血液跟蹤管理采用基于簇的分層結(jié)構。每個簇頭即是一個分布式信息處理中心，用于收集各簇成員的數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)的處理與融合，接著將數(shù)據(jù)傳向上一層的簇頭，依次傳遞，最終所有的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾和整合后傳向了最高層的簇頭，而其逆過程即是信息的查詢過程，數(shù)據(jù)逐層展開，有序跟蹤。這里，最高層的簇頭就相當于全國的血液信息中心，而次高層的簇頭就相當于各省、自治區(qū)、直轄市的血液信息中心，依次類推，最低層的簇成員便是各基層血站。這種分層結(jié)構將信息分散開來，避免了集中存放，解決了信息量過大的問題，也提高了系統(tǒng)的安全性。信息交換與傳遞在子層與父層間直接展開，方便了查詢與跟蹤。結(jié)構如圖2所示。

血液信息的存人流程為：首先將每袋血液的RFID標識碼與其對應的信息存人基層血站的數(shù)據(jù)庫中，接著融合該基層血站的信息，將標識碼與該基層血站的有效IP地址存人當?shù)厥屑壍难盒畔⒅行臄?shù)據(jù)庫，然后再融合該市級血液信息中心的信息，將標識碼與該市級血液信息中心的有效IP地址存入當?shù)厥〖壍难盒畔⒅行臄?shù)據(jù)庫，最后再融合上該省級血液信息中心的信息，將標識碼與該省級血液信息中心的有效IP地址存入全國血液信息中心數(shù)據(jù)庫(如果有需要，還可以再將標識碼與該國血液信息中心的有效IP地址存人全球的血液信息中心數(shù)據(jù)庫，進行全球血液信息互聯(lián))[6-7]。

血液信息的跟蹤流程為：根據(jù)RFID標識碼，首先到全國血液信息中心數(shù)據(jù)庫中查找該袋血液的所屬省份信息，根據(jù)查到的IP地址進人該省級血液信息中心數(shù)據(jù)庫查找該袋血液的所屬城市信息，根據(jù)
查到的IP地址進入該市級血液信息中心數(shù)據(jù)庫查找該袋血液所屬的血站，根據(jù)查到的IP地址進入該血站數(shù)據(jù)庫，根據(jù)其中的信息便可以知道該袋血液目前的狀態(tài)是在庫保存還是出庫被使用或是已變質(zhì)報廢，如果是已被使用，還可以進一步查找到使用者的全部信息。

4．3血液質(zhì)控管理
血液對于溫度的變化十分敏感，如果環(huán)境溫度不適宜，血液中的物質(zhì)即遭破壞，這將影響血液的品質(zhì)及保存期限。存儲、傳遞與運輸?shù)倪^程中血液還應避免劇烈振蕩，另外，血液的包裝應是密封的，如果因刺破或其他因素造成了細菌污染，血液即告報廢。

血袋上粘貼的RFID傳感器標簽會對血袋周圍的環(huán)境進行實時監(jiān)測，每隔一定的時間間隔就測量一下周圍的溫度、壓力、感光、振蕩等物理信號，并將測量數(shù)據(jù)記錄在標簽芯片內(nèi)。系統(tǒng)會給標簽內(nèi)部設定一個標準范圍，一旦當前測量的數(shù)據(jù)低于范圍的下限或是高出范圍的上限，標簽就會主動發(fā)射射頻信號啟動報警裝置，對工作人員進行提示[8]。

如果血袋是在血庫保存狀態(tài)下進行報警，那么根據(jù)接收到的射頻信號，報警顯示屏上將顯示報警血袋的當前位置(庫區(qū)、貨架、RFID標識碼等)，方便工作人員及時發(fā)現(xiàn)與處理；如果血袋是在運輸途中進行報警，報警裝置可安裝在運輸貯存器上，用嗚叫或閃光提示工作人員，工作人員發(fā)現(xiàn)后，用手持讀寫器接收射頻信號，根據(jù)標識碼找到報警血袋。

血液一旦被懷疑變質(zhì)或受污染，工作人員就會用讀寫器將其標簽設置為“待檢”狀態(tài)，不允許出庫，已在使用點的不允許使用，經(jīng)檢測被確認已無法使用后，會進行高壓消毒焚燒處理，此時工作人員會對應該袋血液的RFID標識碼向系統(tǒng)寫入報廢信息、報廢原因等，為后續(xù)的血液跟蹤作好準備。

對于被退回的血液，除需要人工進一步檢測血液質(zhì)量外，還可以通過RFID傳感器標簽的數(shù)據(jù)記錄，找出該血液從采血到供血到被退血這整個過程中出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，找出應負責的人員或機構分析原因，避免下次類似情況的發(fā)生。

5結(jié)語

血液既是生命的源泉，又是多種疾病傳播的渠道，通過輸血或血液制品傳播的常見疾病有：乙肝、丙肝、艾滋病、梅毒、瘧疾、敗血癥等，其中大都難以治愈。為了避免不規(guī)范采血、袋裝血液管理混亂或輸血不當?shù)葘е碌募膊魅净蜥t(yī)療事故，加強血液管理、保障用血安全已勢在必行。目前，RFID與傳感技術的結(jié)合運用還不是很廣泛，但已展現(xiàn)出了廣闊的應用前景。本文提出了將這兩種技術融合起來設計的RFID傳感器標簽，并分析了將其應用于血液管理中的優(yōu)勢與可行性[8]。

血液管理是一項不允許出錯的工作，將RFID傳感器標簽運用于其中，不僅使整個供應鏈管理可見、透明、不受污染，還使信息、質(zhì)量等得到了實時監(jiān)控與互聯(lián)跟蹤，真正將血液管理信息化、醫(yī)療管理信息化工作延伸到了末梢，落到了實處，使完全個體化的人文關懷得到了實現(xiàn)。

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