傳感技術(shù)與RFID融合在血液管理中的應(yīng)用設(shè)計

RFID融合傳感技術(shù)用于血液管理的可行性

血液管理業(yè)務(wù)的一般流程為：獻(xiàn)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(xiàn)血者的資料、血液類型、采血時間、地點(diǎn)、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(yùn)輸途中，質(zhì)量的實(shí)時監(jiān)控也十分關(guān)鍵。RFID與傳感技術(shù)便是能解決以上問題、有效助力血液管理的新興技術(shù)。

RFID技術(shù)能夠為每袋血液提供各自唯一的身份，并為其存人相應(yīng)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(diǎn)，還是在調(diào)動點(diǎn)血庫，或是在使用點(diǎn)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(diǎn)的信息可以隨時被跟蹤出來。以往的血液出人庫費(fèi)時、費(fèi)力，使用前還需要人工進(jìn)行信息核對，采用RFID技術(shù)后，無須精確定位就能大批量地對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)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(jìn)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(shù)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(yīng)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(shí)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(yīng)，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(shù)融合起來，運(yùn)用既能提高識別效率、實(shí)現(xiàn)信息跟蹤，又能實(shí)時監(jiān)控物品質(zhì)量的RFID傳感器標(biāo)簽，便能夠真正實(shí)現(xiàn)血液管理的智能信息化。

RFID傳感器標(biāo)簽的設(shè)計

RFID傳感器標(biāo)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。

1 微控制單元

微控制單元由嵌人式系統(tǒng)構(gòu)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(shè)備。該單元實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：負(fù)責(zé)整個芯片的任務(wù)分配與調(diào)度、數(shù)據(jù)的整合與傳輸，進(jìn)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(luò)的路由維護(hù)，芯片電源的能耗管理等。

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(jìn)行進(jìn)一步處理。

考慮到血液存儲與運(yùn)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 射頻單元

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

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(jìn)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。

5 定位單元

定位單元實(shí)現(xiàn)芯片自身位置的定位以及信息傳輸方位的定位。基于無線傳輸協(xié)議，如IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee協(xié)議等。定位算法可選用基于測距(如信號強(qiáng)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)。

6 供電單元

RFID傳感器標(biāo)簽有無源、半無源和有源之分。無源標(biāo)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(biāo)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(shí)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(shè)計為半無源或有源標(biāo)簽[4]。

在這一部分中，通過合理的設(shè)置芯片的接收、發(fā)射以及待機(jī)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。

RFID傳感器標(biāo)簽在血液管理中的應(yīng)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(jìn)行介紹，指出RFID融合傳感技術(shù)在血液管理中的有效作用。

1 血液出入庫管理

(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(dāng)血袋上粘貼的RFID傳感器標(biāo)簽進(jìn)入讀寫識讀范圍時，標(biāo)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(jìn)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(shí)現(xiàn)主要是通過在每個貨架上粘貼一個RFID標(biāo)簽，并通過讀寫器寫入它所應(yīng)存放的血液類型、種類、規(guī)格、數(shù)量等信息，當(dāng)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(biāo)簽進(jìn)行置位寫入，當(dāng)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(biāo)簽進(jìn)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(biāo)簽進(jìn)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(yīng)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(jìn)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]。

(2) 血液出庫

系統(tǒng)下達(dá)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(jìn)行讀取;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(jìn)行核對，如若無誤，準(zhǔn)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(jìn)行分析后決定，要求同種規(guī)格血液按照先進(jìn)先出的原則，避免造成庫存積壓和血液過期浪費(fèi)的現(xiàn)象出現(xiàn)。對于血庫中標(biāo)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。

2 血液跟蹤管理

血液跟蹤管理采用基于簇的分層結(jié)構(gòu)。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(dāng)于全國的血液信息中心，而次高層的簇頭就相當(dāng)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(gòu)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(gòu)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(biāo)識碼與其對應(yīng)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(biāo)識碼與該基層血站的有效IP地址存人當(dāng)?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(biāo)識碼與該市級血液信息中心的有效IP地址存入當(dāng)?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(biāo)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(biāo)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(jìn)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(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)一步查找到使用者的全部信息。

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(yùn)輸?shù)倪^程中血液還應(yīng)避免劇烈振蕩，另外，血液的包裝應(yīng)是密封的，如果因刺破或其他因素造成了細(xì)菌污染，血液即告報廢。

血袋上粘貼的RFID傳感器標(biāo)簽會對血袋周圍的環(huán)境進(jìn)行實(shí)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(biāo)簽芯片內(nèi)。系統(tǒng)會給標(biāo)簽內(nèi)部設(shè)定一個標(biāo)準(zhǔn)范圍，一旦當(dāng)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(biāo)簽就會主動發(fā)射射頻信號啟動報警裝置，對工作人員進(jìn)行提示[8]。

如果血袋是在血庫保存狀態(tài)下進(jìn)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(dāng)前位置(庫區(qū)、貨架、RFID標(biāo)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(yùn)輸途中進(jìn)行報警，報警裝置可安裝在運(yùn)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(biāo)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(biāo)簽設(shè)置為“待檢”狀態(tài)，不允許出庫，已在使用點(diǎn)的不允許使用，經(jīng)檢測被確認(rèn)已無法使用后，會進(jìn)行高壓消毒焚燒處理，此時工作人員會對應(yīng)該袋血液的RFID標(biāo)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(zhǔn)備。

對于被退回的血液，除需要人工進(jìn)一步檢測血液質(zhì)量外，還可以通過RFID傳感器標(biāo)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(yīng)負(fù)責(zé)的人員或機(jī)構(gòu)分析原因，避免下次類似情況的發(fā)生。

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(dāng)?shù)葘?dǎo)致的疾病傳染或醫(yī)療事故，加強(qiáng)血液管理、保障用血安全已勢在必行。目前，RFID與傳感技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用還不是很廣泛，但已展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。本文提出了將這兩種技術(shù)融合起來設(shè)計的RFID傳感器標(biāo)簽，并分析了將其應(yīng)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(biāo)簽運(yùn)用于其中，不僅使整個供應(yīng)鏈管理可見、透明、不受污染，還使信息、質(zhì)量等得到了實(shí)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(shí)處，使完全個體化的人文關(guān)懷得到了實(shí)現(xiàn)。