基于RFID的医疗设备全生命周期资产跟踪管理系统

毛琳琳，郑焜,b，沈云明，林忠款

浙江大学医学院附属儿童医院 a. 医疗设备科；b. 后勤保障部，浙江 杭州 310052

引言

医院固定资产是医院从事医疗、教学、科研等业务活动的重要载体，其配置是否科学、合理，日常管理是否严格、规范，对医院的正常运营和健康发展起着非常重要的作用，加强对公立医院固定资产的研究和管理有着重要的现实和长远意义[1-2]。医疗设备管理在一定程度上也体现出医院的管理水平，也属于医院信息化建设的一个重要组成部分[3]。2020年12月21日国务院常务会议修订通过新《医疗器械监督管理条例》[4]，强调对医疗器械全生命周期和全过程监管，要求监管部门和使用单位必须与时俱进，不断建立健全科学监管体系。

医疗设备和器械具有种类多、分布散、流动性大、价值跨度大等特点，并且使用期限长。特别是大量移动设备，需要在各个区域流动作业，例如麻醉机、转运床、转运监护仪和氧饱和度仪等需要在ICU、复苏室、手术室、病房和麻醉科等多个场所流动使用。传统的人工管理不能覆盖所有设备和环节，造成清查困难甚至设备遗失。所以，加强医疗设备的管控，有利于提高其管理和使用效率，防止资产流失，促进医院的医疗与科研事业良性发展[5-6]。

目前，很多医院已实施从条码系统到射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）系统的升级替换，部分医院依然需要专人进行管理和扫码操作，虽然效率提高，但并未减少管理人员[3]。同时，存在由于疏忽或管理不严而漏刷的情况和设备去向不明的隐患。部分医院在RFID的基础上，增加超宽带技术构建室内精确定位体系，实现室内人员、医疗器械等的实时轨迹追踪[7]。虽然定位精度可达到厘米级，但成本较高。本文提出的RFID系统利用固定式读写器，对医疗设备进行实时识别和定位，记录实时轨迹信息。该系统在不增加人力的情况下，有效提高了设备使用和清查效率，有效预防设备遗失；且系统成本和复杂度低，便于安装和维护。

1 医院资产管理存在的问题

医院传统的资产管理是基于管理系统和条码或二维码标签，此类纸质标签虽分发便捷，但后期管理不便，需人工查找标签[8-9]，在设备多、分布广的情况下查找不便。同时，很多设备生命周期在10年以上，纸质标签易损毁，影响扫描仪识别，给管理增加难度。该管理方式在各个阶段都存在问题：

（1）入库阶段。新购置的设备先试用，试用期后验收合格才能入库。为了便于管理，入库前会先分配一个预登资产号并贴在仪器上。入库后重新生成正式的固定资产标签，替换预登资产号。若同一批次验收多台仪器，易出现贴错和漏贴情况，给设备管理和财务人员带来困难。

（2）使用阶段。除了大型设备相对固定以外，大量小型移动性设备管理混乱。由于数量大、位置分散、流动性强，很难分配专人管理。医院院区搬迁、科室调整、责任人变更及使用场地不固定，易造成移动设备不移账、产权不清、账目缺失、账目与设备不清楚的现象，给设备管理及报废回收的工作带来一定的难度。

（3）报废阶段。固定资产报废处置周期过长，科室在提交申请到报废回收资产过程中缺乏管理，造成设备尤其大量零散小件受损或丢失，导致报废无实物，影响后续回收。此外，部分资产已达报废标准，科室却不积极办理资产报废手续，随意拆下弃用，造成账实不符，导致国有资产流失。

造成这些问题的原因主要是条码标签无法进行追踪和定位，管理犹如大海捞针，易造成台账混乱。为了克服条码的缺陷，本文提出了基于RFID的医疗设备全生命周期跟踪管理系统，用电子标签代替条形码，实现对电子标签的追踪和定位。

2 方法

2.1 RFID选型

RFID是无线电频率识别，简称射频识别，一般包括阅读器、电子标签和各自的天线。同时RFID系统附带上层管理系统[10]。

阅读器和电子标签之间通过天线进行无线通信。RFID系统常见的工作频率分为低频（Low Frequency，LF）、高频（High Frequency，HF）、超高频（Ultra High Frequency，UHF）与微波，各个频率所使用的电子标签也各不相同，应用领域和读取电子标签的距离也不相同。低频和高频的RFID标签读取距离通常在10 cm～1 m；高频标签理论上也可以达到1 m；超高频RFID标签工作频率为860～960 MHz，优点是读写距离远，一般为3～5 m，最远可达10 m。RFID系统的读写距离还与RFID读写器的性能、天线、标签有关，同时也受到环境因素的影响。读写器的发射功率越大，读写距离也会越大。读写器天线增益和波束宽度影响读写距离和范围，天线增益越大和波束宽度越小，则读写距离越远，范围越窄。RFID标签分为有源RFID标签和无源RFID标签，有源RFID标签读写距离较远、体积较大、成本较高；无源RFID标签成本较低、使用寿命长、读写距离较近。RFID标签的尺寸对读写距离也有影响，理论上，RFID标签的尺寸越大，所能读取的距离越远。另外金属和液体会对电磁波产生影响，影响读写距离，设备外壳是金属的话，应该选用抗金属RFID电子标签。

远距离系统采用电磁反向散射耦合方式，是利用电磁波的散射特性[11-12]。如果要实现实时的自动识别定位，就需要远距离RFID系统，只要设备及标签在附近经过就可进行识别[13]，故选用UHF的RFID系统。读写器选用UHFReader18系列JY-U8920，内置8 dBi增益圆极化天线，稳定读取距离可达8 m。电子标签选用金属类资产专用标签JY-K10228R，有效读取距离为0～6 m，标签具有防碰撞功能，可同时识别多个标签[14]。

2.2 系统实现

RFID设备管理系统整体架构如图1所示，系统包括感知层、网络层、服务层和应用层。

图1 RFID设备管理系统整体架构

2.2.1 感知层

感知层为各种读写器，包括视频模块、耦合模块、信号处理与控制单元及无线模块。图2为读写器组成框图，控制单元负责控制整个读写过程，并且可以实现权限设置功能，约束不具备权限的扫描设备获取电子标签信息。RFID系统对标签实时追踪，需在不同的场所布置读写器。由于读写器分布较广，适用无线的方式和服务器连接，无线传输模块负责与网络层的无线传输模块进行连接，用于传递读取的电子标签信息。

图2 读写器组成框图

读写器分为固定式和手持式两种，固定式读写器安装在房间门口或走廊、通道内，可对经过的标签进行识别；手持式读写器用于人工盘点等操作。读写器的布置有两种方式，见图3。其中圆形标记表示安装在走廊上的读卡器，这种方式可用于通道或者仪器不太可能进入室内的走廊等地方[15]；另一种方式是门内和门外各布置一个读卡器，两个读卡器协同工作。由于墙壁阻隔和天线极化方向不同，门外的读写器只能识别门外的标签，而门内的读写器只能识别门内的标签。门内读写器的工作方式和其他读写器不同，通常处于休眠状态，以防门内设备标签被重复识别而产生大量冗余数据。当门外的读写器读取到标签后，通过后台管理程序向对应的门内读写器发送命令，激活读写器读取标签；在设定的时间内，如果读写器读取到标签信息，则记录第一次读取的信息随即进入休眠状态，等待下一次被门外读写器激活；如果没有读取到标签信息，说明门外的设备没有进入门内，则恢复到休眠状态。通过这样的工作方式可以确定设备在数据库中的最新一条记录即设备当前所处的地点。

图3 固定式读卡器分布图

2.2.2 网络层

网络层负责系统信息传输，包括信号转换器、交换机、路由器等设备，读写器读取的信息通过网络介质存储到数据库中。本系统通过现有的院内无线局域网进行连接，不需要重复建设，不需要布线，安装和维护都非常便捷。

2.2.3 服务层和应用层

服务器端以MongoDB为数据库并运行管理程序，数据库除了储存所有标签所对应的设备信息外，还备注每个读卡器的编号和对应的安装位置，系统实时储存读卡器识别标签的时间和地点。应用层采用Node.js及Web技术实现，Node.js使用是Web技术中的JavaScript语言，相比Java语言，其更加轻量和高效[16]。用户可通过局域网内电脑的Web浏览器，或者手机APP和微信小程序等途径查询所需仪器的定位信息。

3 结果

通过RFID系统实现了医疗设备快速定位、提高了资产清查效率。部分医疗设备由于病人转运、多院区调用、科室调用、实验室多个课题组共用等因素，未能及时归位归属科室，且设备经手人员数量大，极易出现设备在途中被遗忘，甚至丢失的情况。每次资产清查工程师需对各自负责科室进行数据整合，同时与其他工程师进行数据交互，耗费大量人力、物力，由于时间有限，仍存在部分设备未能及时回到归属科室的情况，且该占比呈上升趋势。使用RFID系统后，可通过定位信息实现对资产的全过程实时跟踪管理。通过多院区的数据，联动分析医疗设备流转动向，达到实时、全覆盖、快速定位的效果。系统上线后，除4台（占比0.053%）设备失踪，其余设备均能查询到精确位置。

同时，使用条码标签，工程师只能在例行盘点时通过翻箱倒柜找到设备，花费较多时间。使用RFID系统，就可对设备的移动路径进行实时跟踪，通过系统即可清点院内设备。本文通过手工和RFID两种方式对抽取的22个科室资产进行清查，通过人工盘点平均耗时（521.70±594.28）min，RFID手持终端盘点耗时（10.95±12.31）min，样本总体数据满足正态分布。通过SPSS 23.0软件进行配对样本检验，t=4.114，P<0.001，95% CI [252.58174～768.91826]。

该匹配样本的相关性0.975，说明两组数据稳定性较高，差异有显著统计学意义（P<0.001）。通过RFID系统，盘点耗时从521.70 min缩短至10.95 min，资产清查效率提高97.9%。

4 讨论与结论

目前，有很多医院采用RFID系统进行各项管理，其中资产管理主要使用RFID系统代替条码（二维码）系统[3]，但主要通过人工扫码进行管理，虽然增加了功能和便利性，但无法做到快速找到所需设备[17-18]。这类方案会增加管理人员的工作量，而且易因疏忽发生人为的遗漏，造成管理不善。RFID系统上线后，全院清查盘点工作的时间减少了97.9%，提高了医疗设备清查盘点的工作效率，减少了人力资源浪费。同时，临床科室与医疗设备科可通过定位信息对资产的全过程实时追踪管理。

然而，系统还存在以下两点不足：① 需要在全院必要的位置布置大量固定式读写器，增加了成本和维护难度；② 在无管理人员值守的场合，由于环境影响、设备自身或其他物体遮挡信号等，标签也会出现识别不到的情况，造成数据遗漏。但整个院区的不同区域都布有读写器，丢失个别位置的信息，对全程跟踪影响较小，所以系统在降低成本和识别遗漏方面还需进一步优化。

综上，该系统可对医疗设备进行全生命周期和全过程监管，克服医疗设备和器械种类多、分布散、流动性大等难点，有利于加强医疗设备的管控，保护医院的资产安全，防止资产流失，促进医院医疗和科研的良性发展。