基于RFID技術(shù)的接種門診智慧管理系統(tǒng)研究

譚 棋，吳雨桐，周 苗，梁汝同，劉北佳

（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，醫(yī)療機(jī)構(gòu)管理的自動(dòng)化水平提高可為其節(jié)省大量運(yùn)營(yíng)成本，因此優(yōu)化醫(yī)療機(jī)構(gòu)的管理一直是醫(yī)療行業(yè)研究的重要方向，最大限度地減少上述失誤并提高運(yùn)行效率，是當(dāng)前醫(yī)療行業(yè)的迫切需求。2020年新冠肺炎疫情的爆發(fā)，更是對(duì)我國(guó)醫(yī)療系統(tǒng)管理的又一大挑戰(zhàn)，對(duì)醫(yī)院疫苗接種的效率提出了更高的要求，疫苗信息無(wú)法同步，接種現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法可控，接種人員無(wú)法實(shí)時(shí)更新，這些通過(guò)現(xiàn)代電子技術(shù)都可以進(jìn)行改善，實(shí)現(xiàn)智慧管理。

在當(dāng)下的醫(yī)療門診流程過(guò)程中，原有的門診流程過(guò)為繁瑣且其中易產(chǎn)生紕漏，對(duì)于一些群體（如兒童）的接受度、可行度并不高；對(duì)于家長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，在兒童的疫苗門診接種時(shí)，步驟多且繁雜，又因兒童年齡較小且不易控制，常常造成接種區(qū)域十分擁擠、混亂的現(xiàn)象，顯然無(wú)法滿足當(dāng)下醫(yī)療門診接種安全有序的需求。而在當(dāng)下的疫情環(huán)境下，醫(yī)院需要一套更加高效簡(jiǎn)便低風(fēng)險(xiǎn)的疫苗接種產(chǎn)品。

RFID技術(shù)即無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無(wú)線射頻方式對(duì)記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。作為物聯(lián)網(wǎng)的基本單元，射頻識(shí)別技術(shù)使得醫(yī)療機(jī)構(gòu)管理流程中對(duì)每個(gè)物體的標(biāo)識(shí)成為可能[1-3]。將RFID系統(tǒng)集成到醫(yī)療機(jī)械管理中，以實(shí)現(xiàn)接種者在現(xiàn)場(chǎng)接種過(guò)程中不需要任何其他操作，無(wú)需自己接觸任何其他設(shè)備，即可對(duì)其完成身份識(shí)別、接種信息的采集并完成疫苗接種的功能。RFID技術(shù)可提供全面自動(dòng)化，并簡(jiǎn)化患者識(shí)別、人員分配、藥品跟蹤和治療等重要模塊，更加智能、便捷地對(duì)兒童接種，達(dá)到省時(shí)省力，醫(yī)院與病人雙方互利共贏的目的。

為解決門診系統(tǒng)管理中存在的各類問(wèn)題，適應(yīng)當(dāng)下的疫情環(huán)境，本文介紹一套新的基于RFID技術(shù)的接種門診智慧管理系統(tǒng)，結(jié)合微信小程序進(jìn)行信息管理，中央處理器自動(dòng)化控制接種者的出入。在使接種過(guò)程變得簡(jiǎn)單、便捷、安全、可靠的同時(shí)，也極大程度地減少了醫(yī)護(hù)人員及醫(yī)院管理的負(fù)擔(dān)。系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵分為如下6部分。

（1）超高頻RFID模塊的程序開(kāi)發(fā)。

（2）云預(yù)約：微信小程序的平臺(tái)創(chuàng)建。

（3）單片機(jī)及其他相關(guān)模塊的驅(qū)動(dòng)聯(lián)結(jié)。

（4）數(shù)據(jù)傳輸：微信小程序及單片機(jī)之間的預(yù)約信息傳遞。

（5）數(shù)據(jù)庫(kù)的建立：建立接種者信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

（6）近場(chǎng)天線的搭建。

1.1 RFID技術(shù)

本作品以無(wú)線射頻技術(shù)為基礎(chǔ)，無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)通過(guò)無(wú)線電波不接觸快速信息交換和存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)無(wú)線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)，然后連接數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，加以實(shí)現(xiàn)非接觸式的雙向通信，從而達(dá)到了識(shí)別的目的，用于數(shù)據(jù)交換，串聯(lián)起一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)。在識(shí)別系統(tǒng)中，通過(guò)電磁波實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離，可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)，為此讀/寫設(shè)備和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對(duì)應(yīng)地被分為負(fù)載調(diào)制和反向散射調(diào)制。

RFID硬件系統(tǒng)包括RFID閱讀器、標(biāo)簽、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備等。RFID設(shè)備選型主要是閱讀器與標(biāo)簽的選型，需要考慮的方面包括設(shè)備的工作頻率、功能以及用戶業(yè)務(wù)的需求。應(yīng)用不同頻率的RFID系統(tǒng)工作原理也不盡相同，性能也不同：一般低頻的識(shí)別距離短、信息傳輸速率慢，越高頻識(shí)別距離越遠(yuǎn)，信息傳輸速率越快。比如，超高頻（UHF）標(biāo)簽工作頻率在860~960 MHz之間，能滿足長(zhǎng)距離識(shí)別，同時(shí)，13.56 MHz的高頻標(biāo)簽在短距離識(shí)讀、液體及金屬表面識(shí)讀方面有更好的表現(xiàn)。不同的RFID設(shè)備功能也不盡相同，本文所介紹的方案采用915 MHz頻率的RFID讀寫器，以及相對(duì)應(yīng)的電子標(biāo)簽和天線系統(tǒng)，以求達(dá)到遠(yuǎn)距離識(shí)別的實(shí)際效果，同時(shí)也需要考慮和解決各種不同的RFID設(shè)備之間的兼容性。

考慮到醫(yī)院接種區(qū)域的面積，本作品采用超高頻RFID讀寫器進(jìn)行標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識(shí)別，915 MHz頻率的RFID讀寫器，以及相對(duì)應(yīng)的電子標(biāo)簽和天線系統(tǒng)，以求達(dá)到遠(yuǎn)距離識(shí)別功能。適合醫(yī)院大規(guī)模接種區(qū)域，更加靈敏快捷。

1.2 微信小程序

微信小程序是一種不用下載就能使用的應(yīng)用，也是一項(xiàng)創(chuàng)新，它實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用“觸手可及”的夢(mèng)想，用戶掃一掃或者搜索一下即可打開(kāi)應(yīng)用。在本文所介紹的應(yīng)用系統(tǒng)中，用戶不需要下載應(yīng)用只需通過(guò)掃描二維碼或者打開(kāi)鏈接就能使用，使用完后不需要卸載，可直接關(guān)閉。在微信公眾平臺(tái)注冊(cè)小程序，開(kāi)發(fā)者完成注冊(cè)后可以同步進(jìn)行信息完善和開(kāi)發(fā)，填寫小程序基本信息，包括名稱、頭像、介紹及服務(wù)范圍等。微信小程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)者完成小程序開(kāi)發(fā)者綁定、開(kāi)發(fā)信息配置后，開(kāi)發(fā)者可下載開(kāi)發(fā)者工具、參考開(kāi)發(fā)文檔進(jìn)行小程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試。

小程序需要滿足本系統(tǒng)所需要的預(yù)約功能，并記錄用戶的個(gè)人信息如預(yù)約時(shí)間、預(yù)約人員姓名、預(yù)約疫苗種類及相關(guān)個(gè)人情況等。預(yù)約完成后，通過(guò)WiFi模塊將用戶預(yù)約的個(gè)人信息傳遞到單片機(jī)。此外，可同步醫(yī)院疫苗剩余信息、醫(yī)院調(diào)休情況等，使患者足不出戶就能順利地打上疫苗。微信小程序預(yù)約流程圖如圖2所示。

圖2 微信小程序預(yù)約流程圖

1.3 單片機(jī)技術(shù)

單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，而且體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)都非常便利。

作為計(jì)算機(jī)技術(shù)中的一個(gè)分支，單片機(jī)技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用，豐富了電子產(chǎn)品的功能，也為智能化電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了新的出路，實(shí)現(xiàn)了智能化電子設(shè)備的創(chuàng)新與發(fā)展。

本文設(shè)計(jì)采用STM32單片機(jī)作為中央處理器，對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)與連接，以及與微信小程序之間的數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的需要功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

整個(gè)系統(tǒng)包含：RFID系統(tǒng)、電子標(biāo)簽、電子顯示屏、進(jìn)出口閘門、中央處理器（單片機(jī)）、微信小程序（軟件系統(tǒng)）及適配的醫(yī)院房間模型。

我們的理想系統(tǒng)流程主要分為預(yù)約、排號(hào)、接種、留觀、完成5個(gè)模塊，所對(duì)應(yīng)的實(shí)物模型主要分為候種區(qū)、接種區(qū)、留觀區(qū)3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的出入口皆設(shè)置了RFID閱讀器模塊，對(duì)前來(lái)接種的接種者直接進(jìn)行無(wú)接觸式身份識(shí)別。系統(tǒng)流程模型如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)流程模型

首先兒童的監(jiān)護(hù)人在APP上進(jìn)行預(yù)約，由小程序向監(jiān)護(hù)人提供疫苗的接種時(shí)間與地點(diǎn)，監(jiān)護(hù)人憑借APP上的提醒按時(shí)到指定醫(yī)院接種疫苗；到達(dá)醫(yī)院后，病歷本中存在RFID芯片，通過(guò)RFID閱讀器的識(shí)別后，閘門打開(kāi)，兒童及監(jiān)護(hù)人進(jìn)入候種區(qū)，如圖5所示。

圖5 預(yù)約及候種流程圖

進(jìn)入候種區(qū)后，監(jiān)護(hù)人通過(guò)顯示屏觀察自己的順序，在被護(hù)士叫號(hào)后，顯示屏亮燈，監(jiān)護(hù)人及兒童再次通過(guò)RFID閱讀器進(jìn)入到接種區(qū)，候種區(qū)的顯示屏更新接種者順序，如圖6所示。

圖6 接種過(guò)程流程圖

接種疫苗結(jié)束后，再次通過(guò)RFID識(shí)別進(jìn)入留觀區(qū)，小程序提醒患者的留觀時(shí)間，留觀時(shí)間已到，兒童通過(guò)RFID閱讀器離開(kāi)疫苗留觀區(qū)，流程如圖7所示。

圖7 留觀過(guò)程流程圖

經(jīng)過(guò)對(duì)于預(yù)期功能的設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)完成了微信小程序的云預(yù)約平臺(tái)搭建，如圖8所示，包括用戶對(duì)接種時(shí)間、接種地點(diǎn)的查看預(yù)約，也可以查看每一個(gè)接種點(diǎn)的剩余疫苗量，以便進(jìn)行接種計(jì)劃，更加方便快捷，同時(shí)微信小程序?qū)?huì)在接種者接種過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行信息的提醒。

圖8 微信小程序預(yù)約界面圖

同時(shí)，經(jīng)過(guò)測(cè)試與設(shè)計(jì)，我們也已經(jīng)完成了實(shí)物模型的硬件搭建，如圖9所示，分為候種區(qū)、接種區(qū)以及留觀區(qū)，此模型可以完成預(yù)約、排號(hào)、接種、留觀及完成的整套實(shí)際接種流程，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能，全程無(wú)接觸式識(shí)別接種者的身份信息，驗(yàn)證了本文所介紹的醫(yī)療接種系統(tǒng)的可行性。

圖9 實(shí)物模型圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一套基于RFID技術(shù)與單片機(jī)互聯(lián)的接種門診流程的內(nèi)容與研究，結(jié)合微信小程序進(jìn)行信息預(yù)約與管理，真正做到了無(wú)接觸式識(shí)別，省去了對(duì)于被接種者身份的諸多繁雜人工認(rèn)證等相關(guān)流程，信息實(shí)時(shí)更新及提醒，醫(yī)院接種區(qū)域化，有效地改善兒童接種區(qū)狀況混亂的現(xiàn)象，更加先進(jìn)自動(dòng)人性化。基于RFID的接種門診智慧管理系統(tǒng)的應(yīng)用將有利于降低感染風(fēng)險(xiǎn)、提高接種效率、節(jié)省醫(yī)療成本和增加安全性。