基于RFID技術(shù)的智能醫(yī)療管理系統(tǒng)

1、.基于UHF RFID的射頻識別應(yīng)用演示系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 智能醫(yī)療管理系統(tǒng)作者：吉 余 崗 學號：201271060117 班級：2012級物聯(lián)網(wǎng)工程1班摘 要：智能醫(yī)療管理系統(tǒng)設(shè)計基于目前相對熱門的射頻識別技術(shù)（RFID），通過權(quán)限設(shè)計、超高頻電子標簽（UHF EPC）查詢、實時錄入操作，分析并梳理治療過程中錯綜復雜的信息，用以保障醫(yī)療過程中的透明化、信息共享、實時監(jiān)察、規(guī)范收費等要求。關(guān)鍵詞：智能醫(yī)療、射頻識別、超高頻、信息共享目 錄1.緒論31.1 研究背景31.2 研究意義31.3 設(shè)計要求31.4 設(shè)計思路41.4.1 需求分析41.4.2 計劃安排42.基于RFID技術(shù)的智能醫(yī)療管理

2、系統(tǒng)設(shè)計52.1 硬件設(shè)計52.1.1 RFID超高頻標簽52.1.2 RFID閱讀器：72.1.3 讀寫器-串口信息傳遞82.1.4 元件清單82.2 軟件設(shè)計92.2.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計92.2.2程序功能模塊112.2.3 程序整體流程122.2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計122.2.5 關(guān)鍵代碼及實現(xiàn)功能143.關(guān)鍵問題解決及運行結(jié)果163.1關(guān)鍵問題及解決方法163.1.1串口讀寫通信163.1.2串口開關(guān)控制163.1.3 患者uid號和RFID號匹配163.1.4 患者治療信息163.2 系統(tǒng)運行展示173.2.1 串口讀寫及患者登錄電子病歷生成173.2.2 護士護理183.3系統(tǒng)目前問題1

3、84.課程總結(jié)及建議184.1 課程總結(jié)184.2 建議195.結(jié)束語20參考資料211.緒論1.1 研究背景信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)近幾年迅速發(fā)展，各行各業(yè)紛紛通過信息化建設(shè)來改善管理、提高效率、降低成本，提高企業(yè)的競爭力。而隨著射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，以下簡稱 RFID)的不斷發(fā)展，這些領(lǐng)域和信息系統(tǒng)的結(jié)合、應(yīng)用也正在越來越廣泛地展開1。 隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會矛盾日益尖銳，在醫(yī)療領(lǐng)域主要體現(xiàn)為：醫(yī)患信任危機、醫(yī)院管理不透明、醫(yī)護工作懈怠、醫(yī)院間信息共享困難等。而如何化解這些矛盾并推進醫(yī)療事業(yè)進步，是當前人們所關(guān)注的熱點及問題

4、的關(guān)鍵。1.2 研究意義醫(yī)療過程主要分為診斷、治療、護理等幾個階段。而在這幾個階段里，各類人（包括醫(yī)生、護士、患者、財務(wù)管理方、住院管理方等）的關(guān)系錯綜復雜。智能醫(yī)療管理系統(tǒng)充分考慮了信息共享及信息保護之間的聯(lián)系與區(qū)別，對這些關(guān)系進行了系統(tǒng)性地梳理，基本解決了如下問題：（1） 無紙化診斷，避免診斷記錄遺失及寫字不清晰導致誤診（2） 診斷、護理記錄逐條保留，患者可打印保存（3） 醫(yī)藥費用透明化，所有藥品價格由其負責人錄入國家相關(guān)標準，其他人員不可更改（4） 基于RFID超高頻讀寫，診斷、護理方便快捷，在手持設(shè)備或電腦終端可以實時控制1.3 設(shè)計要求（1） 基于UHF RFID和ISO 18000

5、-6C規(guī)范實現(xiàn)（2） 基于教9-C506實驗室已有的實驗箱、手持數(shù)據(jù)終端、服務(wù)器等設(shè)備完成a） 合理構(gòu)建基于C#.NET的C/S模型的客戶端軟件并可以正常運行b） 合理構(gòu)建基于ASP.NET的B/S模型的醫(yī)療管理網(wǎng)站并可以正常運行c） 根據(jù)數(shù)據(jù)庫表設(shè)計規(guī)范及應(yīng)用情景合理構(gòu)建數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)d） 實現(xiàn)超高頻標簽的串口讀寫功能e） 實現(xiàn)基于Android系統(tǒng)的手機終端的App設(shè)計制作f） 實現(xiàn)手持設(shè)備中軟件的設(shè)計制作g） 實現(xiàn)監(jiān)測模塊功能，無線監(jiān)測患者活動區(qū)域，監(jiān)測護士是否正常值班， 監(jiān)測醫(yī)生是否上班時間玩游戲（3） 演示系統(tǒng)體現(xiàn)RFID技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)和應(yīng)用軟件開發(fā)三個方面的內(nèi)容1.4 設(shè)計思路

6、1.4.1 需求分析本系統(tǒng)立足于解決醫(yī)療管理中存在的各類問題，因而需要剖析各類使用者在醫(yī)療系統(tǒng)中的權(quán)限問題，需要規(guī)范使用者的行為，需要對全透明化信息及半透明化信息進行相應(yīng)設(shè)置。本系統(tǒng)基于RFID技術(shù)，需要實現(xiàn)方便快捷的讀取方式，便于各類使用者的操作。同時，需要考慮到醫(yī)院環(huán)境的局限性，應(yīng)使用手持讀卡設(shè)備或無線讀寫設(shè)備讀寫RFID卡片中信息23。1.4.2 計劃安排圖1:計劃安排流程圖本系統(tǒng)的完成初步分為三個部分，分為讀寫器設(shè)計、客戶端設(shè)計以及數(shù)據(jù)庫設(shè)計。在這三個部分設(shè)計完成之后相互之間建立連接關(guān)系，具體是：（1） 客戶端與數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；（2） 讀寫器與數(shù)據(jù)庫生成卡片編號與用戶編號對應(yīng)表；（

7、3） 射頻卡片讀取功能與登錄、診斷、護理等模塊的銜接2.基于RFID技術(shù)的智能醫(yī)療管理系統(tǒng)設(shè)計2.1 硬件設(shè)計2.1.1 RFID超高頻標簽隨著射頻技術(shù)趨于成熟，可以為供應(yīng)鏈提供前所未有的、近乎完美的解決方案。但我們所找到的最好的解決方法就是給每一個商品唯一的號碼產(chǎn)品電子碼（EPC）。 EPC是在本世紀初由美國MIT的AUTO-ID中心提出的，它是一個非常先進的、綜合性的和復雜的系統(tǒng)4。圖2：UHF EPC標簽及其他標簽標簽內(nèi)存：Tag memory（標簽內(nèi)存）分為Reserved（保留），EPC（電子產(chǎn)品代碼），TID（標簽識別號）和User（用戶）四個獨立的存儲區(qū)塊（Bank）。其中：Re

8、served區(qū)：存儲Kill Password（滅活口令）和Access Password（訪問口令）。 EPC區(qū)：存儲EPC號碼等。 TID區(qū)：存儲標簽識別號碼，每個TID號碼應(yīng)該是唯一的。 User區(qū)：存儲用戶定義的數(shù)據(jù)。 此外還有各區(qū)塊的Lock（鎖定）狀態(tài)位等用到的也是存儲性質(zhì)的單元。為達到循環(huán)利用的目的，本設(shè)計系統(tǒng)選用UHF EPC標簽的User區(qū)數(shù)據(jù)進行讀寫操作，其他各區(qū)不作改動。標簽內(nèi)存圖示如圖3： 圖3：UHF EPC（超高頻標簽）存儲結(jié)構(gòu)標簽存儲指令：有五條必備的：REQ_RN，READ，WRITE，KILL，LOCK， 和三條可選的：ACCESS，BLOCKWRITE，BL

9、OCKERASE。 （1）標簽收到有效REQ_RN（with RN16 or Handle）命令后，發(fā)回句柄，或新的RN16，因狀態(tài)而不同。 （2）標簽收到有效READ（with Handle）命令后，發(fā)回出錯類型代碼,或所要求區(qū)塊的內(nèi)容和句柄。 （3）標簽收到有效WRITE（with RN16 & Handle）命令后，發(fā)回出錯類型代碼,或?qū)懭氤晒桶l(fā)回句柄。 （4）標簽收到有效KILL（with Kill Password，RN16 & Handle）命令后，發(fā)回出錯類型代碼,或滅活成功就發(fā)回句柄。 （5）標簽收到有效LOCK（with Handle）命令后，發(fā)回出錯類型代碼,或鎖定成功就

10、發(fā)回句柄。 （6）標簽收到有效ACCESS（with Access Password，RN16 & Handle）命令后，發(fā)回句柄。 （7）標簽收到有效，BLOCKWRITE（with Handle）命令后，發(fā)回出錯類型代碼,或塊寫入成功就發(fā)回句柄。 （8）標簽收到有效，BLOCKERASE（with Handle）命令后，發(fā)回出錯類型代碼，或塊擦除成功就發(fā)回句柄。由于智能醫(yī)療管理系統(tǒng)硬件設(shè)計側(cè)重于讀寫功能，故本系統(tǒng)中主要涉及到塊讀寫操作指令，用于處理UHF EPC標簽的User區(qū)的數(shù)據(jù)寫入，讀取。本系統(tǒng)讀取指令如圖4：圖4：讀取UHF EPC的用戶數(shù)據(jù)區(qū)第0塊數(shù)據(jù)2.1.2 RFID閱讀器：

11、RFID閱讀器（讀寫器）通過天線與RFID電子標簽進行無線通信，可以實現(xiàn)對標簽識別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮?。典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及閱讀器天線。發(fā)生在閱讀器和電子標簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種。(1)電感耦合。變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定 律，如右圖所示。 (2) 電磁反向散射耦合：雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和1356MHz。識別作用距離小于1m，典型作

12、用距離為1020cra。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz，915MHz，245GHz，58GHz。識別作用距離大于1m，典型作用距離為3l0m5圖5：電感耦合模型的RFID讀寫器、電磁反向散射耦合型的RFID讀寫器本系統(tǒng)中選用AS3991超高頻讀寫器，用于讀取UHF EPC卡片User區(qū)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)使用RFID讀寫器如圖6所示：圖6：醫(yī)療管理系統(tǒng)讀寫器2.1.3 讀寫器-串口信息傳遞在讀寫器和串口的通信中主要涉及到的內(nèi)容包括讀寫器與計算機的連接方式，讀寫器選擇，串口獲取數(shù)據(jù)，串口數(shù)據(jù)處理及發(fā)送等。（1）讀寫器選擇：由于RFID標簽

13、使用的是超高頻的UHF EPC卡片，所以根據(jù)實際實驗室情況，選用AS3991超高頻讀寫器；（2）讀寫器與計算機通過D型USB線連接，并傳遞信息的；（3）串口信息處理包括閱讀器操作控制，串口狀態(tài)控制，數(shù)據(jù)處理，信息甄別等流程，其操作過程如圖7所示。2.1.4 元件清單元件名稱元件數(shù)量（個）元件功能AS3991超高頻閱讀器1讀寫UHF EPC標簽UHF EPC標簽4標簽功能D型USB線1串口連接表1：硬件元件清單圖7：讀寫器、串口指令操作流程圖2.2 軟件設(shè)計本智能醫(yī)療管理系統(tǒng)基于C#.NET語言，SQLSERVER數(shù)據(jù)庫，開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual Studio。軟件設(shè)計部分主要

14、包括：結(jié)構(gòu)框架設(shè)計、程序功能模塊設(shè)計、程序執(zhí)行流程圖設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、程序清單。2.2.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計本系統(tǒng)分為登錄界面（含RFID登錄）、個人信息修改界面、管理患者界面以及電子病歷查詢界面圖7：智能醫(yī)療管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在醫(yī)療管理角色方面共分為四類角色，分別是對管理者、藥物直接管理的超級管理員,對醫(yī)生、護士、患者進行管理的普通管理員，對患者管理的醫(yī)生、護士以及患者等。其權(quán)限處理如圖8所示：圖8：醫(yī)療管理系統(tǒng)權(quán)限結(jié)構(gòu)其中醫(yī)生、護士操作流程如圖9-1，9-2所示：圖9-1：醫(yī)生操作流程圖9-2：護士操作流程2.2.2程序功能模塊程序主要模塊有：登錄模塊、注冊信息模塊、信息管理模塊、電子病歷查詢模塊

15、等（1）登錄模塊：主要分為賬號登錄和標簽登錄，賬號登錄規(guī)范為“1931”+“200i”+“number”，i的值代表登錄角色，number的值代表該類中的工號；標簽登錄時需要先進行串口讀取User區(qū)的數(shù)據(jù)，進而登錄系統(tǒng)查詢；（2）注冊信息模塊：主要分為管理員注冊、藥品登記、注冊醫(yī)生、護士、患者賬號；（3）信息管理模塊：主要對于注冊的賬戶信息進行刪除、修改、查詢，包括修改密碼、修改住址等個人信息修改以及診斷、護理信息增加及修改等；（4）電子病歷查詢模塊：主要包括患者信息查詢及電子信息調(diào)取保存等功能。圖10：功能模塊簡圖2.2.3 程序整體流程圖11：智能醫(yī)療管理系統(tǒng)操作流程圖2.2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)

16、計本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫表主要由：各角色基本信息表（含登錄信息），藥品表，患者就診信息表、患者治療信息表等組成。同時建立表間映射及聯(lián)系，用于查詢患者的治療明細。本系統(tǒng)表設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖12所示：圖12：智能醫(yī)療管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)部分數(shù)據(jù)庫表分析在本系統(tǒng)中比較重要的幾個數(shù)據(jù)庫表是Patient_id(病人基本信息表),Patient_cure（醫(yī)生-病人表）,Patient_phyexam（護士-病人表）以及Drag（藥品管理表）。其各表相互聯(lián)系如圖12-2（1）、（2）、（3）所示：圖12-2（1）醫(yī)生診斷對各表數(shù)據(jù)的影響圖12-2（2）護士護理對數(shù)據(jù)庫表中的影響圖12-2（3）患者查詢對各表記錄的調(diào)取

17、2.2.5 關(guān)鍵代碼及實現(xiàn)功能(1)電子病歷txt文本生成圖13-1：txt文本文檔生成(2)串口通信圖13-2：串口打開/關(guān)閉圖13-3：指令發(fā)送圖13-4：規(guī)格化處理User區(qū)數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)庫操作代碼較多，本文將不一一列舉，詳見系統(tǒng)軟件程序包3.關(guān)鍵問題解決及運行結(jié)果3.1關(guān)鍵問題及解決方法3.1.1串口讀寫通信問題描述：因RFID實驗箱局限性，D型USB線接入不同計算機時，串口號及波特率會發(fā)生改變，導致串口通信出錯。解決方法：在軟件程序中加入設(shè)置端口號、波特率的“串口通信設(shè)置”窗體，基于C#程序動態(tài)獲取對應(yīng)串口號，設(shè)置后進行讀寫操作。3.1.2串口開關(guān)控制問題描述：由于串口通信過程中需要將

18、串口打開或者關(guān)閉，進而會導致串口未能打開或者未能及時關(guān)閉。解決方法：目前是在串口設(shè)置界面人為設(shè)置串口打開或者關(guān)閉。3.1.3 患者uid號和RFID號匹配問題描述：由于RFID的TID區(qū)數(shù)據(jù)是不允許更改，而患者的uid是不同的，如果一一對應(yīng)，會導致資源浪費（患者治愈之后，RFID卡片即不可循環(huán)利用）。解決方法：（1）建立uid和Tid的匹配表，uid可更改而Tid不可更改；（2）利用UHF EPC的User區(qū)數(shù)據(jù)可變這一特性，將uid號直接寫在User區(qū)數(shù)據(jù)域中，患者治愈后重新擦出數(shù)據(jù)，寫入新數(shù)據(jù)。目前本系統(tǒng)使用的是第二種方法，在以后研究中將使用第一種方法。3.1.4 患者治療信息問題描述：患

19、者在治療過程中，由于有各個部門的參與，導致信息量巨大，而這些信息量都應(yīng)當保存下來，同時就診、治療、護理的過程中的各種收費也應(yīng)當對患者透明化。解決方法：任何人對于患者的操作均是獨立的，且每條記錄記載在相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中。患者可以通過登錄系統(tǒng)查詢相關(guān)信息及打印保存信息（電子病歷）。3.2 系統(tǒng)運行展示3.2.1 串口讀寫及患者登錄電子病歷生成圖14：患者登錄圖15：電子病歷生成3.2.2 護士護理圖16：護理工作3.3系統(tǒng)目前問題系統(tǒng)目前存在問題主要有以下幾點：（1） 界面過于繁瑣，登錄方式過多（2） 實際情況更加復雜，系統(tǒng)設(shè)計功能過于簡單（3） 查詢及表間聯(lián)系經(jīng)常出錯，需要進一步學習數(shù)據(jù)庫相關(guān)知識，

20、對界面進行優(yōu)化（4） 病人卡號登錄過于死板，需要做到靈活。4.課程總結(jié)及建議4.1 課程總結(jié)基于RFID技術(shù)的智能醫(yī)療管理系統(tǒng)是這學期射頻識別技術(shù)的期末設(shè)計。在本次設(shè)計過程中，非常感謝任課老師索國瑞老師以及在軟件設(shè)計方面指導較多的魏偉一老師。同時對我組成員王金山、朱志強、楊喜艷也表示由衷的感謝。在設(shè)計本系統(tǒng)中，小組成員通力合作，互相激勵，共同解決設(shè)計過程中的各種問題，共同進步。在本系統(tǒng)設(shè)計的過程中，我們理解了RFID標簽的構(gòu)造原理及特性，掌握了部分閱讀器及串口通信知識，著重掌握了超高頻電子標簽的原理并學會了對超高頻標簽的讀寫操作。同時在學習的過程中，認識到RFID技術(shù)的先進性，在以后的設(shè)計系統(tǒng)

21、過程中我會充分結(jié)合并運用在射頻識別技術(shù)課程上面的學到的技術(shù)，完善設(shè)計。對射頻識別技術(shù)的學習僅僅一學期是不夠的，在以后的學習生涯中我會不斷充實自我，更加努力學習RFID相關(guān)知識。4.2 建議在這學期的RFID課程學習過程中，我的自學能力，邏輯思維能力得到了較大提升。學會了隊內(nèi)合理分配任務(wù)，隊外交流合作。對本門課程及任課老師我有如下建議：(1)側(cè)重于培養(yǎng)學生的探索精神，對計算機硬件產(chǎn)生興趣而不是產(chǎn)生畏懼。激發(fā)學生的“好奇心”。例如：教授基礎(chǔ)知識后讓每個人設(shè)計出自己關(guān)于RFID的一個小程序，簡單到使閱讀器獲取的數(shù)據(jù)僅僅作為一個輸入數(shù)據(jù)都是可以的，既不費太多時間，又能培養(yǎng)學生的理解能力、動手能力。(2)規(guī)定各小組成員輪流總結(jié)每周的學習，事前發(fā)送電子版總結(jié)（字數(shù)無限制，但須有自己的認識）到的知識，上課對所總結(jié)的進行提問或糾正。這條建議主要針對學習能力弱的學生。(3)PPT展示環(huán)節(jié)