2019年5月24日

一种基于RFID技术的医疗救助系统设计

   该文简介绍了RFID射频识别技术概念性知识,从医疗救助现状、设计原理、关键技术等方面论述了基于该技术的医疗救助系统设计。 
  关键词射频识别 电子标签 医疗救助 
  射频识别技术(RFID,即Radio Frequency Identifi cation)是从二十世纪九十年代兴起并逐渐走向成熟的一项自动识别技术。由于大规模集成电路技术的成熟,射频识别系统的体积大大缩小,因而开始进入实用化的阶段。它利用射频方式进行非接触双向通信,以达到识别目的并交换数据。它与同期或早期的接触式识别技术相比,具有可非接触识别(识读距离可以从十厘米至上百米)、可识别高速运动物体、抗恶劣环境、保密性强、可同时识别多个识别对象等突出特点,因此它可在更广泛的场合中应用。 
  最基本的RFID系统由3部分组成标签(Tag),由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;读写器(Reader),读取或写入标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;天线(Antenna),在标签和读写器间传递射频信号。 
  1 医疗救助现状 
  医疗救助时刻存在于我们的日常生活中,其工作主包含被救人员信息采集、医疗救治和医疗后送。病人信息采集主依靠查询既往病历、询问、化验等的方式,了解病人的姓名、年龄、血型、过敏史等基本信息,从而确定伤势、救治措施、伤员后送方式,以及后送注意事项等; 
  “病历”是一种格式化的纸质表格记录方式多以手工书写文字和打勾填写为主,多由个人保管。存在资料易破损,严重时导致信息残缺不齐,丢失;填写字迹潦草难认,伤情救治描述欠准确等诸多缺点;会影响紧急情况下对病人救治的连续性和有效性,严重者会导致错过抢救的“黄金时间”对被救人员的生命造成危害。也不利于大面积医疗救助,例如在抗震救灾过程中对大面积伤员的医疗救助; 
  2 基于RFID技术的医疗救助系统设计 
  2.1 设计思想 
  根据医疗救助现状分析,如果将现代化计算机、通信、网络和多媒体技术整合应用到日常医疗救助过程中,以射频识别的方式实现伤员信息快速准确的读取、处理、转发,用以辅助伤员救助,高日常环境医疗救助及自然灾害环境下大面积伤员医疗救助的效率。 
  设计一种“电子载体”,可以将平时人们的血型、过敏史,既往救治等基本信息增加进去,取代纸质载体的病历,并便于随身携带。作为“电子载体”其具有容量大,不易破损,更利于各种伤员信息的收集、存贮、传递、分析、检索等优点。采取RFID技术,使其成为电子标签形式的存在。医护工作人员可以通过读写器,快速取病人的医疗信息,高工作效率。 
  2.2 应用技术及系统组成 
  2.2.1 应用技术 
  该系统采用有源RFID技术,利用其在工作频率和工作方式上的特点,高和改善医疗救助过程中伤员信息采集、传递、贮存,高救治效率; 
  频率采用RFID行业专用频率;调制方式采用MSK/FSK调制,以满足支持更高的数据传输速率; 
  数据传输协议采用专用机制,确保数据在传输过程中的数据安全; 
  电子标签采用“休眠”和“唤醒”机制,降低设备功耗; 
  采用多读写器环境下防干扰、冲撞方案设计,消除该应用场合下的干扰; 
  采用多标签访问防冲突算法,保证单个读写器对多个电子标签目标同时读取的成功率及可靠性。 
  2.2.2 系统组成 
  该系统由典型的RFID系统组成主包含电子标签、读写器,读取/写入标签信息的设备,分为手持式和固定式,天线。 
  系统扩展应用(大面积医疗救助)时,可以将读写器与计算机连接进入专用网络或通过专用电缆与专用通信设备连接实现资源共享,以及医疗信息快速传递,从而对伤员进行及时救助。 
  系统工作原理框图见图1,显示了各种使用方式。 
  2.3 关键技术实现 
  正常单一医疗救助时不存在信号冲突、成功率、可靠性降低等问题,重点是在大面积救助时会存在“多读写器读写电子标签产生干扰、冲撞”和“批量读取标签时的干扰、冲撞”两种情况,也是该系统解决的关键技术。 
  2.3.1 密集环境下多读写器读写电子标签的防干扰、冲撞设计 
  如图1系统工作原理框图中,存在多个读写器在一个有限的区域内同时读取电子标签ID号、标签内容的情况,会导致多个读写器对电子标签进行读写操作时无线信号冲撞及指令冲突。这是RFID技术关键难点之一;同时多个读写器之间和读写器与基站之间进行数据通信也存在信道占用问题,会导致通信可靠性降低。 
  针对以上问题,本系统采用“频分”和“时分”工作机制 
  电子标签防冲突算法和读写器(无线数据收发设备)的“载波侦听”机制均采用“时分”机制的Aloha(Aloha一种无线数据通信协议)算法; 
  采用多信道跳频的方案,将射频识别和无线通信设置到多个信道中,在通信频段内信道间隔为2kHz,信道之间互不干扰,从而降低了整个系统中的无线冲突。 
  实际使用时,不同的读写器所处的不同位置机构分别将电子标签设置到不同的通信信道,读写器在相应的信道上对电子标签进行操作。具体信道分配方案图如图2所示 
  该系统中所有通信过程在专门划分的“基础信道”建立,然后根据随机序列跳入到某个“工作信道”,在“工作信道”采用“载波侦听”机制,当判断为非占用信道时,双方开始通信,否则随机跳入下一个信道,再重复此过程。 
  2.3.2 多标签访问防冲突设计 
  该系统在使用过程中会出现批量读取标签的情况,故多标签方冲突设计对系统核心读取性能和工作能力起决定性影响,本系统采用ISO18-7的Aloha防冲突算法,采用基于Aloha避让原理实现标签防冲突机制(如图3)。 
  RFID读写器进行一个采集周期,按标签的接收发射周期分为N各时隙,每个标签随机选择一个时隙发射,将采集到的标签发指令使其进入休眠,以减少冲突的概率。当连续三个采集周期都没有新的RFID标签被发现时,就认为采集周期完成,时隙的间隔可以根据实际碰撞情况动态调节。工作原理如图3所示。 
  3 结语 
  有以上关键技术作为支撑,基于RFID技术的医疗救助系统,可以最大限度的升医护人员对伤员信息快速准确的读取、处理、转发,高医疗救助效率,适用于目前日常环境及大面积自然灾害环境下的医疗急救。 
  参考文献 
  1 德Klaus Fincenzeller著,射频识别(RFID)技术——无线电感应的应答器和非接触IC卡的原理与应用M.陈大才编译,王卓人审校,北京电子工业出版社,21. 
  2 游战清,李苏剑.无线射频识别技术(RFID)理论与应用M.北京电子工业出版社,24. 
  3 游战清,刘克强,张义强,等.无线射频识别技术(RFID)规划与实施M.北京电子工业出版,25. 
  4 张铁军.RFID(射频识别)系统开发及应用研究D.西安交通大学,22.