基于物联网的医院用药监控系统研究

李学辉，王海峰，刘三荣

（枣庄学院 信息科学与工程学院，山东 枣庄 277160）

0 引 言

随着物联网的发展，物联网技术在很多行业得到了广泛应用。RFID能够快捷方便的采集数据，是物联网核心技术之一，可以用于医药供应链追溯及管理[1-2]。当前RFID技术在药品管理[3]、药品物流[4]、医用耗材管理方面都有一定应用[5]。

当前医院普遍存在无法实时了解重症病人护理情况、病人用药时间以及用药情况的问题，更无法了解配药时间与用药时间是否合理。为了解决这些问题，我们开发了基于物联网的医院用药电子监控系统，该系统可监测药品的生命周期，方便医生清楚掌握药品注射时间，病人用药时间，最大限度确保用药正确性。

1 医院用药监控系统的需求分析与处理技术

1.1 医院用药监控电子系统的需求分析

1.1.1 系统的可行性规划

对医院用药监控系统进行可行性分析使得系统运行更安全、稳定。对系统要做三方面的可行性分析，包括技术可行性、经济可行性、操作可行性。用药电子监控系统需要具备完善的功能，因此要对系统进行可行性规划。

1.1.2 系统的业务需求分析

系统业务包括如下几方面：

（1）自动读取护士标签，获取护士信息；

（2）自动读取药品标签，获取药品信息，通过配药时间、用药时间分析病患用药是否规范合理；

（3）能够输入医嘱信息，获得用药信息。

用药信息、用药时间、护士与病人的护理关系等数据存储在服务器中，在一定时间内可以查询。业务分析见表1所列。

表1 业务分析

1.2 系统处理技术

本系统是基于物联网架构的典型应用系统[6]，涉及物联网感知层、传输层、数据处理层以及应用层。在感知层使用超高频（UHF）射频识别（RFID）进行护士标签以及药品标签识别，数据采集器读取标签数据，在对数据进行处理后，将其发送至后台服务器，由服务器对数据进行存储、分析，并向应用层发送处理信息与控制命令[7-9]。用药电子监控系统示例如图1所示。

2 基于物联网架构的用药电子监控系统架构设计

2.1 用药监控系统的框架设计

本系统基于物联网架构设计，分为感知层、传输层、数据处理层和应用层。该系统在每一层都有相关的硬件设备支撑，亦有相应软件系统模块完成相关功能。

图1 用药电子监控系统示例

感知层由超高频（UHF）射频识别（RFID）与数据收集设备组成。UHF RFID可非接触读取标签（标签分为护士标签和药品标签）；数据收集设备读取标签信息，并对数据进行初步判断与处理，如判断标签是否为本设备欲读取的标签，判断标签是否处于RFID磁场范围内。数据收集设备设定标签的读取频率，把标签信息及标签状态发给服务器，并确定标签状态传送至服务器所需时间。

传输层由数据收集设备、路由器和互联网设备组成。数据收集设备通过WiFi连接路由器，路由器与网络相连接。数据收集设备将RFID传来的数据处理后通过网络传递给后台服务器。

数据处理层由服务器和数据库组成。服务器接收所有采集点的数据，对数据进行分析、计算、存储、回显等处理。通过接收的标签信息和设备TID分析患者用药是否正确，分析护士与患者的护理关系是否匹配，提示护士未执行的任务，判断配药与用药时间的合理性与药品生命周期的合理性。关键数据存储到数据库，医生、护士、患者、患者家属等均可实时查询患者用药情况，并在患者康复后的3年里都能够查询患者在治疗期间的用药情况。

应用层由手机、PC电脑、数据大屏以及数据收集设备组成。数据收集设备用于完成医嘱回显与药品回显，以便护士核对。手机与PC电脑主要用于用户数据查询，提示护士完成特定任务，安排患者入院等。数据大屏可以实时显示病患的医护状态，科室的病患人数，每个时间段的医护信息等。系统架构如图2所示。

图2 系统架构

2.2 系统工作流程

数据流从采集层开始，通过传输层传递到数据处理层，数据处理层对数据进行处理后，根据数据处理结果向应用层发送控制命令。系统数据流程如图3所示。

图3 系统数据流程

3 基于物联网架构的医院用药监控系统的实现与应用

3.1 用药监控系统的实现

系统传输层仅需使用现有的网络设备将数据进行透传即可。系统使用B/S架构对服务器端数据进行显示与设置。系统开发的重点在于感知层与数据处理层，即数据采集器的实现以及服务器端数据处理的实现。

3.1.1 数据采集器的实现

数据采集器的主要功能包括向标签的User区写入所需信息，例如护士信息和药品信息等；使用UHF RFID非接触方式读取标签，显示患者信息，并与医护人员交互，将标签数据进行处理后上传服务器。采集器硬件结构如图4所示。

图4 采集器硬件结构

3.1.2 服务器端软件系统的实现

数据处理功能在服务器端实现。服务器负责数据分析、存储、处理、回显等。数据处理层负责系统逻辑的处理，是系统的核心。用药监控系统结构如图5所示。

图5 用药监控系统结构

3.2 用药监控系统的部署应用

本系统的作用是跟踪药品的流向，正确、客观地反应护士的工作状态。配药室安装一个采集器，用于获取药品形成时间以及配药护士的信息；病房安装一个采集器，重症监护室每个病床安装一个采集器，用于获取病患用药时间及用药持续时间；医疗垃圾回收处安装一个采集器，用于获取药品销毁时间。系统可以跟踪药品的全生命周期。系统界面如图6所示。

图6 系统界面

本系统应用于医院，可以大幅减少护士的工作量，提高护理工作的正确性，客观真实地记录病患的护理情况。

3.3 用药监控系统的运行测试

标签数据读取成功率（DTRR），即读卡器每次读卡成功的概率；标签识别成功率（LRR），即一定时间内标签在读卡器范围内的识别概率。

系统部署之前进行专项测试，在50 cm处读取标签时，DTRR为100%；在100 cm处读取标签时，DTRR为97.8%，LRR为100%；在120 cm处读取标签时，DTRR为89.3%，LRR为100%；在150 cm处读取标签时，DTRR为35.1%，LRR为98.5%。

通过调查医院护士的工作情况，预计使用该系统后可以节省护士15%的精力，护士按时执行任务率提升8%，关键药品的配药准确率提高20%。系统测试数据统计见表2所列。

4 结 语

本系统针对医院护士工作量大且任务繁杂，关键药品配药时间不准确，护理工作管理不完善等问题进行研发。系统可自动读取护士信息及药品信息，为医院的护理工作提供了极大方便，在很大程度上减少了护理工作量，能够客观反应患者的护理情况。

表2 系统测试数据统计

本系统还存在不足之处，如读取标签的距离有限，目前无法实现病房和配药室全覆盖。未来可考虑通过人脸识别技术识别护士[11]，使得系统更加智能化与人性化。