无源超高频RFID的血液物联网应用实践及发展趋势

无源超高频RFID的血液物联网应用实践及发展趋势

我国血液及血液制品管理信息化建设经过40多年发展，取得明显进步，但是血液资源匮乏与临床用血量递增间的矛盾依然严峻。新时代下对血液安全保障机制与资源优质调配的智能化管理将提出更高要求，血液及血液制品管理正逐渐向智慧化建设转型。近年来，物联网技术特别是无源超高频RFID（RadioFrequencyIdentification，射频识别）技术的发展，为血液管理从传统数字化向智能化转型升级提供了技术支撑，为血液物联网建设实践奠定了结实的基础。一无源超高频RFID技术在血液行业的应用需求血液是一种特殊的、稀缺的、被普遍需求的公共资源。因此，对血液及血液制品进行有效管理就尤为重要，科学化管理可以有效避免血液管理中的人为失误，减少血资源浪费，提升工作效率，挽救更多患者宝贵的生命。新时代以物联网、大数据和人工智能为特征的信息技术给各个行业带来深刻变化，也给医疗行业带来转型发展机遇。针对传统血液管理方式中常见痛点问题，北京宏诚创新科技有限公司（简称宏诚创新）团队最初在2008年尝试应用无源超高频RFID技术来解决血液标识问题，并于2014年提出血液物联网（简称血联网）概念，通过先进物联网技术和智慧云平台管理血液，为战备血液和平时民用血液提供保障服务。随着血液行业转型深化发展，军地采供血机构利用物联网技术特别是RFID技术手段向智能化管理转型的需求越来越迫切。（一）我国血液物联网建设的需求分析血液及血液制品管理的整个业务流程可概括为：“血液采集→血液交接→血液检测→血液制备→血液存储→冷链运输→临床用血→血袋回收销毁。”对于血液全程管理涉及血型、血量、温湿度、位置、时间、献血者、操作人等大量基础数据，采供血机构需要快速准确地采集数据，实现所有信息全程追溯，提升血液管理的全面性和时效性；需要高效完成所有交接、出入库、盘点等工作，减少血液暴露在常温环境的时间及人工接触血液的频次，避免因人工差错造成的数量类型不一致现象；需要全程实时监控血液温湿度、位置等状态信息，做到精准管理，出现异常及时处理；需要监管血袋等医疗废弃物的回收核销情况，实现闭环管理，消除信息黑洞；需要实现军地各站血液资源统筹调配，便于应对突发事件临床大量用血需求。因此，建设基于RFID的血液物联网管理体系是最佳选择。（二）无源超高频RFID技术的优势无源超高频RFID系统通常由无源RFID标签、读写器和上位机应用系统组成。读写器通过天线和标签通信，完成标签芯片内数据的读写过程。无源超高频RFID标签与条码标签、高频RFID标签相比，超高频可以解决血液供应链全流程中的更加快速率、远距离、批量标识识别问题，而高频只能解决近距离多个识别问题，传统条码只能解决单袋血液识别问题，此外无源相较于有源更能降低电池损耗与发热带来的血液变质风险。无源超高频RFID技术优势非常明显：一是无源超高频RFID技术能实现远距离快速批量采集血液数据，自动化完成所有关键数据采集、传输、核对和更新，使所有环节的数据采集和核对更加高效精准，方便血液信息溯源和全流程闭环管理；二是无源超高频RFID技术能实现对血液温湿度、位置信息的实时感知，确保血液时刻处于全方位无死角监管状态；三是宏诚创新研发的无源超高频RFID标签解决了行业国际难题，具有抗液体、抗金属、耐深低温、耐污损等特点，并对存储数据进行了加密处理保障信息安全，更加适应血液管理环境和应用需求；四是以无源超高频RFID技术为基础构建血液物联网平台，实现全国血液信息联网，可以为血液战备保障、应急突发用血、日常用血、血液调拨、血液溯源管理等工作提供实时精准的血液数据信息服务和科学决策依据，为大众提供更安全、透明、便捷的用血保障。二无源超高频RFID技术的应用实践和挑战近年来，RFID技术逐渐得到了我国医疗行业特别是血液行业的青睐，逐步从环境相对简单的药品管理，发展到环境复杂的血液及血液制品管理。宏诚创新把无源超高频RFID技术应用到血液行业实践中，攻克了一系列技术难题，并研制出一整套行之有效的解决方案和系列产品，已在军内外采供血机构得到大量应用，提高了血液管理各个环节的业务操作效率，降低了用血风险，提升了血液安全保障水平，推进了血液管理从数字化向智能化管理的转型发展。（一）无源超高频RFID技术在国内血液行业应用概况自2008年以来，宏诚创新先后在“军队后勤现代化保障”“战区机动化保障”等重点课题的建设过程中，研究将无源超高频RFID技术应用于血液管理中，实现血液全流程实时监控，使得血液管理更加自动化、可视化和智能化。该研究成果于2010年在全军采供血中心正式上线使用，成为血液管理科普教育基地的一项重要展示内容。随后，宏诚创新陆续研发了基于无源超高频RFID技术的野战储血方舱，在“卫勤使命—2014”实兵对抗卫勤保障演习应用效果良好。还研发了基于军队作战的便携式血液信息采集器、日常血液管理、战备血液管理、生物细胞样本管理等设备和系统。随着对技术难点的不断突破和产品的升级迭代，形成了无源超高频RFID标签及系列设备、业务软件系统。无源超高频RFID技术在血液行业开始不断向着应用的深度和广度拓展，宏诚创新智慧血液管理方案是目前全国首家成熟落地且已广泛应用于全国多家省市地方血站医院及军队医院，包括浙江省血液中心、安徽省血液中心、宁波市中心血站、苏州市中心血站、张家界市中心血站、北京医院、苏州大学附属第一医院、中国人民解放军陆军总医院、中国人民解放军火箭军总医院、中国人民解放军驻吉布提后勤保障基地、中国人民解放军原南京军区南京总医院、上海长海医院、军事医学科学院野战输血研究所等。（二）无源超高频RFID技术在血液管理中的应用场景基于无源超高频RFID技术的血液管理总体上可以实现对血液温度、位置等状态信息的全程实时监控感知，提高血液精细化管理水平，加强血液快速有效保障能力。具体有以下典型应用场景。1.血液采集制备管理自动记录采集制备信息，解决血液精准溯源难等问题，加强质量管理工作。在血液采集和成分制备时，使用智能采集终端设备自动记录血液、人员、时间、机器、操作等关键要素信息并进行关联，确保人员严格按照规范流程操作，促进血液质量管理工作。如果血液出现质量问题，方便后期查找原因，清晰划分责任。2.血液交接管理快速零误差交接核查，解决交接效率低、误差多等问题，提高自动化水平。在所有交接环节，使用智能采集终端扫描射频血袋标签，实现快速、批量、准确交接，大大提升效率，节约时间。提高血站内交接和医院交接效率，避免人为误差，减少血液暴露时间。3.血液储存管理高效精细化管理库存，解决出入库速度慢、血液查找盘点难等问题，提高血库动态管理水平。智能采集终端能够完成血液产品快速批量出入库及实时盘点，智能交互终端显示每袋血液的温度、位置等信息。操作过程中出现数量、类型等错误时，血液全程安全监控管理系统主动提醒报警。非接触式批量扫描采集速度相比条码能够提升数十倍，并将血液信息实时显示在显示终端，人工核准后完成出入库操作。配置血液出库选择算法，实现依据先进先出原则自动推送血液出库方案，避免血液过期浪费。4.血液冷链运输管理实时感知冷链运输状态，解决血液温度位置信息无法实时监控等问题，确保血液动态随时可查。RFID技术可以实现不开箱识读箱内血液数据，并采用智能传感器技术实时记录和监控血液在运输过程中温度变化，若温度超出设定阈值系统会自动报警，提醒人工干预处理。温度采集器实时回传运输血液的车辆、船只或无人机位置，工作人员实时查看血液冷链运输监控管理云平台上自动记录和呈现的血液全程温度变化曲线。5.临床血袋核销管理闭环管理临床用血情况，解决血液用量获知慢、血袋核销监管难等问题，实现血液全生命周期闭环管理。临床用血部门可通过全程安全监控管理系统追溯血液全程信息。在临床血液输注完成后，废弃血袋应进行核销处理。采用无源超高频RFID技术改造后的垃圾桶，可快速采集扔入垃圾桶中的废弃血袋数据，核销操作过程无须人工接触，核销过程数据自动记录上传，无须人为干涉处理，能够保证血袋全生命周期数据的完整性、准确性和及时性，真正做到血液全生命周期全流程闭环管理。（三）无源超高频RFID技术在血液行业应用的相关挑战无源超高频RFID技术在血液行业应用实践的过程中，宏诚创新认为还存在一些挑战性问题值得引起重视。1.RFID技术的数据标准及应用标准缺失在血袋的全生命周期内，血液供应链中不同环节的多个血液信息管理系统可能需要读取、写入和处理血袋RFID标签数据，所以血袋上的条码或者RFID数据应该能够满足跨机构、跨系统识读的需求。但是，目前国家卫健委和中国输血协会并没有制定自动识别方面的技术标准[1]，国内相关血站的血液信息系统普遍采用条码技术、部分医院采用RFID技术进行血液采集、供应和使用的管理工作，其条码中存储的数据内容及数据格式主要是参考国际ISBT128标准提出的相似编码结构。然而，目前ISBT128标准只有条码技术的数据规范，还没有制定RFID标签中数据存储的组织方式。如果各个采血机构都制定自己需要的数据结构，这势必会造成血袋上标识的血液数据只能够在省市小范围内识读，跨省市、跨部门、跨系统识读自动识别标签的需求难以满足，造成血液传输的信息鸿沟。当前在血液物联网建设的过程中，迫切需要制定形成自动识别标准体系来规范血液行业的自动识别应用。否则，一旦各个省市都根据其自身需求制定完成了其自动识别标签中数据的存储格式，滞后的技术标准将更难提升异构系统间自动识别标签的互操作性。宏诚创新建议国家卫健委和中国输血协会着手制定与ISBT128标准相兼容，具有高度灵活性、扩展性的血液行业自动识别标准体系。在这系列标准的制定中，应以中国输血协会现有信息化团体标准等标准及规章为基础，重点制定条码及RFID等技术在血液管理中的数据格式标准和业务应用标准，同时也应明确规定血液行业可采用的条码码制、RFID通信协议等基础技术标准，提出自动识别标签和读写设备进入血液行业应用的基本技术质量要求。2.血液物联网体系集成难度大当前，各个省市地方血站已经建设了所管辖的血液管理信息系统，但基本上是处于“各自为政”状态，只有少数省市能够做到省市内血站信息系统集成，但其他大多数血站系统间不能够兼容互通，数据难以交换，形成了信息孤岛。这会导致无法完全实现血液在供应链中全流程监控和溯源，无法真正实现所有血袋的全生命周期管理，无法实现全国范围内血液信息共享和血液资源优质调配，不能为全国血液统筹调度提供分析决策的科学依据。物联网技术特别是无源超高频RFID技术的规模化应用，为血液更大范围的流动提供了可能，血液行业体系集成的需求越来越迫切。国家卫健委在主持研发全国血液信息管理系统后，于2018年底通知要求省市各个血站向全国血液信息系统推送数据[2]，通知规定了推送表单的数据项和数据通信的JSON接口。这个通知在一定程度上推进了血液行业的体系集成。各个省市血液信息系统在应用RFID技术的改造过程中，应采用软件中间件技术，使其一方面连接各类物联网终端设备，实现血液数据的快速采集；另一方面中间件更应当以相关行业标准为依托，充当上下级系统间、跨部门系统间的数据兼容互操作的桥梁。通过软件中间件，可使各个省市血液信息系统能平稳演化，来集成全国血液物联网整个体系，实现血液物联网数据采集层、区块链数据存储层、血液数据业务管理层和大数据辅助决策层的整个体系架构。三血液物联网建设的发展趋势基于无源超高频RFID技术的血液物联网建设，主要有两个层面的发展趋势。一是血液行业将逐步集成，形成全国性血液物联网体系。通过构建血液行业更加完备的信息化技术标准体系，研