RFID技术及其在医疗行业中的应用
RFID技术及其
在医疗行业中的应用
RFID Technology and Its Application in Medical Industry
[摘 要] 本文首先介绍了射频识别（RFID）技术的工作原理、RFID系统的各个基本组成部分及功能、关于RFID的一些国际标准及RFID 在各个行业的应用。文章着重介绍了RFID在医疗行业的应用及其产生的经济效益。最后讨
论了RFID在应用中存在的问题。
[关键词] 射频识别技术；射频信号；电子标签；阅读器
[中图分类号] TP391 [文献标志码] C [文章编号] 1674-1633(2010)01-0059-05
郭斌
（内蒙古医学院附属医院 财务科， 内蒙古 呼和浩特 010050）
GUO Bin
(Financing Department,Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical College, Hohhot Nei Mongolia 010050,China)
0 前言
射频识别（Radio Frequency IDentification,RFID）技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。1 RFID系统的基本组成部分
一套完整的RFID 系统,是由电子标签(Tag)也就是所谓的应答器(Transponder)与阅读器(Reader)及应用软件系统三个部份组成。
RFID 技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
标签(Tag)：大部分RFID 标签由集成电路部分和天线部分组成。集成电路部分的功能是处理和储存信息、对射频信号进行调制和解调。天线用来接收和发射信号。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。
RFID 标签按照能源的供给方式分为：无源标签、有源标签、半有源标签。
无源标签没有内部供电电源。其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动，这些电磁波是由RFID 读取器发出的。当标签接收到足够强度的讯号时，可以向读取器发出数据。被动式标签具有价格低廉、体积小巧、无需电源的优点。目前市场的RFID 标签主要是被动式的。它的缺点是读写距离近，通常只有几米。
有源标签自带电源能自动地发射信号，它可以提供更远的读写距离，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合。
半有源标签类似于无源标签，不过它多了一个小型电池，电力恰好可以驱动标签集成电路，使得集成电路处于工作的状态。这样的好处在于天线可以不用管接收电磁波的任务，充分作为回传信号之用。
比起无源标签，半有源标签有更快的反应速度、更好的效率和更长的读写距离。有源标签本身具有内部电源供应器，用以供应内部集成电路所需电源以产生对外的讯号。一般来说，有源标签拥有较长的读取距离和较大的内存容量，可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息。
阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID 系统信息控制和处
收稿日期：2009-12-14
作者邮箱：hmlzw707@https://www.wendangku.net/doc/9312650670.html,
Abstract : This paper gave a brief introduction about RFID technology, the basic components and their functions, international standards and applications. The applications of RFID in healthcare and its financial impact were discussed in detail.Finally this paper discussed the controv-ersies concerning the application of RFID.Key words : RFID technology; RF signal; electronic tag;reader
理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。
目前有四种频率的标签在使用中比较常见。它们是按照无线电频率划分：低频标签（125 kHz或134.2 kHz）、高频标签（13.56 MHz）、超高频标签（868~956 MHz）以及微波标签（2.45 GHz）。
由于目前尚未制定出针对超高频标签使用的全球规范，所以此类标签还不能够在全球统一使用。而超高频标签的应用目前也最受人们的注意，此类标签主要应用在物流领域。频率越高，作用距离就越大，数据传输率也就越高，识别标签的外形尺寸就可以做得更小，但成本也就越高。
RFID技术与现在广泛采用的条码（Barcode）技术相比较，拥有许多优点，如：① 可容纳较多容量；② 通讯距离长；
③ 难以复制；④ 对环境变化有较高的耐受能力；⑤ 可同时读取多个标签。RFID的缺点就是建置成本较高。不过通过该技术的大量使用，生产成本就可大幅降低。
2 RFID相关适用标准
目前还没有一个全球性的机构来统一管理RFID所用的频率。每一个国家都有自己的管理标准。下面是关于RFID 的一些国际标准。
⑴ ISO 14223-RFID畜牧业的应用。
⑵ ISO/IEC 14443: 近耦合IC卡（RFID护照）。
⑶ ISO 15693: 疏耦合IC卡（智能付费和信用卡）。
⑷ ISO/IEC 18000: 基于物品管理的射频识别国际标准。 第一部分: 全球公认频率的空中通信接口的一般参数；第二部分: 低于135 kHz的频率参数 ；第三部分: 13.56 MHz的频率参数；第四部分: 2.45 GHz的频率参数 ；第五部分: 5.8 GHz的频率参数；第六部分：860~960 MHz的频率参数 ；第七部分: 433 MHz的频率参数。
⑸ ISO 18185: 针对货物电子施封 (e-Seal) 的最新全球标准（使用 433 MHz 和 2.4 GHz）。
EPC Global是美国统一代码协会(UCC)和国际物品编码协会（EAN）于2003年9月共同成立的非营利性组织，其前身是1999年10月1日在美国麻省理工学院成立的非营利组织AUTO-ID中心。
EPC Global以创建“物联网”（Internet of Things）为使命，与众多成员企业共同制订一个统一的开放技术标准。旗下有沃尔玛集团、英国Tesco等100多家欧美的零售流通企业，同时有IBM、微软、飞利浦、Auto-IDLab等公司提供技术研究支持。
EPC Global“物联网”体系架构由EPC编码、EPC标签及读写器、EPC中间件、ONS服务器和EPCIS服务器等部分构成。EPC赋予物品唯一的电子编码，其位长通常为64位或96位，也可扩展为256位。对不同的应用规定有不同的编码格式，主要存放企业代码、商品代码和序列号等。最新GEN2标准的EPC编码可兼容多种编码。
3 RFID应用
射频识别技术可应用的领域十分广泛，主要决定因素是该项技术在相应领域中的经济效益。经常提到的具体应用包括：
⑴ 物流 物流过程中的货物追踪、信息自动采集、仓储应用、港口应用、邮政、快递。
⑵ 零售 商品的销售数据实时统计、补货、防盗。
⑶ 制造业 生产数据的实时监控、质量追踪、自动化生产。
⑷ 医疗 医疗设备管理、病人身份识别、婴儿防盗。
⑸ 身份识别 电子护照、身份证、学生证等各种电子证件。
⑹ 防伪 钞票、票证、贵重物品（烟，酒，药品）的防伪。
⑺ 资产管理 各类资产（贵重的或数量大相似性高的或危险品等)。
⑻ 交通 收费系统、出租车管理、公交车枢纽管理、铁路机车识别等。
⑼ 动物识别 训养动物、畜牧牲口、宠物等识别管理。
⑽ 图书馆 书店、图书馆、出版社等应用。
⑾ 汽车 制造、防盗、定位、车钥匙。
⑿ 航空 制造、旅客机票、行李包裹追踪。
⒀ 军事 弹药、枪支、物资、人员、卡车等识别与追踪。
在整个电子商务领域，许多人把射频识别技术看作为继互联网和移动通信两大技术大潮后的又一次大潮。但是目前RFID在中国的发展远远落后于美国及欧洲，需要非常努力方能赶上这次“新的浪潮”。
4 RFID在医疗行业的应用
4.1 RFID在医院的应用
RFID在医院的应用十分广泛，其中主要应用在医院资产和设备的管理、患者识别和跟踪、新生儿标识管理、减少药物摄入和血液管理错误、医疗垃圾跟踪和监控、植入病人身体进行远程监护。
下面详细介绍RFID在医院管理中的应用及其产生的经济效益[1]。
4.1.1 改进设备管理和使用。跟踪和管理医院的医疗设备，从注射器到外科手术设备到轮椅，一直是全球医院管理者非常头痛的事情。大型医院每年丢失的设备造成平均每张病床4000美元的损失。医务工作人员经常浪费病人的宝贵时间来寻找设备，设备维护人员也会浪费宝贵时间来寻找需要维护的设备。不能有效地跟踪设备和资产会造成低下的设备使用率及昂贵的替代和库存成本。
一份美国政府责任办公室的调查显示由于设备丢失和放置不当致使医院购买了高于其需要20%~50%的设备[2]。
RFID通过提供实时设备跟踪信息帮助医院解决上面提到的问题。一旦一个设备配备了RFID标签，医务人员就会在他需要这个设备时快速地找到它。装有标签的设备还会在它被从规定区域移走时触发出警报。使用RFID带来的好处包括减少设备丢失和放置不当、对病人更及时地看护及提高医疗机构的整体工作效率。
试验性的研究表明使用RFID跟踪贵重医疗设备设备，其丢失率能减少50%。因此使用RFID跟踪设备能给医院节省约36.3亿美元。由于提高设备使用率带来的效益约为87.2亿美元。
4.1.2 加快医院库存周转。改善设备跟踪和使用能减少医院的库存成本。美国所有医院的库存约5440亿美元。RFID能确保医院购买和接收正确数量的设备和药品，因此提高库存周转和最终减少库存量和成本。由于使用RFID给医院节省的库存成本约为448.8亿美元。
4.1.3 给病人提供更广泛更低廉的服务。过度的行政管理会使医疗机构与病人之间的距离越来越大。近些年来，美国医院的管理人员增加了4倍，大部分医生每星期仅花费在填写表格上的时间就高达25h。同样，护士也经常把时间花费在寻找医疗设备、检索和确认病人信息及完成日常行政工作上。
一份约翰霍普金斯大学的内部研究报告显示，一个护士和病人直接接触的时间为其工作时间的35%~40%。所有这些系统中的无效率工作直接影响到病人护理的成本和质量。
根据新英格兰最近的一份研究，在美国病人只有55%的几率能得到应享有的护理。例如，只有50%的糖尿病患者每年进行了常规眼部检查。行政管理花费约占医院总花费的25%。
RFID能够使医院工作流程自动程度更高更合理，因此给病人提供更快和更多的就医选择，同时减少就医的费用。病人随身佩戴的和病历上附有的RFID标签能给医务工作者提供准确的信息来帮助他们做出正确的决定，更重要的是能使他们从行政事务中节省更多的时间来提供更好的医疗服务。在医院行政管理方面使用RFID带来的效益约为156.5亿美元。由此带来的现金流节约为25亿美元。
行政管理的自动化不仅能帮助医疗服务机构扩大服务范围，它还能减少人力成本。使用RFID给医疗机构节约的人力成本约为47.2亿美元。
4.2 RFID给患者带来的利益
RFID能帮助医疗服务机构减少医疗错误和不规范操作，从而显著地提高服务质量。1999年美国医药协会的报告显示每年可以避免的医疗错误造成4.4万人到9.8万人死亡，比死于车祸、某些癌症和艾滋病的人还要多。
除了夺取不能用金钱来衡量的宝贵的生命，医疗错误还会产生以下不良后果：为弥补错误所必须的医疗服务、患者由于医疗错误损失的收入和残疾造成的损失。所有这些费用的总和约为170亿到290亿美元。
RFID提供的跟踪和自动识别功能能显著减少医疗错误。有些医院现在采用电子握手系统。在此系统中RFID标签和“电子监督员”进行电子沟通，如果“电子监督员”不满意，它就会阻止某个操作的执行并向医务人员发出警告。“电子监督员”还会保存一份电子资料，它会帮助随后的事故调查甚至法律诉讼。最有代表性的例子就是到目前为止粘贴在AstraZeneca Diprivan注射器上的三千万个标签。在过去的7年里，由于使用了这个自动系统没有一例药物用量事故。
在美国用药不当每年造成12.5万人死亡，用药不当住院病人占住院人数的11%及造成1000亿美元的损失[3]。
使用RFID对病人进行跟踪能基本上根除用药不当所产生的所有费用。药品包装容器（罩板包装和塑料瓶）上的有传感器的RFID标签能随时记录用药数量和用药时间。从罩板包装上每取出一粒药都会被记录下来，这些信息和罩板的标号被无线传输到医生的电脑里。同样塑料包装瓶底部也有一个装卸单元来完成同样的任务。
瑞典的First Choice和美国的Wizzard Software、iVoice公司都在研制更为先进的RFID药品包装，这种包装能够提供简单的语音提示例如“现在不能服用”、请回来服用第二粒药”等。使用RFID对提高患者服务所带来的效益高达1651亿美元。减少医疗错误和改善用药规范还能挽救珍贵的生命——这些生命是不能用金钱来衡量的。
4.3 RFID技术在医药行业中的应用
4.3.1 减少假药、药品流失和串货。世界卫生组织估计全球5%~8%的药物为假药，其中有些国家假药占所有药品市场的25%~40%[4]。
同样，药品流失和串货也是制药公司非常头痛的问题，IMS估计欧洲8%的药品销售来自串货或重新进口的渠道。制药公司每年由于假药、药品流失和串货的直接损失为43.1亿美元，为维护假药和串货对品牌形象造成的不良影响的花费高达63.2亿美元。
通过使用RFID标签，制药公司可以在制造过程中对供应链上的所有原材料进行准确的验证、监控及追踪，这样就
可以建立起一个安全可靠的供应链。药品上附有的唯一EPC 编码的标签可以保证在分销过程中的任何一个环节对其进行监控。RFID将在遏制假冒伪劣药品的泛滥、防止药品流失和打击串货方面发挥关键的作用。
4.3.2 提高药品召回效率。在过去10年中，美国每年都有超过300多种药物被厂家召回。这些药品召回造成产品销售额下降，公司还要花费大量人力物力对产品进行召回。更重要的是产品召回将对公司品牌和股票价值造成极大的影响。
RFID标签使得药品召回能够有目标和高效地进行，从而节省人力物力。据估计，RFID在一次药品召回中能为制药公司节省1600万美元的管理费用和减少1000万美元~2000万美元的品牌损失费用。
4.3.3 提高试用药品管理效率。试用药品是制药公司建立品牌知名度及医生和病人忠诚度的重要方式。但是由于在样品分配过程中信息不透明（包括样品是否被正确使用、是否及时到达病人和这些样品如何增加处方量），制造商在管理和分配样品到医生诊室和病人的时候面临很大困难。
RFID阅读器会定期把样品橱柜的样品量反馈到制药公司的信息中心，这样厂家就会实时地监控每种样品的用药量及用药频率。这些信息会极大地提高样品管理的效率。首先，销售代表能通过RFID阅读器及时地获取药品过期和停产的关键信息以便样品能够及时地送到正确的地点。其次，附有RFID标签的样品能提供样品流通速率和用量的关键信息给销售代表和制造厂商。厂商基于这些信息和其他信息如药品的处方统计信息来估计产品的回报率和建立相关的市场营销策略。最后，由于制造厂商更加正确的运营和市场策略，病人也会享受更低廉的价格和更多的选择。据估计在样品药品的管理和分配中采用RFID能为制药厂商产生127.3亿美元的价值。、
4.3.4 加快库存周转。在制药行业，产品缺货会造成严重后果，因此厂家会保持很高的库存量。制药行业平均每年的库存量约为1569亿美元。药品零售商每年由于药品过量和过期造成的损失约为20亿美元。
RFID在供应链的各个环节提供的透明库存信息使得更有效的货物跟踪和运输成为可能。实时的跟踪和追溯信息有助于解除分配瓶颈、更准确地预测库存需求和降低保险库存的费用。
一份Accenture的研究报告显示RFID使得厂家的库存量减少10%~30%[5]，从而节省了劳力成本和提高了经营效率。制药厂家采用RFID导致的库存量的减少所带来的经济效益约为157.8亿美元。
4.3.5 缩短临床测试和加快上市进程。一份Capgemini的研究报告显示开发一种新药要12年时间，花费约为8亿美元[6]。临床测试这一个阶段就超过6年，其中32%的时间用于数据质量的确认。
由于使用RFID，被测试的药物在供应链的任何点都能被追踪，如果药品运输时间被推迟，警报就会产生，不准确的数据就不会进入系统。另外，品目级的标签能保证正确剂量的药物被正确的病人摄入。
Capgemini 的报告显示使用RFID能缩短临床测试过程时间的5%。研究表明一种新药如果提早上市，制造厂商每天都会多增加67.5万美元的收入。因此在临床测试中使用RFID将会给厂商带来3.7亿美元的收益。相关的现金流收益约为1.59亿美元。
4.4 RFID在医疗产品分销中的应用
4.4.1 提高库存周转率。制药行业和医疗产品分销行业2003年的平均库存周转率是8.23，相应的库存成本约59.5亿美元。
很明显，改善库存的机会存在于处理好造成退货的两个主要原因：① 过量库存 分销行业是49%,而制造行业是5% 。
② 过时产品 分销行业是16%，而制造行业是43%。另外，分销商和制造商把8%的不能完成的订单归咎于没有库存或生产问题。
RFID技术能提高分销中心的库存周转能力及更迅速地把产品配送到客户，因此能改善回款的效率和增加现金流。行业领导者McKesson和NACDS都表示RFID能准确方便地提供库存量和库存位置信息，因此能够显著地减少货运丢失、库存量和相关的费用。据估计，使用RFID技术能给医疗产品中心节省17.8亿美元的库存成本费用。
4.4.2 降低人力成本。美国医疗产品分配管理联盟HDMA估计医疗产品配送中心雇员的平均工资为47220美元，整个行业的人工成本为18.8亿美元。RFID能将整个行业的人工成本降低30%，主要表现在仓库人力成本的减少，包括接收货物、入库、周期盘点和订单履行。据估计RFID能给医疗配送中心节省
5.64亿美元的人力成本。
5 RFID应用中存在的问题
5.1 RFID成本问题
RFID技术在某些方面是条码身份识别技术的一个延伸，它最重要的特点是支持移动的物体，而最大的瓶颈仍在成本。在医院管理中凡是可以用到条码的地方都可以用RFID标签来替代，但鉴于它的成本，结合目前医院信息化的现状，只有极为强调移动的地方才会优先考虑RFID技术。要想在各个领域内进一步普及，还有待于成本的进一步降低，才能够真正实现其技术价值。
5.2 国际标准的制定与推行问题
标准化是推动产品在市场上广泛适用的一条必经之路，然而，射频识别读写器与标签技术却迟迟难以统一，因此无
法一体适用。不同制造商所开发的卷标通信协议，适用于不同的频率，且封包格式不一。就目前看来，现在普遍使用的134kHz和13.56MHz ，因传输距离不够长而限制了读写器和RFID标签间的传输距离，使得若干标签不能有效地被读取，而跨越UHF频段的最大问题是绝大多数的RFID系统和卷标供货商，以及设备无法支持UHF频段。也因此，各公司、自动识别中心与国际标准组织都正致力于制定射频识别标签的标准，以求所有的标签能与任何读取机兼容。
5.3 可能引起隐私权的问题
RFID技术的安全性也非常令人关注，由于在非接触的条件下，可以对标签中的数据进行读取，这引发了人们对RFID技术侵犯个人隐私权的争议。隐私问题则需要各个国家通过立法对用户的隐私权加以保护来逐步解决。
5.4 电磁干扰问题
对于在医院中使用的RFID技术，一些学者质疑其会不会像手机一样干扰医疗设备的工作。
据《美国医学协会杂志》（JAMA）公布的一项科学研究表明[7]，医疗设备会受到由RFID系统所产生的严重的电磁干扰。此项研究是由在荷兰阿姆斯特丹大学学术医疗中心的研究人员实施的。研究人员对41件医疗器械进行了测试，这些医疗器械来自22个制造商。研究人员主要测试了无源868MHz和有源125MHz RFID系统。在123 次测试（平均每件测试3次）中，一共记录到34次电磁干扰。研究中进行的所有三个外部起搏器测试都产生了电磁干扰，九次输液/注射器泵测试中有8次干扰记录。虽然心脏起搏器没有完全停止运行，但是9个输液/注射器泵中有6个停止了工作，两个肾脏替代装置也已经无法正常工作。此报告强调，RFID 技术带给医疗器械的危险就如同手机辐射一样，是RFID设备产生的潜在问题，还不至于到禁止将RFID技术应用到医疗界的地步。
研究所做的结论是，在受控制的非医疗试验背景下，RFID技术能对医疗设备产生潜在危险。在监护病房及其他类似的医疗环境下，实施RFID技术要依据最新的国际标准进行现场电磁干扰测试。
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