CN107137801A - 一种基于超高频rfid读取频次的输液监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超高频RFID读取频次的输液监控系统，包括设置在输液瓶外表面的RFID标签、天线、RFID阅读器以及数据处理单元；所述天线用于向外辐射电磁波，并接收RFID标签反射回的RFID标签信号传送给RFID阅读器；所述RFID阅读器实时向数据处理单元反馈读取到的RFID标签信号；所述数据处理单元根据RFID标签信号判断输液瓶内的液面是否低于RFID标签位置，判断方法为：当调整RFID阅读器实际读取率大于RFID阅读器的最大读取率的80％以上，则判定为液面低于RFID标签位置。

Description

一种基于超高频RFID读取频次的输液监控系统及方法

技术领域

本发明涉及一种超高频RFID技术领域，特别是一种基于超高频RFID读取频次的输液监控系统及方法。

背景技术

在医院输液过程中，倘若药液输完后不及时更换输液瓶，就会造成回血甚至凝血等不良后果，严重者可能导致空气进入血管，危及生命安全。因此，实时监控病人的输液状态，获知药液是否即将输完至关重要。然而，目前在医院中，一般依赖病人或其陪同人员进行监控，少数私立医院或高级病房由护士或护工监控处理。人工监控不仅成本较高，而且难以实时地对输液状态进行监测，因此极有可能错过提醒医护人员换液的时机，造成潜在的意外发生。针对于此，构建一个能够自动检测输液瓶中液面高度并在药液即将输完时进行提醒的输液监控系统极为重要。

输液监控系统的关键技术是检测输液瓶中的液体，当药液低于一定液面时做出判断，目前主要有两种方法：一种是利用重力，当输液完成后，输液袋或输液瓶的重量应该低于某一预先设定的阈值。通过称重传感器实时测量输液瓶的重量并辅以控制电路，即可进行输液检测；另一种是利用光电感应，用红外传感器夹持输液瓶或输液管，当药液快要输完时，输液瓶或输液管中液面低于红外传感器所在水平面，触发电路工作。前者需要外接电源，排线复杂，且对不同重量的输液装置也需要分别设置；后者需要内置电池，可能会面临电量耗尽、受潮导致警报器失灵的风险。而且这些方法都需要对每一套输液装置进行配置，成本较高，操作复杂，且只能当场发出警报提醒监护人员，无法联网进行长距离的数据传输，不能满足护士站的医护人员也可以实时监控的需求。

针对上述问题，相关技术人员提出将RFID技术应用于输液监控系统中的方案。然而，现有方案仅仅利用了RFID技术的身份识别功能，其目的是通过RFID标签为输液瓶赋予一个唯一的身份识别号，从而建立起输液瓶与病人之间的一一映射关系，而系统中真正检测液体液面的关键技术仍依赖于上述两种传感器的方法。此外，这些方法大都侧重于对输液瓶进行重新设计、改造与定制，使得监控成本高昂、可扩展性不强。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于超高频RFID读取频次的输液监控系统及方法，利用超高频RFID读取频次随液体体积的变化来监控病人的输液情况，当输液瓶中药液低于某一刻度时向医护人员进行提醒。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于超高频RFID读取频次的输液监控系统，包括设置在输液瓶外表面的RFID标签、天线、RFID阅读器以及数据处理单元；

所述天线用于向外辐射电磁波，并接收RFID标签反射回的RFID标签信号传送给RFID阅读器；

所述RFID阅读器实时向数据处理单元反馈读取到的RFID标签信号；

所述数据处理单元根据RFID标签信号判断输液瓶内的液面是否低于RFID标签位置，判断方法为：

初始状态下，通过动态调整RFID阅读器发射功率大小，将RFID阅读器对适配的RFID标签的实际读取率设置为RFID阅读器的最大读取率r_max的20％～40％；监控状态时，随着输液进行，液面高度下降，读取率上升，当实际读取率大于RFID阅读器的最大读取率的80％以上，则判定为液面低于RFID标签位置。

所述RFID标签、RFID阅读器和天线组成RFID信号采集设备；

RFID标签：RFID标签横贴在输液瓶上；如果标签竖着贴或者斜着贴都会对结果的精确性产生严重干扰。

RFID阅读器：实时向数据处理单元反馈读取到的标签信号，并发送到数据处理单元，标签信号包括读取到的标签EPC号和时间戳；

天线：正对输液瓶上所贴RFID标签处，天线与RFID阅读器连接，向外辐射电磁波，并接收RFID标签反射回的信号并传送给RFID阅读器；

所述数据处理单元与RFID阅读器相连，分析阅读器读取到的数据，执行输液状态判断算法，并将判断的结果发送到监控系统终端；数据处理单元执行输液状态判断算法。

输液状态判断算法：在开始输液后，使用RFID阅读器读取横贴在输液瓶上的RFID标签，动态调整功率和标签的读取率，并且保持该阅读器用该功率持续读取标签采集数据，计算实时读取率并与最大读取率进行比对，判断该输液瓶中液体是否低于RFID标签的位置；RFID标签的位置可以设置在靠近输液瓶瓶口的处，低于RFID标签的位置即为换水刻度。

监控系统终端：监控系统终端通过Internet与数据处理单元相连接，根据数据处理单元执行输液状态判定算法的结果，结合标签EPC号与输液人员身份信息的映射表，用界面实时显示病人的输液情况并对药液低于RFID标签的位置的病人向医护人员进行语音提醒。

本发明还公开了一种基于超高频RFID读取频次的输液监控方法，包括如下步骤：

步骤1，获取RFID标签最大的读取率；

步骤2，阅读器用最大功率采集数据，并按RFID标签epc对数据进行分类；

步骤3，对同一RFID标签动态调整功率，选择标签的读取率阈值范围；

步骤4，持续采集数据，对同一RFID标签的数据计算相应的实时读取率；

步骤5，将实时读取率与最大读取率进行比对，判断每个RFID标签对应输液瓶的输液情况并对药液低于RFID标签的位置的病人向医护人员进行提醒。

本发明中，步骤1中阅读器和RFID标签对应的最大读取率r_max通过手册或者通过实验得到，最大读取率r_max作为判断输液是否结束的一个重要基准参数。

本发明中，步骤2中：阅读器用最大功率实时采集RFID标签数据，每一条RFID标签数据包括标签EPC号epc和时间戳t，将以上信息表示为一个二元组{epc，t}，表示阅读器在t时刻接收到标签epc的一次回应，然后按照epc进行分类，同一个RFID标签的归为一类。

本发明中，步骤3中：统计每一类RFID标签每秒钟的读取次数，得到每个RFID标签的读取率，得到三元组{epc，r₀，n}，表示RFID标签epc在第n秒的读取率为r₀，设置一个阈值threshold₁，计算r₀与r_max的比值ratio₀，若满足ratio₀＞threshold₁，降低阅读器的功率，直到ratio₀≤threshold₁。

本发明中，步骤4中：持续采集数据，并计算每个RFID标签的实时读取率，得到实时的三元组{epc，r₁，n}，表示RFID标签epc在第n秒的读取率为r₁。

本发明中，步骤5包括如下步骤：

步骤5-1，设置一个阈值threshold₂，计算步骤4中的实时三元组的r₁与最大读取率r_max的比值ratio₁，若满足ratio₁＞threshold₂，则判定RFID标签所贴的输液瓶中液面已低于标签所在刻度；

步骤5-2，查询标签EPC号与输液人员的映射表，系统界面显示所有被监控输液人员的输液状态，并对药液低于标签所在刻度的病人向医护人员进行提醒。

本发明利用超高频RFID标签在阅读器同一模式同一功率下读取频次固定且不受距离影响，而且易受液体干扰这一特性，根据液面低于所贴RFID标签前后的RFID标签单位时间读取频次变化，来监控病人的输液情况，当输液瓶中药液低于某一刻度时向医护人员进行提醒。系统不需要为每一套输液装置进行单独复杂的配置，只需在每个输液瓶靠近瓶口处贴一个标签，部署一台RFID阅读器和天线，即可远距离同时监控多个输液病人的输液情况，对所有病人的输液状态进行界面显示，并对药液低于一定刻度的病人向医护人员进行语音提醒。

本发明基于现有输液瓶，将商用的RFID标签横贴于输液瓶外壁，利用液体对标签电磁波信号(单位时间内的读取频次)的影响，来判断输液瓶中的液面高度。本发明无需对输液瓶进行任何定制与改造，无需逐个对输液瓶进行复杂配置即可实现批量式监控，与现有方法有着本质的区别，部署简易并且可扩展性强。

有益效果：通过本方法实现了对病人输液态进行监控的目的，只需为每个输液瓶贴上包含病人身份信息的RFID标签，无需进行特殊操作和设置，系统就可以准确地监控多个病人的输液情况，免去了人为监护，不需要复杂逐一配置，在同时监控多个病人输液时也能很好地工作，减轻了医护工作人员的工作压力，提高了医院的工作效率，降低了成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明的输液监控系统结构框图。

图2是实施例的部署示意图。

图3是实施例的流程图。

图4是实施例的读取率随时间变化图

具体实施方式

实施例

本发明公开了一种基于超高频RFID读取频次的输液监控系统，如图1和图2所示，本实施例的监控系统包括输液瓶、RFID标签、天线、RFID阅读器、服务器、Internet和监控系统终端。

基于超高频RFID读取频次的输液监控系统由RFID信号采集设备、RFID信号处理设备与监控系统终端组成；其中，RFID信号采集设备由RFID标签、RFID阅读器和天线组成，RFID信号处理设备包括服务器(服务器即为数据处理单元)和输液状态判断算法，监控系统终端进行界面和语音提醒。各部分功能如下：

RFID标签：将RFID标签横贴在输液瓶靠近瓶口的外壁上。

RFID阅读器：外接天线，实时向服务器反馈读取到的标签信号，包括读取到的标签EPC号、时间戳。

天线：在正对输液瓶所贴标签且距输液瓶一段距离处放置一个天线，天线与RFID阅读器连接，向外辐射电磁波，并接收RFID标签反射回的信号传送给RFID阅读器。

服务器：服务器与RFID阅读器相连，分析阅读器读取到的数据，执行输液状态判断算法，并将判断的结果发送到监控系统终端。

输液状态判断算法：在开始输液后，使用RFID阅读器读取横贴在输液瓶上的RFID标签。动态调整功率使标签的读取率(即每秒的读取频次，下同)低于一定的阈值，并且保持该阅读器用该功率持续读取标签采集数据，计算实时读取率并与最大读取率进行比对，判断该输液瓶中液体是否低于某一刻度。

监控系统终端：监控系统终端通过Internet与服务器相连接，根据服务器执行输液状态判定算法的结果，结合标签EPC号与输液人员身份信息的映射表，用界面实时显示病人的输液情况并对药液低于一定刻度的病人向医护人员进行语音提醒。

本实施例提供了一种基于超高频RFID读取频次的输液监控方法，流程如图3所示，过程如下：

步骤1，根据阅读器和标签的型号，获取最大的读取率；

步骤2，阅读器开始用最大功率采集数据，并按RFID标签epc对数据进行分类；

步骤3，对同一标签动态调整功率，选择标签的读取率阈值范围；

步骤4，持续采集数据，对同一标签的数据计算相应的实时读取率；

步骤5，将实时读取率与最大读取率进行比对，判断每个标签对应输液瓶的输液情况并对药液低于RFID标签的位置的病人向医护人员进行语音提醒。

本发明中，步骤1包括：根据手册或者通过实验得到阅读器和标签对应的最大读取率r_max，最大读取率r_max作为判断输液是否结束的一个重要基准参数。

本发明中，步骤2包括：阅读器用最大功率实时采集标签数据，每一条RFID标签数据包括标签EPC号epc和时间戳t，将以上信息表示为一个二元组{epc，t}，表示阅读器在t时刻接收到标签epc的一次回应，然后按照epc进行分类，同一个标签的归为一类。

本发明中，步骤3包括：统计每一类标签每秒钟的读取次数，得到每个标签的读取率，得到三元组{epc，r₀，n}，表示标签epc在第n秒的读取率为r₀，设置一个阈值threshold₁，计算r₀与r_max的比值ratio₀，若满足ratio₀＞threshold₁，降低阅读器的功率，直到ratio₀≤threshold₁。

本发明中，步骤4包括：持续采集数据，并计算每个标签的实时读取率，得到实时的三元组{epc，r₁，n}，表示标签epc在第n秒的读取率为r₁。

本发明中，步骤5包括如下步骤：

步骤5-1，设置一个阈值threshold₂，计算步骤4中的实时三元组的r₁与最大读取率r_max的比值ratio₁，若满足ratio₁＞threshold₂，则认为该标签所贴的输液瓶中液面已低于标签所在刻度；

步骤5-2，查询标签EPC号与输液人员的映射表，系统界面显示所有被监控输液人员的输液状态，并对药液低于一定刻度的病人向医护人员进行语音提醒。

具体的为：

1、在距输液装置一段距离且正对输液瓶上所贴的标签处部署一个天线。在本实施例中，输液瓶为250ml生理盐水，天线与输液瓶均距地高100cm，天线与输液瓶相隔90cm，阅读器最大功率为32.5dBm，侧视图如图2所示。

2、输液瓶靠近瓶口处贴一个RFID标签，标签的EPC号可以唯一确定输液人员身份的ID号，并建立标签与输液人员的映射表。

3、获取最大读取率

当功率高于一定程度后，阅读器读取标签的单位时间读取频次是恒定的，不受距离、功率等等因素的影响。所以我们可以根据手册或者通过实验得到阅读器和标签对应的最大读取率r_max＝50，作为我们判断输液即将结束的一个重要基准参数。

4、数据分类

阅读器开始用最大功率实时采集标签数据，每一条RFID标签数据包括标签EPC号epc、时间戳t，将以上信息表示为一个二元组{epc，t}，表示阅读器在t时刻接收到标签epc的一次回应。然后按照epc进行分类，同一个标签的归为一类。

5、动态调整功率

统计每一类标签每秒钟的读取次数，即每个标签的读取率，得到三元组{epc，r₀，n}，表示标签epc在第n秒的读取率为r₀。设置一个阈值threshold₁＝30％，计算r₀与r_max的比值ratio₀，若满足ratio₀＞threshold₁，降低阅读器的功率，直到ratio₀≤threshold₁。

6、采集处理实时数据

持续采集数据，并计算每个标签的实时读取率，得到实时的三元组{epc，r₁，n}，表示标签epc在第n秒的读取率为r₁。

7、判断液面是否已低于标签

图4展示了标签读取率随时间变化而变化的趋势，其中横坐标表示输液时间，纵坐标表示标签的读取率，即每秒钟所读到的次数。在输液过程中，输液瓶中的液面随着时间的增长而不断降低。通过图4可以看出，在输液刚开始进行时，输液瓶中液面较高，标签的读取率值较低(趋近于0)。随着时间的流逝，液面高度降低，标签的读取率会有显著的提升，直至达到最大读取率。设置一个阈值threshold₂＝80％，计算步骤4中的实时读取率r₁与最大读取率r_max的比值ratio₁，若满足ratio₁＞threshold₂，则认为该标签所贴的输液瓶中液面已低于标签所在刻度。如图所示，最大读取率为50，当实际读取率大于40时，ratio₁＞threshold₂，此时判定到达输液停止时刻。系统查询标签EPC号与输液人员的映射表，对该标签代表的病人向医护人员发出具体的语音提醒。

本发明提供了一种基于超高频RFID读取频次的输液监控系统及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种基于超高频RFID读取频次的输液监控系统，其特征在于，包括设置在输液瓶外表面的RFID标签、天线、RFID阅读器以及数据处理单元；

所述天线用于向外辐射电磁波，并接收RFID标签反射回的RFID标签信号传送给RFID阅读器；

所述RFID阅读器实时向数据处理单元反馈读取到的RFID标签信号；

所述数据处理单元根据RFID标签信号判断输液瓶内的液面是否低于RFID标签位置，判断方法为：

初始状态下，通过调整RFID阅读器发射功率大小，将RFID阅读器对适配的RFID标签的实际读取率设置为RFID阅读器的最大读取率r_max的20％～40％；监控状态时，当实际读取率大于RFID阅读器的最大读取率的80％以上，则判定为液面低于RFID标签位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于超高频RFID读取频次的输液监控系统，其特征在于，所述RFID标签、RFID阅读器和天线组成RFID信号采集设备；

RFID标签：RFID标签横贴在输液瓶上；

RFID阅读器：实时向数据处理单元反馈读取到的标签信号，标签信号包括读取到的标签EPC号和时间戳；

天线：正对输液瓶上所贴RFID标签处，天线与RFID阅读器连接，向外辐射电磁波，并接收RFID标签反射回的信号并传送给RFID阅读器；

所述数据处理单元与RFID阅读器相连，分析阅读器读取到的数据，执行输液状态判断算法，并将判断的结果发送到监控系统终端；数据处理单元执行输液状态判断算法。

3.一种基于超高频RFID读取频次的输液监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，获取RFID标签最大的读取率；

步骤2，阅读器用最大功率采集数据，并按RFID标签epc对数据进行分类；

步骤3，对同一RFID标签动态调整功率，选择标签的读取率阈值范围；

步骤4，持续采集数据，对同一RFID标签的数据计算相应的实时读取率；

步骤5，将实时读取率与最大读取率进行比对，判断每个RFID标签对应输液瓶的输液情况并对药液低于RFID标签的位置的病人向医护人员进行提醒。

4.根据权利要求3所述的一种基于超高频RFID读取频次的输液监控方法，其特征在于，步骤1中阅读器和RFID标签对应的最大读取率r_max通过手册或者通过实验得到。

5.根据权利要求3所述的一种基于超高频RFID读取频次的输液监控方法，其特征在于，步骤2中：阅读器用最大功率实时采集RFID标签数据，每一条RFID标签数据包括标签EPC号epc和时间戳t，将以上信息表示为一个二元组{epc,t}，表示阅读器在t时刻接收到标签epc的一次回应，然后按照epc进行分类，同一个RFID标签的归为一类。

6.根据权利要求3所述的一种基于超高频RFID读取频次的输液监控方法，其特征在于，步骤3中：统计每一类RFID标签每秒钟的读取次数，得到每个RFID标签的读取率，得到三元组{epc,r₀,n}，表示RFID标签epc在第n秒的读取率为r₀，设置一个阈值threshold₁，计算r₀与r_max的比值ratio₀，若满足ratio₀＞threshold₁，降低阅读器的功率，直到ratio₀≤threshold₁。

7.根据权利要求3所述的一种基于超高频RFID读取频次的输液监控方法，其特征在于，步骤4中：持续采集数据，并计算每个RFID标签的实时读取率，得到实时的三元组{epc,r₁,n}，表示RFID标签epc在第n秒的读取率为r₁。

8.根据权利要求3所述的一种基于超高频RFID读取频次的输液监控方法，其特征在于，步骤5包括如下步骤：

步骤5-1，设置一个阈值threshold₂，计算步骤4中的实时三元组的r₁与最大读取率r_max的比值ratio₁，若满足ratio₁＞threshold₂，则判定RFID标签所贴的输液瓶中液面已低于标签所在刻度；

步骤5-2，查询标签EPC号与输液人员的映射表，系统界面显示所有被监控输液人员的输液状态，并对药液低于标签所在刻度的病人向医护人员进行提醒。