CN213545323U - 一种基于rfid的生物样本库智能管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于RFID的生物样本库智能管理系统及其管理方法，包括云端服务器、终端设备、便携式样本盒扫描仪和样本盘点仪，便携式样本盒扫描仪用于扫描样本盒，样本盘点仪用于盘点样本盒内的样本试管；样本盘点仪包括中央处理单元、天线控制模块、射频识别模块、射频单元和应答单元，射频单元包括多个无线射频天线，应答单元包括多个RFID电子标签，RFID电子标签附着在样本盒上，每个无线射频天线对应应答单元的其中一个RFID电子标签，无线射频天线与射频识别单元配合，由中央处理单元与云端服务器对不同的RFID电子标签进行比对。本实用新型可以有效进行数字化管理，完善了生物样本库的识别和追踪样本。

Description

一种基于RFID的生物样本库智能管理系统

技术领域

本实用新型属于生物样本管理领域，尤其涉及一种基于RFID的生物样本库智能管理系统。

背景技术

生物样本库又称生物银行(Biobank)，主要是指标准化收集、处理、储存和应用健康和疾病生物体的生物大分子、细胞、组织和器官等样本(包括人体器官组织、全血、血浆、血清、生物体液或经处理过的生物样本(DNA、RNA、蛋白等)以及与这些生物样本相关的临床、病理、治疗、随访、知情同意等资料及其质量控制、信息管理与应用系统。

目前绝大部分医院或者科研单位采用的人工方式来管理生物样本库。存在如下诸多问题：

保存箱空间利用率：样本积累到一定数量后，手工方式查找和存放样本非常困难而且容易出错，存放样本的容器(例如冰箱、液氮罐) 利用效率也会逐渐降低。因为一开始样本可能是分类顺序存放的，但是根据科研需求的不同，取样会从容器的不同位置取走样本，一段时间后，容器中会产生大量的零散空位却无法有效利用。这就需要利用信息化系统来进行样本存放位置的自动分配和查找，提高冰箱等容器的空间利用效率。

取样的准确性：这直接关系到实验结果和研究结论，有时却被忽视了。我们曾经听说过这样的事例：一个研究某种女性疾病的课题，提供了一批患者样本给商业服务机构进行基因分析，实验过程中却发现其中一些样本对应的患者是男性，这就使得这一批样本基本失去了价值。要避免这样的问题出现，可以通过已经很成熟的低温条形码标签技术，扫描条形码在软件工具中进行相关信息的核对，就能有效的确保取样的准确性。

配套临床资料的管理：收集和保存样本的目的是为了根据临床科研的需要，对病人的样本进行筛选，通过分子生物学实验得到患者外在症状和内在的基因、蛋白等表达之间的关联，如果一份样本缺乏完整配套的临床资料，则筛选的依据不足，样本的科研价值就大打折扣了。

生物样本的质量控制：包括样本采集分装、入库、取样、出库整个过程中对样本质量的监控，避免样本出现污染、降解等质量问题。

因此，如何提高各生物样本库实验的安全可靠性，同时实现数据的自动记录以便于日后的查询、分析、统计，是现有技术中需要解决的问题。

在生物样本库管理的信息化进程中，出现了采用二维码识别技术的方案。

使用二维码管理可以使生物样本库的管理规范化。通过扫描样本管侧面或底部的二维码，配套查询对应的数据库，可以很快的得到该样本的信息。

同时，二维码相比于传统人工管理方式具有管理简便、样本信息正确等诸多优势，满足生物样本库的信息化管理。同时，二维码标签成本低廉，对需要部署二维码识别方案的样本库而言，升级难度小。

二维码识别技术也不可避免的出现问题：

1.二维码在国际范围内没有统一的编码协议，配套的数据库开发难度高

2.在实际使用场景中，由于生物样本通常储存在低温或超低温环境中，带有二维码标签的生物样本管取出后，容易在表面形成霜雾，影响二维码读取器的正常读取。如果使用除霜机或等待霜雾消散，则需要将样本较长时间置于非低温环境，容易造成生物样本的变质

3.二维码识别器采用激光等可见光识别样本信息，系统结构复杂，往往需要多次对焦等过程来实现多个二维码读取。由于结构的复杂度，将二维码识别器应用到自动化管理领域也存在困难。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种可以有效进行数字化管理，完善了生物样本库的识别和追踪样本，针对不同生物样本分配唯一电子编号，每一个环节的处理都由计算机根据唯一性来核对生物样本的正确性，任何错误系统都会通过语音和图像自动报警，系统可对实验流程严格控制，避免漏掉操作环节；杜绝实验室人为因素出现的失误；为实验室的管理提供数据支持所有的操作数据自动记录，永久保存，可追溯，可检索，可自动分析出报表的基于RFID的生物样本库智能管理系统。

本实用新型的技术方案：一种基于RFID的生物样本库智能管理系统，包括云端服务器、连接在云端服务器上的终端设备、便携式样本盒扫描仪和样本盘点仪，所述便携式样本盒扫描仪用于扫描样本盒，所述样本盘点仪用于盘点样本盒内的样本试管；所述样本盘点仪包括中央处理单元、连接在中央处理单元上的天线控制模块和射频识别模块、连接在天线控制模块和射频识别模块上的射频单元以及连接在射频单元上的应答单元，所述射频单元包括多个无线射频天线，所述应答单元包括多个RFID电子标签，所述RFID电子标签附着在样本盒上，每个所述无线射频天线对应应答单元的其中一个RFID电子标签，所述无线射频天线与所述射频识别单元配合，由中央处理单元与云端服务器对不同的RFID电子标签进行比对。

优选地，所述中央处理单元采用嵌入式微处理器，中央处理单元控制天线控制模块与射频识别模块，并与云端服务器通信，接受云端服务器指令，并对收到的数据进行前端处理后发送至云端服务器。

优选地，所述天线控制模块为通用射频开关，射频开关接收并解码中央处理单元的控制信号，控制任意时刻的任意射频单元通断。

优选地，所述射频识别模块为RFID读写器，设计按位置的多天线读写与指定位置的单天线读写，配合天线控制模块进行轮询操作。

优选地，所述射频单元设计为矩阵式，即矩阵RFID天线，受天线控制模块控制，不同位置天线无串扰，以实现对RFID标签的精准定位，且无线射频天线采用UHF频段天线，并设计为近场天线，以减小天线间的干扰。

优选地，所述应答单元的RFID电子标签为生物样本的身份识别特征，采用EPC-C1-G2全球统一编码，拥有全球唯一身份识别码。

一种基于RFID的生物样本库智能管理系统的管理方法，将生物样本库中的样本盒和样本试管与RFID电子标签绑定；用户通过终端设备与云端服务器通信；基于RFID识别技术制作的便携式样本盒扫描仪与样本盘点仪与云端服务器相连；用户在终端设备中控制RFID 读写器工作，通过设计矩阵RFID天线，由天线控制模块按位置控制无线射频天线的通断，由射频识别模块发送读取指令，读取到生物样本附着的RFID电子标签，由中央处理单元汇总并得到带有位置信息的生物样本数据，以实现通过RFID技术对生物样本的盘点与定位功能。

优选地，一种基于RFID的生物样本库智能管理系统的管理方法，具体步骤如下：

1)用户登录终端设备，云端服务器根据登陆信息记录操作者；

2)录入：

a)用户使用终端设备控制样本盘点仪进入录入工作模式；

b)将需录入样本放在录入位置；

c)需录入样本特征码将被样本盘点仪采集，并通过云端处理器反映在终端设备上；

d)用户将需录入的样本信息记录在该特征码所对应的数据库中；

e)用户将该样本需要放入的样本盒放置在读取区；

f)读取该样本盒特征码，并记录该样本放入样本盒的位置；

g)录入过程结束。

3)盘点：

a)用户使用终端设备控制样本盘点仪进入盘点工作模式；

b)将样本盒整个放置在样本盘点仪中；

c)首先读取样本盒特征码，确认样本盒信息；

d)进入轮询工作模式，按位置读取样本盒内样本的特征码；

e)读取完毕，将读取到的特征码与数据库原有数据匹配，并反映到设备终端显示界面；

f)判断异常情况并反馈给用户；

g)盘点过程结束。

4)查找：

a)用户在终端设备输入查找条件；

b)系统根据数据库给出样本所在位置信息；

c)用户根据该信息，首先使用便携式样本盒扫描仪扫描样本所在样本盒；

d)将对应样本盒放入样本盘点仪读取区，进行指定位置读取，以确认该位置的样本是否为所需要的样本；

e)查找过程结束。

优选地，用户在查找、使用、放回、移位生物样本时，都应进行重新入库前的盘点并在系统中记录操作，以确保生物样本数据的正确性。

优选地，RFID电子标签具有抗大剂量gamma辐射后仍能正常工作的能力，能在生物样本管经医用灭菌后保持功能。

本实用新型的有益效果如下：

1)可以有效进行数字化管理，完善了生物样本库的识别和追踪样本：a)提取、分装后的样本应能通过信息系统追溯到原始样本并与其信息相关联；b)每份样本在信息系统中应有且仅有唯一识别符号； c)样本从采集到处理、储存、配送运输、使用后剩余返回重新储存等的全过程都应被有效记录；d)生物样本的转移应被及时记录，信息系统能追溯到每一个样本储存位置的变更；

2)解决了生物样本库采集保存过程中的安全性担忧，针对不同生物样本分配唯一电子编号，每一个环节的处理都由计算机根据唯一性来核对生物样本的正确性，任何错误系统都会通过语音和图像自动报警，系统可对实验流程严格控制，避免漏掉操作环节；

3)杜绝实验室人为因素出现的失误，为实验室的管理提供数据支持所有的操作数据自动记录，永久保存，可追溯，可检索，可自动分析出报表，为实验室的流程改善取到积极的推动意义。

附图说明

图1为本实用新型的系统连线图；

图2为本实用新型的系统框图；

图3为本实用新型中RFID读写器的阵列天线电路原理图；

图4为图3中I处的放大示意图；

图5为图3中II处的放大示意图；

图6为图3中III处的放大示意图；

图7为图3中Ⅳ处的放大示意图；

图8为图3中Ⅴ处的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明，但并不是对本实用新型保护范围的限制。

如图1-8所示，一种基于RFID的生物样本库智能管理系统，包括云端服务器、连接在云端服务器上的终端设备、便携式样本盒扫描仪和样本盘点仪，所述便携式样本盒扫描仪用于扫描样本盒，所述样本盘点仪用于盘点样本盒内的样本试管；所述样本盘点仪包括中央处理单元、连接在中央处理单元上的天线控制模块和射频识别模块、连接在天线控制模块和射频识别模块上的射频单元以及连接在射频单元上的应答单元，所述射频单元包括多个无线射频天线，所述应答单元包括多个RFID电子标签，所述RFID电子标签附着在样本盒上，每个所述无线射频天线对应应答单元的其中一个RFID电子标签，所述无线射频天线与所述射频识别单元配合，由中央处理单元与云端服务器对不同的RFID电子标签进行比对。

所述中央处理单元采用嵌入式微处理器，中央处理单元控制天线控制模块与射频识别模块，并与云端服务器通信，接受云端服务器指令，并对收到的数据进行前端处理后发送至云端服务器。

所述天线控制模块为通用射频开关，射频开关接收并解码中央处理单元的控制信号，控制任意时刻的任意射频单元通断。

所述射频识别模块为RFID读写器，设计按位置的多天线读写与指定位置的单天线读写，配合天线控制模块进行轮询操作。

所述射频单元设计为矩阵式，即矩阵RFID天线，受天线控制模块控制，不同位置天线无串扰，以实现对RFID标签的精准定位，且无线射频天线采用UHF频段天线，并设计为近场天线，以减小天线间的干扰。

所述应答单元的RFID电子标签为生物样本的身份识别特征，采用EPC-C1-G2全球统一编码，拥有全球唯一身份识别码。

一种基于RFID的生物样本库智能管理系统的管理方法，将生物样本库中的样本盒和样本试管与RFID电子标签绑定；用户通过终端设备与云端服务器通信；基于RFID识别技术制作的便携式样本盒扫描仪与样本盘点仪与云端服务器相连；用户在终端设备中控制RFID 读写器工作，通过设计矩阵RFID天线，由天线控制模块按位置控制无线射频天线的通断，由射频识别模块发送读取指令，读取到生物样本附着的RFID电子标签，由中央处理单元汇总并得到带有位置信息的生物样本数据，以实现通过RFID技术对生物样本的盘点与定位功能。

一种基于RFID的生物样本库智能管理系统的管理方法，具体步骤如下：

1)用户登录终端设备，云端服务器根据登陆信息记录操作者；

2)录入：

a)用户使用终端设备控制样本盘点仪进入录入工作模式；

b)将需录入样本放在录入位置；

c)需录入样本特征码将被样本盘点仪采集，并通过云端处理器反映在终端设备上；

d)用户将需录入的样本信息记录在该特征码所对应的数据库中；

e)用户将该样本需要放入的样本盒放置在读取区；

f)读取该样本盒特征码，并记录该样本放入样本盒的位置；

g)录入过程结束。

3)盘点：

a)用户使用终端设备控制样本盘点仪进入盘点工作模式；

b)将样本盒整个放置在样本盘点仪中；

c)首先读取样本盒特征码，确认样本盒信息；

d)进入轮询工作模式，按位置读取样本盒内样本的特征码；

e)读取完毕，将读取到的特征码与数据库原有数据匹配，并反映到设备终端显示界面；

f)判断异常情况并反馈给用户；

g)盘点过程结束。

4)查找：

a)用户在终端设备输入查找条件；

b)系统根据数据库给出样本所在位置信息；

c)用户根据该信息，首先使用便携式样本盒扫描仪扫描样本所在样本盒；

d)将对应样本盒放入样本盘点仪读取区，进行指定位置读取，以确认该位置的样本是否为所需要的样本；

d)查找过程结束。

用户在查找、使用、放回、移位生物样本时，都应进行重新入库前的盘点并在系统中记录操作，以确保生物样本数据的正确性。

RFID电子标签具有抗大剂量gamma辐射后仍能正常工作的能力，能在生物样本管经医用灭菌后保持功能。

Claims (6)

1.一种基于RFID的生物样本库智能管理系统，其特征在于：其包括云端服务器、连接在云端服务器上的终端设备、便携式样本盒扫描仪和样本盘点仪，所述便携式样本盒扫描仪用于扫描样本盒，所述样本盘点仪用于盘点样本盒内的样本试管；所述样本盘点仪包括中央处理单元、连接在中央处理单元上的天线控制模块和射频识别模块、连接在天线控制模块和射频识别模块上的射频单元以及连接在射频单元上的应答单元，所述射频单元包括多个无线射频天线，所述应答单元包括多个RFID电子标签，所述RFID电子标签附着在样本盒上，每个所述无线射频天线对应应答单元的其中一个RFID电子标签，所述无线射频天线与所述射频识别单元配合，由中央处理单元与云端服务器对不同的RFID电子标签进行比对。

2.根据权利要求1所述的一种基于RFID的生物样本库智能管理系统，其特征在于：所述中央处理单元采用嵌入式微处理器，中央处理单元控制天线控制模块与射频识别模块，并与云端服务器通信，接受云端服务器指令，并对收到的数据进行前端处理后发送至云端服务器。

3.根据权利要求1所述的一种基于RFID的生物样本库智能管理系统，其特征在于：所述天线控制模块为通用射频开关，射频开关接收并解码中央处理单元的控制信号，控制任意时刻的任意射频单元通断。

4.根据权利要求1所述的一种基于RFID的生物样本库智能管理系统，其特征在于：所述射频识别模块为RFID读写器，设计按位置的多天线读写与指定位置的单天线读写，配合天线控制模块进行轮询操作。

5.根据权利要求1所述的一种基于RFID的生物样本库智能管理系统，其特征在于：所述射频单元设计为矩阵式，即矩阵RFID天线，受天线控制模块控制，不同位置天线无串扰，以实现对RFID标签的精准定位，且无线射频天线采用UHF频段天线，并设计为近场天线，以减小天线间的干扰。

6.根据权利要求1所述的一种基于RFID的生物样本库智能管理系统，其特征在于：所述应答单元的RFID电子标签为生物样本的身份识别特征，采用EPC-C1-G2全球统一编码，拥有全球唯一身份识别码。

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