CN104134087A - 射频识别系统及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种射频识别系统及其制作方法，该射频识别系统包括：托盘、主天线模块、四个辅助天线模块、射频处理组件及射频通道组件，托盘的底面及四个侧面围成容置腔，用于容置医疗器械；主天线模块位于底面；四个辅助天线模块分别位于四个侧面处；射频通道组件用于连通射频处理组件、主天线模块及四个辅助天线模块，形成一射频识别通路；当射频信号进入托盘时，主天线模块及四个辅助天线模块辐射射频信号，从而使得容置腔完全被射频信号覆盖，此时，可通过射频识别通道对容置腔中的医疗器械进行识别。本发明提供的射频识别系统可形成一个无死角识别的空间矩阵三维射频场，可准确识别医疗器械。

Description

射频识别系统及其制作方法

技术领域

本发明属于医疗器械和通讯领域，具体涉及一种用于识别医疗器械的射频识别系统。

背景技术

根据国家2004年由卫生部颁布的《医疗器械注册管理办法》和2008年国药发布的《医疗器械不良事件监测和再评价管理办法》，对于手术器械的管理提出可追踪、可追溯的要求，同时需要符合GMP（Good Manufacturing Practice）认证，但是医疗器械由于种类繁多，形状各异，数量巨大，使用环境要求复杂的特点，传统的人工记录已经不能适应法律法规的要求，随着科技的发展和基础产业能力的提升，新型基于超高频自动识别设备(UHF-RFID，Ultra High Frequency-Radio Frequency Identification)能解决以上一系列的问题；传统的方式是基于人工手工清点，手工记录，无法形成系统管理，无法形成器械使用数据和报告，同时需要大量的人力来维护数量巨大的医疗器械，管理成本高昂，严重制约医疗器械实现精益管理的进程；同时手术准备时间长，使用中甚至有遗落人体的重大医疗事故发生，延误抢救的第一时间，带来严重的不良后果，甚至引起不必要的医患纠纷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种射频识别系统，通过设计一个具有空间矩阵三维射频场的托盘，达到识别医疗器械的目的。

为实现上述发明目的，本发明提供一种射频识别系统，用于识别医疗器械，该医疗器械具有射频识别信号，该射频识别系统包括托盘、主天线模块、四个辅助天线模块、射频处理组件及射频通道组件，该托盘包含底面及与该底面相垂直的四个侧面，该底面及该四个侧面围成一容置腔，该容置腔用于容置该医疗器械；该主天线模块位于该底面；该四个辅助天线模块分别位于该四个侧面处；该射频处理组件用于发送、接收及处理射频信号；该射频通道组件用于连通该射频处理组件、该主天线模块及该四个辅助天线模块，从而形成一射频识别通路，该射频通道组件用于传输该射频信号；其中，当该射频信号由该射频通道组件传输进入该托盘时，该主天线模块及该四个辅助天线模块辐射该射频信号，从而使得该容置腔完全被该射频信号覆盖，此时，当该医疗器械容置于该容置腔中时，可通过该射频识别通道对该医疗器械进行识别。

作为本发明的进一步改进，该主天线模块及该四个辅助天线模块分别内嵌并密封于该托盘的该底面及该四个侧面内。

作为本发明的进一步改进，该射频处理组件包括：数字信号处理器、射频功率放大器及多路复用器模块，该数字信号处理器用于发射该射频信号；该射频功率放大器用于调整该射频信号；该多路复用器模块用于将该射频信号通过该射频通道组件传递到该主天线模块及该四个辅助天线模块。

作为本发明的进一步改进，该多路复用器模块包括前向发射功率传感器、智能扫描单元及互补金属氧化物半导体控制端。

作为本发明的进一步改进，该射频通道组件包括：射频触点及复数根射频连接线缆，该射频触点用于导通该主天线模块及该四个辅助天线模块；该复数根射频连接线缆用于导通该多路复用器模块及该射频触点。

作为本发明的进一步改进，该射频触点包括：主动射频触点及被动射频触点，该主动射频触点用于连接该主天线模块及该四个辅助天线模块，且该主动射频触点内嵌于该托盘内；该被动射频触点与该复数根射频连接线缆连接，且该被动射频触点与该主动射频触点配合导通。

作为本发明的进一步改进，该主天线模块由陶瓷蚀刻材料制成，该四个辅助天线模块由玻纤板蚀刻材料制成。

作为本发明的进一步改进，该射频信号为不连续信号。

本发明还提供一种射频识别系统制作方法，该射频识别系统用于识别医疗器械，该医疗器械具有射频识别信号，该方法包括：

提供一托盘，该托盘包含底面及与该底面相垂直的四个侧面，该底面及该四个侧面围成一容置腔，该容置腔用于容置该医疗器械；

提供一主天线模块，安装该主天线模块于该底面处；

提供四个辅助天线模块，分别安装该四个天线模块于该四个侧面内；

提供一射频处理组件，该射频处理组件用于发送、接收及处理射频信号；

提供一射频通道组件，利用该射频通道组件连通该射频处理组件、该主天线模块及该四个辅助天线模块，从而形成一射频识别通路，该射频通道组件用于传输该射频信号；

其中，当该射频信号由该射频通道组件传输进入该托盘时，该主天线模块及该四个辅助天线模块辐射该射频信号，从而使得该容置腔完全被该射频信号覆盖，此时，当该医疗器械容置于该容置腔中时，可通过该射频识别通道对该医疗器械进行识别。

本发明还提供一种射频识别系统，用于识别医疗器械，该医疗器械具有射频识别信号，该射频识别系统包括：主天线模块、四个辅助天线模块、射频处理组件及射频通道组件，该四个辅助天线模块垂直设置于该主天线模块的四周，该四个辅助天线模块与该主天线模块围成一容置腔，该容置腔用于容置该医疗器械；该射频处理组件用于发送、接收及处理射频信号；该射频通道组件用于连通该射频处理组件、该主天线模块及该四个辅助天线模块，从而形成一射频识别通路，该射频通道组件用于传输该射频信号；其中，当该射频信号由该射频通道组件传输进入该容置腔时，该主天线模块及该四个辅助天线模块辐射该射频信号，从而使得该容置腔完全被该射频信号覆盖，此时，当该医疗器械容置于该容置腔中时，可通过该射频识别通道对该医疗器械进行识别。

与现有技术相比，本发明提供的射频识别系统的在托盘的底面及四个侧面均设置有天线，可形成一个无死角识别的空间矩阵三维射频场，可准确识别医疗器械，有效解决了器械管理无法追踪和追溯的问题，同时解决了运行效率低、人为医疗事故、抢救时间长等一系列问题。

附图说明

图1是本发明天线模组的爆炸示意图。

图2是本发明天线模组的组合示意图。

图3是本发明射频通道组件及射频处理组件的结构示意图。

图4是本发明医疗器械结构示意图。

图5是本发明射频信号发送的时序图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明内所描述的表达位置与方向的词，均是以器械操作者作为参照，靠近操作者的一端为近端，远离操作者的一端为远端。

如图1-3所示，图1是本发明天线模组的爆炸示意图，图2是本发明天线模组的组合示意图，图3是本发明射频通道组件及射频处理组件的结构示意图。本发明的射频识别系统主要用于识别医疗器械，但不以此为限。如图1-图3所示，本发明的射频识别系统包括：如图1及图2所示的天线模组100以及如图3所示的射频通道组件（未图示）及射频处理组件200。如图1及图2所示，本发明的天线模组100包括：托盘21、主天线模块111、四个辅助天线模块（第一辅助天线模块112、第二辅助天线模块113、第三辅助天线模块114、第四辅助天线模块115），托盘21包含底面211及与该底面21相垂直的四个侧面（第一侧面212、第二侧面213、第三侧面214、第四侧面215），该底面21及该四个侧面（212-215）围成一容置腔300，该容置腔300用于容置该医疗器械（未图示）；该主天线模块111位于该底面211，该四个辅助天线模块（112-115）分别位于该四个侧面（212-215），即第一辅助天线模块112位于该第一侧面212，该第二辅助天线模块113位于该第二侧面213，该第三辅助天线模块114位于该第三侧面214，该第四辅助天线模块115位于该第四侧面215。如图2及图3所示，该射频处理组件200用于发送、接收及处理射频信号；该射频通道组件（未图示）用于连通该射频处理组件200、该主天线模块111及该四个辅助天线模块（112-115），从而形成一射频识别通路，该射频通道组件用于传输该射频信号；其中，当该射频信号由该射频通道组件传输进入该托盘21时，该主天线模块111及该四个辅助天线模块（112-115）辐射该射频信号，从而使得该容置腔300完全被该射频信号覆盖，此时，当该医疗器械容置于该容置腔300中时，可通过该射频识别通道对该医疗器械进行识别。其中，待识别的医疗器械需要具备射频识别信号，本发明的待识别的医疗器械需要预先植入UHF-RFID抗金属芯片才能被该射频识别通道所识别，如图4所示，图4是本发明医疗器械结构示意图。本发明以图4所示的手术剪刀400为例，在手术剪刀400上植入抗金属芯片401，当该手术剪刀400放入本发明的托盘21中或者从托盘21中取出时，射频识别通道会自动形成取用记录。

如图2所示，该主天线模块111及该四个辅助天线模块（112-115）分别内嵌并密封于该托盘21的该底面211及该四个侧面（212-215）内。本发明可使用全封闭模压和树脂胶封技术，实现托盘21可拆卸清洗、防二次污染、防消毒药水腐蚀同时可以直接进行高温消毒灭菌。该主天线模块111由低介电常数的陶瓷蚀刻材料制成，该四个辅助天线模块（112-115）由低介电常数的玻纤板蚀刻材料制成。

本发明的射频通道组件如图2及图3所示，该射频通道组件包括射频触点及复数根射频连接线缆42，该射频触点包括如图2所示的主动射频触点31以及如图3所示的被动射频触点41，该主动射频触点31用于连接该主天线模块111及该四个辅助天线模块（112-115），且该主动射频触点31内嵌于该托盘21内，该主射频触点31的设置可类似于该主天线模块111的设置，即密封于该底面211，但不以此为限，主射频触点31的位置也可位于托盘21的其他位置，可据具体情况而定；该被动射频触点41与该复数根射频连接线缆42连接，且该被动射频触点41与该主动射频触点31配合导通。该主动射频触点31及该被动射频触点41形成闭合射频通道，该主动射频触点31及该被动射频触点41的表面镀金，减少射频传输损耗。该复数根射频连接线缆42为一组3GHz的射频电缆，依照实际衍生产品要求通过布线槽进行布线，该复数根射频连接线缆42用于导通该射频处理组件200。

如图3所示，该射频处理组件200包括数字信号处理器70、射频功率放大器60及多路复用器模块50，该数字信号处理器70、射频功率放大器60及多路复用器模块50三者之间电性连接，该多路复用器模块50同于与该复数根射频连接线缆42连接。该数字信号处理器70用于发射该射频信号；该射频功率放大器60用于调整该射频信号；该多路复用器模块50用于将该射频信号通过该射频通道组件传递到该主天线模块111及该四个辅助天线模块（112-115）。该多路复用器模块50包括前向发射功率传感器、智能扫描单元及互补金属氧化物半导体（CMOS）控制端，该多路复用器模块50安装于靠近被动射频触点41的位置，超小体积嵌入式安装。

下面详细讲述本发明的射频识别系统的工作原理。

首先，由数字信号处理器发出初始950MHz射频信号，这个射频信号符合ISO18000-6C规定的UHF-RFID识别信号，经过射频功率放大器60调整后，传送到多路复用器模块50，其中，所述的射频信号为双向传输信号。

然后，依据多路复用器模块50提供的前向发射功率传感器进行自动功率预设，形成自动增益控制(AGC, Automatic Gain Control)闭环调节；多路复用器模块50接收到射频功率放大器60发射的射频信号，依据预设定的扫描顺序，将射频信号分配到复数根射频连接线缆42规定的8个通道中，但不以此为限，本发明并非限定为8个通道。依照实际情况可以规定扫描所需要的通道数量，本发明需要至少5个通道，本发明以5个通道为例。

最后，射频信号再通过被动射频触点41传输到天线模组100中，在实际使用中，5个通道的功率各不相同且都已达到最高效率发射和接收，通常使用有效全向辐射功率（EIRP，Effective Isotropic Radiated Power）规定的信噪比（SNR，Signal to Noise Ratio）指标来衡量需要的发射功率，天线模组100在接收到扫描的射频信号后形成三维空间的功率谱辐射，将射频信号均匀分布在托盘21内。

每个射频连接线缆42发射的射频信号一般为不连续信号，这样做的目的是减少射频辐射量，本发明以50HZ~200HZ的频次进行断续发送，断续频率依照实际要求进行设置，为了避免工频干扰，本发明选择140HZ作为断续频率进行发送。

图5是本发明射频信号发送的时序图。数字信号处理器70以7.14毫秒的速度发送射频识别频率为950MHz的射频信号，经过射频功率放大器60的调整及多路复用器模块50分配，将断续的射频信号分配到复数根射频连接线缆42上，图5中的CH1-CH5分别为每一根射频连接线缆42形成的各个通道的实际射频信号，CH为数字信号处理器70发出的射频信号，数字信号处理器70发出的每个频率组将按照时间均匀分布到每一根射频连接线缆42的通道上，此时的占空比423为7.14/5=1.43毫秒；本发明在实际使用中将第一根射频连接电缆42的通道CH1作为主通道输送到主天线模块111上，在自动识别过程中主天线模块111作为主要识别信号，其他射频连接电缆42形成的通道(CH2-CH5)作为辅助通道，依据实际要求，辅助通道(CH2-CH5)仅在出现托盘21中器械堆叠、信号微弱的情况下使用，所有裁定依据接收信号强度(RSS，Received Signal Strength)水平。如果只有主通道CH1工作，那么主通道CH1的占空比将和数字信号处理器70发出的射频信号CH的占空比一致，即将其他4个通道(CH2-CH5)的所有时间应用到主通道CH1中以达到最高射频传输合伙的最大接收信号强度(RSS)水平。

本发明需要使用预先植入UHF-RFID抗金属芯片到医疗器械上才能被托盘别，如图4所示，当手术剪刀400的抗金属芯片401在射频辐射的情况下获得能源进行工作时，通过调制的方式将手术剪刀400的预存的ID信号通过射频识别通道反馈到主天线模块111中形成前向接收信号，与上述原理一样，调制信号会经过复数根射频连接电缆42的通道传输到多路复用器模块50进行前向通道信号水平识别，通过智能分配控制器的工作并配合数字信号处理器70对射频功率放大器60自动进行调整，形成高增益高灵敏度接受前向信号，经过数字信号处理器70的处理和算法实现医疗器械在空间矩阵三维射频场中进行准确识别。

此外，主天线模块111和四个辅助天线模块（112-115）不仅作为射频的发射天线，同时也作为接收天线形成双向射频通讯通道，将医疗器械的ID信号传输到数字信号处理器70上进行识别，在识别过程中需要完成两个必要的工作，一是接收信号强度（RSS）水平值是否稳定，如果信号偏弱或者时有时无，这时数字信号处理器70将自动启动辅助通道(CH2-CH5)识别，即将射频信号依次加载到4个辅助天线模块（112-115）中，并对每个辅助通道（CH2-CH5）收到的接收信号强度（RSS）水平进行评定，选择最优的信号作为最终读写信号，例如当经过第二辅助天线模块113的接收信号强度（RSS）水平在50%及以上时，这时可以关闭主天线模块111，第一辅助天线模块112，第三辅助天线模块114，第四辅助天线模块115，并将所有能量加载到第二辅助天线模块113，此时将获得大于50%的接收信号强度（RSS）值，这时可以稳定读写需要的医疗器械信息。

 进一步的，多路复用器模块50的通道控制指令可以根据主机要求进行切换，为了节省主机工作资源消耗，多路复用器模块50可以预先进行个通道能量分配，最后听从主机将需要的通道进行锁定，其优先级低于主机控制优先级。

本发明的主要部分为主天线模块111及四个辅助天线模块（112-115）以及配合其工作的复数根射频连接电缆42和多路复用器模块50，在实际设计过程中需要借助三维电磁仿真软件（HFSS，High Frequency Structure Simulator）进行仿真，在样机阶段需要借助网络分析仪进行功率场标定，在标定过程中一定需要将托盘21中的所有死角消除，以达到100%识别效率。

本发明为手术室器械管理产品系列其中一个重要的组件，这个组件将是所有带智能芯片的手术器械信息进行收集的必要前提，由本发明可以延伸到智能器械台、智能护士托盘、污物桶、快速清点设备、发行设备、智能存取设备、示教系统等一些列产品中，其突出特点：可拆卸，参与全程灭菌，自动识别，自动清点，自动库存提醒，消毒灭菌效期提醒，使用记录等，为解决传统的人工清点问题起到核心组件的作用。

本发明还提供一种射频识别系统制作方法，该射频识别系统用于识别医疗器械，该医疗器械具有射频识别信号，该制作方法与前述的射频识别系统相互对应，因此，细节描述在此不再赘述，结合图1-图3，该方法包括：

提供一托,21，该托盘21包含底面211及与该底面211相垂直的四个侧面（212-215），该底面211及该四个侧面（212-215）围成一容置腔300，该容置腔300用于容置该医疗器械；

提供一主天线模块111，安装该主天线模块111于该底面211处；

提供四个辅助天线模块（112-115），分别安装该四个天线模块（112-115）于该四个侧面（212-215）内；

提供一射频处理组件200，该射频处理组件200用于发送、接收及处理射频信号；

提供一射频通道组件，利用该射频通道组件连通该射频处理组件200、该主天线模块111及该四个辅助天线模块（112-115），从而形成一射频识别通路，该射频通道组件用于传输该射频信号；

其中，当该射频信号由该射频通道组件传输进入该托盘21时，该主天线模块111及该四个辅助天线模块（112-115）辐射该射频信号，从而使得该容置腔300完全被该射频信号覆盖，此时，当该医疗器械容置于该容置腔300中时，可通过该射频识别通道对该医疗器械进行识别。

本发明另外还提出另一实施例的射频识别系统，用于识别医疗器械，该医疗器械具有射频识别信号，该射频识别系统包括：主天线模块111、四个辅助天线模块（112-115）、射频处理组件200及射频通道组件，该四个辅助天线模块（112-115）垂直设置于该主天线模块111的四周，该四个辅助天线模块111与该主天线模块（112-115）围成一容置腔300，该容置腔300用于容置该医疗器械；该射频处理组件200用于发送、接收及处理射频信号；该射频通道组件用于连通该射频处理组件200、该主天线模块111及该四个辅助天线模块（112-115），从而形成一射频识别通路，该射频通道组件用于传输该射频信号；其中，当该射频信号由该射频通道组件传输进入该容置腔300时，该主天线模块111及该四个辅助天线模块（112-115）辐射该射频信号，从而使得该容置腔300完全被该射频信号覆盖，此时，当该医疗器械容置于该容置腔300中时，可通过该射频识别通道对该医疗器械进行识别。

所述射频识别系统与前述射频识别系统的不同之处在于，此时无需用到托盘21，即此时可直接通过该主天线模块111及该四个辅助天线模块（112-115）拼接组合形成可盛放医疗器械的托盘。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射频识别系统，用于识别医疗器械，该医疗器械具有射频识别信号，其特征在于该射频识别系统包括：

托盘，该托盘包含底面及与该底面相垂直的四个侧面，该底面及该四个侧面围成一容置腔，该容置腔用于容置该医疗器械；

主天线模块，该主天线模块位于该底面；

四个辅助天线模块，该四个辅助天线模块分别位于该四个侧面处；

射频处理组件，该射频处理组件用于发送、接收及处理射频信号；以及

射频通道组件，该射频通道组件用于连通该射频处理组件、该主天线模块及该四个辅助天线模块，从而形成一射频识别通路，该射频通道组件用于传输该射频信号；

其中，当该射频信号由该射频通道组件传输进入该托盘时，该主天线模块及该四个辅助天线模块辐射该射频信号，从而使得该容置腔完全被该射频信号覆盖，此时，当该医疗器械容置于该容置腔中时，可通过该射频识别通道对该医疗器械进行识别。

2.如权利要求1所述的射频识别系统，其特征在于：该主天线模块及该四个辅助天线模块分别内嵌并密封于该托盘的该底面及该四个侧面内。

3.如权利要求1所述的射频识别系统，其特征在于：该射频处理组件包括：

数字信号处理器，该数字信号处理器用于发射该射频信号；

射频功率放大器，该射频功率放大器用于调整该射频信号；

多路复用器模块，该多路复用器模块用于将该射频信号通过该射频通道组件传递到该主天线模块及该四个辅助天线模块。

4.如权利要求3所述的射频识别系统，其特征在于：该多路复用器模块包括前向发射功率传感器、智能扫描单元及互补金属氧化物半导体控制端。

5.如权利要求1所述的射频识别系统，其特征在于：该射频通道组件包括：

射频触点，该射频触点用于导通该主天线模块及该四个辅助天线模块；以及

复数根射频连接线缆，该复数根射频连接线缆用于导通该多路复用器模块及该射频触点。

6.如权利要求5所述的射频识别系统，其特征在于：该射频触点包括：

主动射频触点，该主动射频触点用于连接该主天线模块及该四个辅助天线模块，且该主动射频触点内嵌于该托盘内；

被动射频触点，该被动射频触点与该复数根射频连接线缆连接，且该被动射频触点与该主动射频触点配合导通。

7.如权利要求1所述的射频识别系统，其特征在于：该主天线模块由陶瓷蚀刻材料制成，该四个辅助天线模块由玻纤板蚀刻材料制成。

8.如权利要求1所述的射频识别系统，其特征在于：该射频信号为不连续信号。

9.一种射频识别系统制作方法，该射频识别系统用于识别医疗器械，该医疗器械具有射频识别信号，其特征在于该方法包括：

提供一托盘，该托盘包含底面及与该底面相垂直的四个侧面，该底面及该四个侧面围成一容置腔，该容置腔用于容置该医疗器械；

提供一主天线模块，安装该主天线模块于该底面处；

提供四个辅助天线模块，分别安装该四个天线模块于该四个侧面内；

提供一射频处理组件，该射频处理组件用于发送、接收及处理射频信号；

提供一射频通道组件，利用该射频通道组件连通该射频处理组件、该主天线模块及该四个辅助天线模块，从而形成一射频识别通路，该射频通道组件用于传输该射频信号；

其中，当该射频信号由该射频通道组件传输进入该托盘时，该主天线模块及该四个辅助天线模块辐射该射频信号，从而使得该容置腔完全被该射频信号覆盖，此时，当该医疗器械容置于该容置腔中时，可通过该射频识别通道对该医疗器械进行识别。

10.一种射频识别系统，用于识别医疗器械，该医疗器械具有射频识别信号，其特征在于该射频识别系统包括：

主天线模块；

四个辅助天线模块，该四个辅助天线模块垂直设置于该主天线模块的四周，该四个辅助天线模块与该主天线模块围成一容置腔，该容置腔用于容置该医疗器械；

射频处理组件，该射频处理组件用于发送、接收及处理射频信号；以及

射频通道组件，该射频通道组件用于连通该射频处理组件、该主天线模块及该四个辅助天线模块，从而形成一射频识别通路，该射频通道组件用于传输该射频信号；

其中，当该射频信号由该射频通道组件传输进入该容置腔时，该主天线模块及该四个辅助天线模块辐射该射频信号，从而使得该容置腔完全被该射频信号覆盖，此时，当该医疗器械容置于该容置腔中时，可通过该射频识别通道对该医疗器械进行识别。