基于电子标签的血液管理系统研究

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3.0 高德中 2024-11-19 4 4 2.9MB 68 页 15积分

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基于电子标签的血液管理系统研究

摘要

血液既是生命的源泉，又是多种疾病传播的渠道。通过不规范输血行为或不

健康血液制品传播的常见疾病有：乙肝、丙肝、艾滋病、梅毒、疟疾、败血症等，其

中大都难以治愈。如何防范携带病毒或是污染变质的血液进入献血、用血流程，已

经变得刻不容缓。科学、规范化管理血源资料和采、供血数据，加强献血者身份识

别，监控影响血液质量的每个环节，实现全程化跟踪，同时为管理者提供直观各

类业务数据的信息平台，建立完善的血液管理体系，对于合理利用血液资源，确

保血液质量、用血安全，有着极为重大的意义。

本文主要从系统管理和系统实现两个方面进行研究。前者对指纹识别技术、

RFID 技术以及传感技术在血液管理中的有效应用进行讨论，在关键技术介绍的

同时，将实际应用的想法参与其中，提出利用指纹唯一性及相应的匹配算法，对

血源的短间隔、冒名顶替等献血行为进行识别；利用 RFID 技术的序列编码、非接

触识别特性和防碰撞机制，以及传感技术对于环境参数的实时监测、采集与反馈

等，设计相应的电子标签，为每袋血液提供各自唯一的身份，对其进行全程跟踪

与监控，保障血液的质量，并确保血液在不会受到污染的条件下进行批量识别和

调动，提高工作效率。后者对系统的实现目标、功能结构、平台架构以及数据字典

等进行设计，并结合 UML 建模技术、.NET 平台与 SQL Server 数据库，针对系统

中各功能模块，开发系统模型，实现血源管理、血库管理、质控管理以及跟踪管理

的可视化。

关键词：血液管理　指纹识别　RFID　传感技术　电子标签

ABSTRACT

Blood is not only a mine of life, but also an infectious channel of various diseases.

The familiar diseases infected by nonstandard blood transfusion or unhealthy blood are

hepatitis B, hepatitis C, AIDS, syphilis, malaria, septicemia and so on, most of them are

hard to be cured. So it’s urgent to prevent the blood with virus or pollution from

entering the process of blood transfusion and usage. There is an important meaning to

a d m i n i s t r a t e t h e i n f o r m a t i o n o f b l o o d d o n o r s a n d b l o o d c o l l e c t i o n a n d p r o v i s i o n

s c i e n t i f i c a l l y a n d n o r m a t i v e l y , t o r e i n f o r c e t h e i d e n t i f i c a t i o n o f b l o o d d o n o r s , t o

supervise each key link of blood quality, to realize the whole track control, to provide

t h e i n f o r m a t i o n p l a t f o r m o f e a c h b r a n c h f o r t h e a d m i n i s t r a t o r , a n d t o e s t a b l i s h t h e

integrated blood administration system in order to make use of blood reasonably and to

insure blood quality and safety use.

T h e t h e s i s p r o v i d e s t h e r e s e a r c h b o t h o n s y s t e m a d m i n i s t r a t i o n a n d s y s t e m

implementation. The former discusses the efficiency of fingerprint identification, RFID

and sensin g technology in bloo d administration, c ombined with the idea of effe c t ive

application. It introduces a matching algorithm to identify the short interval and fake

blood donation using the uniqueness of fingerprint. And it also puts forward a design of

electronic tag to give each blood an unique identity to realize the whole track control in

order to insure blood quality and to implement batch identification and logistics without

pollution in order to enhance work efficiency using the unique identifier, noncontact

feature and anti-collision sequence of RFID and the functions of sensing technology on

monitoring and collecting environment parameters and giving the feedback real-timely.

T h e l at t er d e s cr i be s t he i m p le m e nt a t i on go a l , th e fu n ct io n ar c hi t ec tu r e , t he pl a t f o rm

framework and the data dictionary in the system, combined with the system prototype

a i m e d a t e a c h f u n c t i o n a l m o d e l d e v e l o p e d b y U M L , . N E T a n d S Q L S e r v e r. A n d i t

finally carries out the view of blood donor administration, blood warehouse

administration, blood track administration and blood quality supervision administration.

Key Word: blood administration, fingerprint identification, RFID,

sensing technology, electronic tag

目  录
中文摘要
ABSTRACT
第一章　绪  论..............................................................................................................1
§1.1 课题研究意义..................................................................................................1
§1.1.1 血液管理的意义...................................................................................1
§1.1.2 关键技术应用于血液管理的意义.......................................................1
§1.2 国内外研究现状..............................................................................................2
§1.3 论文内容与结构..............................................................................................4
第二章　指纹识别技术在血液管理中的应用..............................................................5
§2.1 指纹识别技术概述..........................................................................................5
§2.1.1 指纹识别技术原理...............................................................................5
§2.1.2 指纹识别技术特点...............................................................................6
§2.1.3 指纹识别算法分类...............................................................................6
§2.2指纹图像预处理...............................................................................................7
§2.3指纹特征提取...................................................................................................8
§2.3.1 指纹特征描述.......................................................................................8
§2.3.2 总体特征提取.......................................................................................9
§2.3.3 局部特征提取.....................................................................................10
§2.4 指纹特征比对................................................................................................12
§2.4.1 基于总体特征的初比对.....................................................................12
§2.4.2 基于局部特征的二次比对.................................................................13
§2.5 指纹识别技术在血液管理中的应用流程....................................................16
第三章　RFID结合传感技术在血液管理中的应用..................................................19
§3.1 RFID技术......................................................................................................19
§3.1.1 RFID系统的组成...............................................................................19
§3.1.2 RFID系统的工作原理.......................................................................23
§3.1.3 RFID系统的分类...............................................................................24
§3.1.4 RFID技术的发展...............................................................................26
§3.2 传感技术与传感网络....................................................................................27
§3.2.1 传感技术.............................................................................................28
§3.2.2 传感网络.............................................................................................31
§3.3 RFID传感器标签设计..................................................................................36
§3.4 RFID传感器标签数据结构..........................................................................38
§3.4.1 RFID标准...........................................................................................38
§3.4.2 血液管理电子标签数据结构.............................................................40
第四章　血液管理系统的分析与实现........................................................................43
§4.1 血液管理系统的总体架构............................................................................43
§4.1.1 设计目标.............................................................................................43
§4.1.2 功能结构.............................................................................................43
§4.1.3 平台架构.............................................................................................45
§4.2 血液管理系统的功能实现............................................................................49

§4.2.1 血源管理.............................................................................................49
§4.2.2 血库管理.............................................................................................51
§4.2.3 质控管理.............................................................................................54
§4.2.4 跟踪管理.............................................................................................56
§4.3 血液管理系统的模块开发............................................................................58
第五章  结论与展望....................................................................................................70
§5.1 论文总结........................................................................................................70
§5.2 工作展望........................................................................................................70
参考文献........................................................................................................................72

第一章绪论

第一章　绪论

§1.1 课题研究意义

§1.1.1 血液管理的意义

自从1900年奥地利维也纳大学生理学家卡尔·兰德斯坦纳发现人类红细胞的抗

体分为A、B、O、AB四个类型[1]，成功地打开了输血的大门后，输血救治了无数

人的生命。但输血也是一柄“双刃剑”，当受血者输入的是携带有病毒、寄生虫等

不健康的血液时，救命的鲜血就变成了“害你没商量”的祸水。

我国对无偿献血实行优惠、鼓励政策。某些人受到利益驱使，违反国家政策法

规，进行冒名顶替或短间隔献血，甚至还组织他人非法卖血。这些不正当献血行为

极大地威胁着血液的质量和安全，严重影响了社会的稳定、和谐。“黑血事件”、

“地下血作坊”接二连三地被媒体曝光，相关案例不胜枚举，让人们不得不患上了

“输血恐惧症”，给输血治疗蒙上了阴影。

2002年4月，国家正式实行有关医疗事故院举证的规定[1]。但是由于整个采血

过程步骤烦琐、牵涉广泛，导致血站和医院举证乏力，面临很大的赔偿风险。因此

医院和血站迫切需要有力的证据，严格保障所输血液的质量，在发生纠纷时，希望

具备客观的数据，明确指出责任方的所在。

种种现象告诫我们，加强对血液信息的科学化、规范化管理，建立合理完善的

血液管理体系，对于合理利用血液资源、提高血液质量、确保血液安全，有着极为

重大的意义。

§1.1.2 关键技术应用于血液管理的意义

（1）指纹识别技术

在献血过程中，往往会出现各种各样的违规献血行为，如部分献血者为了得到

金钱，在较短的时间内过频、过量地献血；献血者不具备献血资格，却仍旧恶意献

血；献血者不想献血，但为了获得利益，要求他人顶替献血，等等。为了避免此类

现象的发生，有必要采取一定的识别方法进行献血者的身份验证。

一般，采用身份证验证的方法，但这种方法存在冒认的可能。仅通过证件上印

制的个人资料和头像信息，很难有效识别证件所有者和当前持证者是否相符。所以

利用指纹唯一性，采用指纹识别技术加强对献血者的身份验证是有必要也是可行的

方法。

指纹识别技术是通过指纹仪获取指纹图像，提取指纹特征，并依据该特征进行

身份识别的技术，它是生物识别技术中应用最早，且技术最为成熟、价格最为低廉

的技术分支[2]。指纹的终身不变性以及难以伪造的特点，决定了指纹识别必将成为

替代传统献血者身份识别的更安全、更可靠、更方便的方法。

（2）RFID与传感技术

血液管理业务的一般流程为：献血登记→体检→血样检测→采血→血液入库→

在库管理→血液出库→医院供患者使用（或制成其它血液制品）。在这一过程中，

常常涉及到大量的数据信息，包括献血者的资料，血液类型，采血时间、地点、经

手人等。大量的信息给血液管理带来了一定的困难，又加上血液非常容易变质，如

果存储或运输条件不适宜，血液的品质即遭破坏。

RFID与传感技术便是能解决以上问题，有效助力血液管理的新兴技术[3]。

RFID，即无线射频识别技术，它利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电

磁场）实现无接触的信息传递，并通过所传递的信息达到识别的目的。RFID技术

基于电子标签的血液管理系统研究

能够为每袋血液提供各自唯一的身份，并为其存入相应的信息，这些信息与后台数

据库互联，因此，血液无论是在采血点，还是在调动点血库，或是在使用点医院，

都能全程受到RFID系统的监控，血液在各调动点的信息可以随时被跟踪出来。以

往的血液出入库费时、费力，使用前还需要人工进行信息核对，采用RFID技术后

无须精确定位就能大批量地对数据进行实时采集、传递、核对与更新，加快了血液

的出入库识别，还避免了人工核对时常出现的差错。而RFID的非接触识别特性还

可以确保血液在不会受到污染的条件下进行识别和检测，减小了血液受到污染的可

能性。它还不怕灰尘、污渍、低温等，能够在存储血液的特殊环境条件下保持正常

工作。

传感技术是感知、获取与检测信息的窗口，它能够实现数据的采集量化、处理

融合和传输应用。通过传感器对血液环境温度、密封状况和振荡程度等的实时监测

和采集，再通过系统对感知信息的及时处理与反馈，能够有效避免血液的变质，保

障血液的质量。

将RFID与传感技术融合，运用既能够提高识别效率、实现信息跟踪，又能够

实时监控血液质量的RFID传感器标签，便能真正实现血液管理的智能信息化。

§1.2 国内外研究现状

国外方面，法国MAK-System公司是较为成功的专业从事血液管理技术开发和

应用的公司。该公司开发的 PROGESA 血库管理系统软件，实现了血液从采集到

应用流程上的网络跟踪和可追溯性管理。这套系统软件已经被包括美国在内的全球

21个国家的上千家医院和血站采用。他们在血液跟踪管理的基础上，又与IBM合作

整合WebSphere应用软件服务器和大容量数据库，利用因特网，实现了广泛区域的

血液供需管理[2]。

同时，密西西比州血液服务机构也完成了改进血库管理的试运行。据了解，该

机构采用了德州仪器（简称TI）和AARFID的射频识别技术，以满足他们对产品较

短的存储保质期和冷藏要求，帮助其加强安全性流程和提高对医院的交货效率。在

进行改进之前，该中心用人工在解冻温度下逐个扫描血袋条码，出货前连续三个步

骤的过程将耗时数个小时。试运行结果显示，同样的流程在应用自动化RFID系统

后只需1个小时甚至更短的时间[4]。

另外，德国Klinikum Saarbruecken医院将RFID追踪芯片应用在了医院的血液供

应上。这个项目是为了帮助医护人员减少血液检验时出现的差错而开展的。它可以

对大约1000名需要输血的病人进行跟踪。进入血库的血袋都加贴有RFID标签，当

护士为病人提取血袋时，她可以利用手持读写器来读取血袋上的RFID标签以及病

人腕带上的RFID标签。仅当两者的数据完全匹配时，病人才可以使用血袋中的血

液。这样就可以保证病人得到的是正确数量、正确配伍的血液，同时这些数据会被

记录在医院的工作流程和病人的治疗记录内[4]。

国内方面，大多数血站还都利用身份证来识别献血者和供血者的身份，利用条

形码来标识血液成份和相关信息。在管理系统上，很多血站也已采用计算机联网、

数据共享的方式，用数据库技术来管理血液信息。其中开发较为成熟的系统有：西

安青松图形图像技术公司的指纹身份识别系统——该系统已包含了血液中心及医疗

卫生的身份识别功能，能够根据指纹模式识别和确认献血者的身份，建立献血者及

供血者的档案并确认献血的后期身份；唐山现代公司的MODERN2000现代血站信

息化管理系统——该系统应用条形码和局域网技术，本着“一码到底”的原则，严

格各环节的交接手续，实现了全过程的跟踪控制；广东穿越软件公司的血液管理系

第一章绪论

统——该系统应用局域网技术实现中心血站和医院联网，解决了血液供求关系平衡

联网网点质量统一控制等问题。

而由吉林大学、长春市血液中心等单位联合承担的“基于RFID技术的动态血

源信息管理系统”也已通过鉴定。该系统可以快速有效地识别冒名顶替献血、短间

隔献血、恶意献血等不良行为，为合理采血、安全用血和科学管血的血源管理过程

提供了可靠的技术保障[2]。

另据江苏省血液中心的消息，RFID技术也将被应用到采血工作中。凡是被检

验出携带艾滋病病毒或丙肝病毒等终身不能献血者的名单，可以通过全国联网发出

“终身禁献令”[4]，无论该人将来何时何地出现在采血点，都将被系统自动识别，

拒绝献血。临床受血者在用血的同时也会得到一张与医院血库、血站载有相同信息

的电子标签，献血者的相关血液情况将一目了然。一旦日后怀疑因用血被传染疾病

电子标签就成了极为有力的物证，因输血引发的医疗官司取证难的现状将改变。

§1.3 论文内容与结构

本课题主要对新兴技术在血液管理中的有效应用进行讨论。分别从指纹识别技

术以及RFID技术融合传感技术两个方面进行研究。前者主要研究指纹识别技术及

指纹匹配算法在血液管理中的应用，包括对血源的短间隔、冒名顶替等献血行为的

识别；后者主要研究RFID系统、传感技术以及融合了两者的RFID传感器标签在血

液管理中的应用，包括标签的设计及其数据结构。另外，在系统的分析与实现中，

对系统的功能结构以及分布式RFID信息网络架构也作了讨论。

本文共分为五章，内容如下：

第一章绪论：简述课题的研究意义，国内外研究现状，以及论文的主要结构

第二章指纹识别技术在血液管理中的应用：介绍了指纹识别技术，指纹匹配

算法，以及指纹识别技术在血液管理中的应用流程。

第三章 RFID结合传感技术在血液管理中的应用：介绍了RFID系统、传感技术

传感网络等的原理及结构，并提出RFID传感器标签的设计及该标签针对血液管理

业务的数据结构。

第四章血液管理系统的分析与实现：从系统实现的角度出发，提出系统的总

体架构及功能实现，并展示了部分开发界面。

第五章结论与展望：对论文的研究工作进行总结，对存在的问题进行分析，

同时对下一步的工作进行展望。

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摘要：

基于电子标签的血液管理系统研究摘要血液既是生命的源泉，又是多种疾病传播的渠道。通过不规范输血行为或不健康血液制品传播的常见疾病有：乙肝、丙肝、艾滋病、梅毒、疟疾、败血症等，其中大都难以治愈。如何防范携带病毒或是污染变质的血液进入献血、用血流程，已经变得刻不容缓。科学、规范化管理血源资料和采、供血数据，加强献血者身份识别，监控影响血液质量的每个环节，实现全程化跟踪，同时为管理者提供直观各类业务数据的信息平台，建立完善的血液管理体系，对于合理利用血液资源，确保血液质量、用血安全，有着极为重大的意义。本文主要从系统管理和系统实现两个方面进行研究。前者对指纹识别技术、RFID技术以及传感技术在血液管理...

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