利用RFID和NFC技术打造数字孪生，加速医疗业的数字化转型

为了提高协作和流程的效率，实现实时信息的准确获取，增强决策能力，甚至改善患者治疗效果，医疗业不断加大数字孪生技术的占比，以收集、跟踪和分析有关医疗设备、药品和实验室样本等物理对象的数据。

虚拟的复制品

输液泵、定量吸入器及要在实验室分析的血液样本等真实对象的数字孪生是指它们的电子表示形式。数字孪生存在于虚拟空间，与其物理对应物对应。在物理对象的生命周期内，其位置、状态和其他关键数据的变化会同步到数字孪生中，便于实时参考和共享。

迅速增长的趋势

能够访问和共享医疗对象的最新信息，对于制造业、供应链、医疗机构和患者都有实际的好处。

在制造业和供应链中，数字孪生可提高日常运营的效率，包括自动数据收集、跟踪和追溯、库存状况更新、产品身份验证和分析。同时，数字孪生也可与其他医疗系统共享信息，以支持重要计划，如临床试验和研发。

数字孪生也可为护理环节带来好处，无论是在医疗机构还是患者家中，都可以帮助完成用量跟踪和有效期监测等任务，确保正确使用和患者安全。还可以方便远程患者监测和治疗方案调整。

事实上，数字孪生在医疗业的投资回报率很高，全球各个医疗领域都在采用。根据 Markets and Markets分析师的预测，数字孪生在全球的收入价值“2023年预计为16亿美元，2028年有望达到211亿美元”，年复合增长率为67%。

无线连接技术的作用

医疗业采用数字孪生的一个原因是成本效益。与单个对象相关的数据可以使用广泛可用、经济高效的无线连接解决方案报告给数字孪生，从而创建一种既方便又经济的方法。

特别是RAIN RFID、高频RFID（HF）和近场通信（NFC），这三种无线连接技术非常适合与数字孪生配合使用。这些技术使用无线频率（RF）技术从物理对象记录身份、事件和交易数据。

具有单个对象唯一标识的数据存储在标签中，标签是一种小型电子设备，配备微芯片和天线，可以发送和接收数据。标签符合全球标准，可以支持不同的功能、安全级别和内存大小。该技术最新取得的进展包括可以保护标签来源和数据完整性的认证标签，以及可以检测环境变化和事件(如填充水平或证据篡改)的传感器标签。

无源式标签无需电池（它们从读取器获取电力），可以贴上标签或嵌入到产品本身。例如，如果通过封塑成为产品一部分，标签可以免受不利的环境影响和处理。

每个带标签的物品都有唯一身份，可以在供应链的任何环节收集、存储和报告数据，无论是制造还是使用端和处置。标签读取器将标签信息发送到本地或云端网络，数据可以在那里进行分析、共享和存储。

基于RFID的制造及后续环节的单元级追溯

RFID还是NFC？

部署数字孪生时，选择哪种无线连接（RAIN RFID、HF RFID或NFC）取决于应用场景。距离和要读取物品的数量是决策的关键要素。

• 远距离、批量读取：适合采用RAIN RFID

RAIN RFID是许多行业完成自动化仓储和盘点任务的常用技术，在860至960MHz的UHF频段运行。专用的RAIN RFID读取器可以每秒准确识别多达1000个物品，距离可达10米或更远，无需在视线范围内，从而可以一次性精准识别堆放在托盘上的所有带标签箱子，或者一次性准确地将存放在封闭容器的所有带标签单个物品登记到库存清单中。

• 近距离、单个读取：适合采用NFC

NFC是全球目前几乎所有智能手机的标准功能，在13.56MHz频率运行，用于近距离识别单个物品。只需将NFC读取器或智能手机靠近几厘米的带标签物品，就可以与物品交互。大多数智能手机都配备了NFC功能，患者可以在使用端与物品交互，以访问认证、交互式支持等功能。

• 中距离、混合解决方案：适合采用HF RFID

HF RFID也是在13.56MHz频率运行，支持周围最高1.5m范围的应用，具有可实现近距离数据交换的NFC功能。HF RFID通常用于智能柜和自动化设备-耗材通信。

医疗领域数字孪生的实例

如上所述，RFID和NFC标签可以用于支持各种应用场景的数字孪生。下面简要介绍一下数字孪生在医疗领域（从制造端到使用端）的一些部署方式。

• 制造业：提高流程效率和控制能力

RFID可以实现单元级工作流程（WIP）跟踪自动化。在制药领域，可以在灌装-封装线操作中对预填充注射器（PFS）进行单独跟踪，以降低混淆风险并自动调节。跟踪能力提升，可以读取桶、纸箱甚至托盘内的单个产品，以即时识别各单元并共享云端汇总数据，用于整个供应链。在设备制造方面，在产品中嵌入耐用的单元级标签可以实现跟踪自动化，并实现有关构建图纸或修订级别、组成部件的批号和配置数据等信息的自动收集。

• 供应链：提高透明度

使用增强的跟踪和追溯功能，制造商和分销商可以扫描、跟踪和更新有关产品的信息，与传感器IoT功能结合时，还可以管理温度控制等环境条件。完全聚合的设置将代码添加到容器和托盘外部，实现更可靠的对应关系。数字孪生还支持MediLedger等区块链项目，MediLedger可以对产品进行跟踪，从生产环节到质量控制和分销。

• 身份验证：更好地防止伪造

非法贩运、假药、次品设备和替代成分是医疗领域普遍存在的问题。正确部署数字孪生系统，制造商可以确保只有经过验证的药物流通，只有经过认证的耗材用于设备。标识可以在线验证序列号，身份验证功能可以根据标签的数据和凭证执行增强的安全校验，授权可以确认对设备、其应用和数据的合法访问。特殊的防篡改标签可以通过检测是否有未经授权的产品开启来保护内容。使用NFC标签，患者可以参与身份验证流程，在购买或使用前轻松验证产品。

• 临床试验：更严格地遵守治疗方案

临床试验需要大量时间、金钱和资源，因此对新药的研究必须高效可靠地进行。与NFC使能的泡罩包（刷智能手机时，自动记录每次取药的日期/时间戳）和配备NFC的吸入器（自动记录每次吸入）等物品相关联的数字孪生支持数字监测，可以帮助参与试验的患者遵守规定的剂量。

医院的产品安全和运营效率

• 医院库存：追溯更精确，补充更及时

对材料、药物和设备的适当跟踪至关重要，无论是在运营效率方面，还是在患者护理方面。手术储存区的RAIN RFID读取器可以确认是否有器械托盘和包装，并验证批号和有效期，但无菌性不受影响。使用这种无需手动操作的解决方案，医院工作人员无需手动或扫条形码来盘点库存。此外，安装在药房或血库且带有内置HF读取器的智能柜可以跟踪物品和数量以及它们的批号和有效期，并生成补充记录。NFC卡可以验证工作人员身份并授权智能柜访问，同时记录使用情况。

• 设备/耗材管理：治疗方案更安全、更高效

内置NFC/HF读取器的设备可以自动确保插入的带标签耗材（例如分析仪用的试剂）与设备和程序兼容，检查有效日期并自动配置合适的设置。在医院，治疗依从性数据也可以通过具有网络连接的设备（例如输液泵）捕获并上传到数据库中，附带自动时间戳和批号，以记录何时以及给谁使用了什么。NFC使能的设备还可以向使用手持读取器的技术人员报告批号和配置数据，缩短诊断时间和维护周期。

医院的智能设备和耗材管理

• 居家用药方案：更多支持，更好的依从性

现在，大多数人都有使能NFC的智能手机，参与自监测和自用药计划的患者更多。只需用手机轻刷支持NFC的设备或药品封装，患者即可迅速方便地获取产品信息，包括分步指导视频，还可以验证产品真伪、了解正确的使用方法及更新数字记录。基于传感器的反馈越来越多，可以用于确认设备使用是否正确或药物剂量是否合适，进一步提高患者的护理质量。

利用数字孪生，实现真正的数字化

基于RAIN RFID、HF RFID和NFC的数字孪生技术可以给物理设备、药品、耗材和设备赋予唯一的数字身份，自动免接触地捕获、读取、控制和存储数据，同时在云端跟踪。这样可以优化运营流程，提高患者安全，改善临床效果并保障产品和供应链的可靠性。

作者：

Sylvia Kaiser-Kershaw

恩智浦半导体连接与安全事业部全球高级首席市场经理

Sylvia Kaiser-Kershaw是恩智浦半导体连接与安全事业部全球高级首席市场经理。她负责NFC-RFID技术的产品营销以及医疗市场的开发。她的职责还包括支持开发智能解决方案，增强产品和患者安全、保护供应链并优化运营流程。Sylvia在战略和运营营销方面拥有20多年的经验，涉足多个行业，包括个人护理、医疗和保险。