RFID-Technologie: Prozessoptimierung im Krankenhaus

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

1. Grundlagen der RFID-Technologie
1.1 Eigenschaften von RFID-Systemen
1.2 Ausführungen von RFID-Systemen
1.3 Unterscheidungsmerkmale von RFID-Systemen
1.3.1 Frequenzbereiche
1.3.2 Speichertechnologie
1.3.3 Energieversorgung

2. Klassifizierung von RFID-Systemen
2.1 Leistungsfähigkeiten
2.2 Reichweiten

3. Einwicklungsperspektiven für die RFID-Technologie

4. RFID-Technologie im Krankenhaus
4.1 Anwendungsbereiche
4.1.1 Klinikbettenmanagement
4.1.2 Arzneimittelvergabe
4.1.3 Objektsicherung Ortung und Wartung
4.1.4 RFID in Operationsabteilungen
4.1.5. Krankenhausinformationssysteme (KIS)

5. Projektbeispiele
5.1 Jacobi Medical-Center New York
5.2 Projekt „New Generation Hospital“
5.3 Asklepios Klinik - Hamburg-Barmbek

6. Risiken der RFID Technik
6.1 Gegenwärtige Diskussionen
6.2 Niederländische Sicherheitsstudien

Resümee

Literaturverzeichnis

Internetrecherche

Einleitung

Radio Frequency Identification (RFID) ist eine Technologie, welche die Identifizierung von Objekten per Funk ermöglicht. RFID-Transponder übermitteln erfasste und gespeicherte Daten drahtlos. Mittlerweile ist das Interesse an der RFID-Technologie enorm, die Einsatzmöglichkeiten sind vermeintlich unbegrenzt. Gebräuchlich ist bereits ihr Einsatz in den Bereichen Diebstahlsicherung, Warenidentifikation und Objektsicherheit. Ihr Potential, Dinge zu identifizieren, sie in Echtzeit zu verfolgen und Daten mitzuteilen, kann die Effizienz von Prozessen in den verschiedensten Gebieten erhöhen. Jedoch, nicht alle teilen diese Euphorie. Gegner befürchten den Verlust der Anonymität, die Bedrohung der bürgerlichen Freiheit und reden sogar von einer Gefährdung der Privatsphäre des Individuums. Die nächste Heimat der RFID-Chips sollen nunmehr die Krankenhäuser werden, weil Kosteneinsparungen im gesamten Gesundheitswesen auch die Krankenhäuser weltweit zu Einsparungen zwingen.

Um die kontinuierliche und zügige Versorgung von Patienten rund um die Uhr zu gewährleisten, wechselt das Klinikpersonal mehrmals am Tag. Hierbei überschneiden sich zahlreiche komplexe Einzelprozesse, Informationen und eine große Datenmenge müssen von verschiedenen Personen immer wieder weitergegeben und manuell festgehalten werden, Zeitmangel ist dabei ein ständiger Begleiter. Diese Gegebenheiten machen ein System anfälliger für Fehler, die fatale Folgen haben können. Daher sind zukunftorientierte Krankenhäuser seit einigen Jahren auf der Suche nach Technologien, welche die Weitergabe von Informationen vereinfachen, die eine sichere Erfassung von Daten ermöglichen und gleichzeitig vielschichtige Prozesse abbilden können. Eine Technik, die für diese Arbeitsprozesse hierzulande und international in Krankenhäusern bereits erprobt wird, ist die RFID-Technologie. Ob Zutrittsrechte, die automatisierte Erfassung von Lagerbeständen, die Überwachung von Vitalzeichen oder mobilen medizinischen Geräten und Betten in Echtzeit - zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten zur Prozessanalyse oder deren Optimierung und Überwachung sind denkbar. Die vorliegende Arbeit soll zunächst insbesondere einen Einblick in die RFID-Technik geben. Nachfolgend werden die Vorteile dieser Technologie anhand von typischen Prozessen im Krankenhaus und einigen Projekten verdeutlicht. Einzelne Risiken und Schwierigkeiten dieser Technologie werden am Schluss dieser Arbeit aufgezeigt.

1. Grundlagen der RFID-Technologie

1.1 Eigenschaften von RFID-Systemen

Die Anwendung von RFID-Systemen empfiehlt sich grundsätzlich überall dort, wo automatisch erkannt, registriert, gelagert, überwacht oder transportiert werden muss. Unter dem Begriff der automatischen Identifikationssysteme (Auto-ID) werden Techniken zusammengefasst, die neben einer automatischen Identifikation eine schnelle und genaue automatische Dateneingabe in Computer- oder Kommunikationssysteme ermöglichen. Sie bilden somit eine Schnittstelle zwischen der physischen, realen Welt und den IT-Systemen. Neben der automatischen Identifikation liegen die Hauptaufgaben dieser Systeme in der Bereitstellung von Informationen über identifizierte Personen, Tiere und Objekte. Eines der bekanntesten Auto-ID-Systeme aus dem Bereich des Einzelhandels ist sicherlich der Barcode

- auch Strichcode genannt. Mit Hilfe eines Scanners kann jedes Objekt, das mit einem Barcode-Etikett versehen ist, durch das Ablesen der Strichabfolge einwandfrei identifiziert werden. Weitere Nutzungen der Auto-ID-Systeme sind neben den Magnetstreifen und Chipkarten auch die biometrischen Verfahren, die es ermöglichen, Personen durch unverwechselbare Körperteile einwandfrei zu identifizieren.^[1]

RFID-Systeme sind die neueren Vertreter dieser Auto-ID-Systeme. Sie sind in der Lage, größere Datenmengen zu speichern und diese berührungslos über Entfernungen zu übermitteln. Trotz des großen Spektrums der RFID-Lösungen ist jedes RFID-System durch die folgenden drei Eigenschaften definiert:

1. Elektronische Identifikation: Das System ermöglicht eine eindeutige Kennzeichnung von Objekten durch elektronisch gespeicherte Daten.
2. Kontaktlose Datenübertragung: Die Daten können zur Identifikation des Objekts drahtlos über einen Funkfrequenzkanal ausgelesen werden.
3. Senden auf Abruf (on call): Ein gekennzeichnetes Objekt sendet seine Daten nur dann, wenn ein dafür vorgesehenes Lesegerät den Sendevorgang abruft.

Herzstück der Technologie ist ein Transponder^[2] – ein winziger Computerchip mit Antenne. Er ist in ein Trägerobjekt integriert, beispielsweise in ein Klebeetikett oder eine Plastikkarte. Ein Transponder oder (engl.) kurz: „Tag“ besteht aus einem Mikrochip mit Kupfer- oder Aluminium-antenne. Um auf die gespeicherten Informationen zugreifen zu können, sind spezielle Lesegeräte erforderlich. Allerdings ist der Begriff „Lesegerät“ unzulänglich, denn das Gerät kann auch zum Schreiben von Daten Verwendung finden. Bestandteile des Lesegeräts sind ein Hochfrequenzmodul (Sender und Empfänger), eine Kontrolleinheit sowie mindestens ein Koppelelement (Antenne) zum Transponder. Der Transponder fungiert als feststehender Datenträger. Als Klebeetikett angebracht an einem Objekt (z .B. an einem Krankenhausbett oder einer Sterilguteinheit) bzw. in einem Objekt integriert (z. B. in einer Plastikkarte), kann er kontaktlos über Funk ausgelesen und je nach Technologie wieder beschrieben werden. Auf dem Transponder sind eine Identifikationsnummer und eventuell weitere Daten über das Objekt, mit dem dieser fest gebunden ist, gespeichert.^[3]

RFID-Systeme lassen sich zunächst hinsichtlich der Verwendung unterschiedlicher Frequenzbereiche differenzieren. In der jeweils zum Einsatz kommenden Speichertechnologie liegt ein weiteres Unterscheidungsmerkmal von RFID-Systemen. Auch die Arten der Energieversorgung des Transponders sind ein Unterscheidungskriterium. Eine zusätzliche Einordnung von RFID-Systemen kann entsprechend ihrer Reichweite erfolgen. Die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale dieser Systeme sollen nachfolgend beschrieben und erläutert werden.

1.2 Ausführungen von RFID-Systemen

Sowohl Transponder als auch Lesegeräte werden derzeit in verschiedenen Ausführungen angeboten, die jeweils auf spezifische Einsatzbereiche ausgerichtet sind. Vereinfacht kann das Angebot an Lesegeräten in stationäre und mobile Ausführungen gegliedert werden. Das Angebot der Transponder-Ausführungen ist sehr vielfältig. Hierzu zählen beispielsweise:

Card-Transponder in Kunststoff eingearbeitet und im Scheckkartenformat (z. B. für Zugangskontrollen oder als Kunden- oder Patientenkarten). Auch in neueren Bezahlsystemen bspw. von Verkehrsbetrieben werden diese Ausführungen neuerdings verwendet.

Transponder in Kunststoffhüllen für robuste Anwendungen, beispielsweise in Bereichen mit Feuchtigkeitseinwirkung, z. B. zu desinfizierende Gegenstände.

Industrietransponder in metallischer Bauform für Anwendungen im Bereich der industriellen Fertigung mit besonderen Anforderungen an Hitze- und Chemikalienbeständigkeit (z. B. in der Sterilisation).

Smart Labels: Transponder, die zur Preisauszeichnung, auf Paketen im Logistikbereich oder als Fluggepäckaufkleber benutzt werden. Ebenso sind die in den USA verwendeten Patientenbänder eine Smart Label- Ausführung.^[4] Auf ihre Verwendung soll noch näher eingegangen werden.

1.3 Unterscheidungsmerkmale von RFID-Systemen

1.3.1 Frequenzbereiche

Funkwellen sind bei RFID-Systemen das Transportmedium von Information und Energie. Die Betriebsfrequenz eines RFID-Systems ist eine bedeutende Einflussgröße für die Funktionssicherheit der Anwendung, da die Eigenschaften der verschiedenen Frequenzbereiche stark variieren. So nehmen zum Beispiel die zwei wichtigen Merkmale Lesereichweite und Lesegeschwindigkeit mit steigender Frequenzhöhe zu und der Energiebedarf ab, da die übertragene Energiemenge pro Zeiteinheit zunimmt. Andererseits nimmt mit zunehmender Frequenz die Oberflächenreflexion deutlich zu, so dass als Folge der großen Energieverluste keine sichere Lesung mehr resultieren könnte.^[5]

Wie beim Radio, gibt es auch bei RFID-Systemen unterschiedliche Funkfrequenzbereiche. Radios und Handys übertragen ihre Signale genau wie RFID-Systeme mittels Funkwellen. Damit es dabei nicht zu Störungen kommt, legen nationale Funkregularien fest, welches Frequenzband für die unterschiedlichen Anwendungen reserviert ist. Die RFID-Technologie verwendet Frequenzbänder, die für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendungen bereitgestellt werden (ISM-Frequenzen). Die international uneinheitlichen Vorschriften der Frequenzregulierung werden in der Literatur als ein grundsätzliches Problem für die Entwicklung von international einsetzbaren RFID-Systemen beschrieben.

Als international vereinbart gelten für RFID-Anwendungen mittlerweile die Frequenzbänder unter 135 kHz sowie bei 13,56 MHz. Welcher Frequenzbereich jeweils der geeignete ist, hängt von der Art der Anwendung ab, da wie bereits erwähnt, die verschiedenen Frequenzen vor allem auf Lesereichweite und -geschwindigkeit Einfluss haben.^[6]

1.3.2 Speichertechnologie

Ein zentrales Unterscheidungsmerkmal von RFID-Systemen besteht in der jeweils verwendeten Speichertechnologie, wobei prinzipiell zwischen Read-only- und Read-write-Systemen unterschieden werden kann:

Read-only-Transponder können nach dem Programmiervorgang durch den Hersteller vom Lesegerät lediglich ausgelesen werden. Variable Information, die mit dem Tag assoziiert werden sollen, müssen in einer Datenbank abgelegt werden. Beim Auslesen des Tags wird diese Information anhand der herstellerseitigen ID-Nummer einer Patienten- oder Fallnummer zugeordnet und aus der Datenbank abgerufen. Hierdurch wird sichergestellt, dass sensible Daten nicht ohne Schwierigkeiten ausgelesen werden können.

Read-write-Transponder sind teurer in der Herstellung, da sie einen Speicher enthalten. Dadurch können bspw. leistungsfähige Sicherheitsmechanismen aber auch eine Vielzahl an variablen Informationen auf dem Transponder selbst neu gespeichert werden.

In RFID-Systemen kommen ROM - und RAM -Technologien zum Einsatz. Ein ROM (Read Only Memory) ist ein digitaler Festwertspeicher, in dem Daten unveränderlich weder gelöscht oder verändert werden können. Dagegen lassen sich beim EP-ROM (Erasable Programmable ROM) Daten löschen und neu schreiben. Die Schreib-Lese-Zyklen können bis zu 100 mal wiederholt werden und die Daten bleiben ohne Stromzufuhr bis zu zehn Jahren erhalten.

Ein RAM (Random Access Memory) wird umgangssprachlich als Arbeitsspeicher bezeichnet. Für den Datenerhalt ist dabei zwingend eine kontinuierliche Stromversorgung erforderlich. Aufgrund ihres vergleichsweise hohen Preises und ihrer Anfälligkeit finden RAM Lösungen in RFID Systemen weniger Verwendung. F-RAM (Ferroelectric Random Access Memory) sind eine Weiterentwicklung.

Sie benötigen für den Datenerhalt keine Stromversorgung, sind kompatibel zu gängigen EP-ROMs, ermöglichen jedoch im Vergleich zu diesen eine bis zu 10.000-fach schnellere Schreib- und Lesefunktion. Die Datenhaltbarkeit liegt bei über zehn Jahren. Mit 1000 Schreib- und Lesezyklen übersteigen F-RAM gleichfalls die Leistungsfähigkeit von EP-ROMs.^[7]

1.3.3 Energieversorgung

Die Energieversorgung ist eine große Herausforderung, denn RFID-Transponder sollten möglichst klein sein. Grundsätzlich gibt es zwei Transpondertypen, aber auch Mischformen beider Typen: aktive und passive Transponder.

Aktive Transponder haben eine eigene Energiequelle zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen. Die gespeicherten Daten lassen sich damit über eine größere Distanz erfassen. Obwohl sie - vereinfacht dargestellt - batteriebetrieben sind, verbrauchen sie keine Energie, solange kein Aktivierungssignal von einem Lesegerät empfangen wird.

Passive Transponder werden dagegen bei Lesevorgängen über Funkwellen durch die Lesegeräte mit Energie gespeist. Die Reichweite ist relativ gering. Dafür sind sie wesentlich preiswerter sowie kleiner und leichter als aktive Transponder.

Zur Energieversorgung und Kommunikation von bzw. mit Transpondern werden zwei Methoden eingesetzt: die induktive Kopplung und das auf dem Radarprinzip beruhende Backscatter-Verfahren.

Induktiv gekoppelte Transponder zählen fast immer zu den passiven Transpondern, so dass die gesamte Energie durch das Lesegerät erzeugt werden muss. Zur Energieversorgung wird von einer Antennenspule des Lesegerätes ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Durch Induktion wird an der Antennenspule des Empfängers (Transponder) eine Spannung generiert. Diese Spannung dient schließlich der Energieversorgung.^[8]

Das Backscatter-Verfahren basiert auf den Prinzipien der Radartechnik. Mit der 1948 veröffentlichen Arbeit von Harry Stockman „Communication by means of reflectet power“ wurde die Idee einer Kommunikationstechnik, die reflektierende Energie nutzt, diskutiert. Besonders gut werden elektromagnetische Wellen zurückgeworfen, wenn das Objekt, auf das die Wellenfront trifft, in Resonanz gerät. Um diesen Effekt für die RFID-Technologie zu nutzen, wird sowohl für das Lesegerät als auch für den Transponder eine Dipolantenne entwickelt, die für die jeweilig verwendete Frequenz ein Resonanzverhalten zeigt. Zur Energieversorgung wird von der Antenne des Lesegeräts eine bestimmte Sendeleistung abgestrahlt. Diese am Transponder ankommende Leistung steht als Hochfrequenzspannung an den Anschlüssen der Antenne zur Verfügung und kann so zur Energieversorgung des Transponders verwendet werden.^[9]

2. Klassifizierung von RFID-Systemen

RFID-Systeme werden auch bezüglich der Leistungsfähigkeit unterschieden. Eine weitere Einordnung von RFID-Lösungen kann entsprechend ihrer jeweiligen Reichweite erfolgen, d.h. hinsichtlich des maximalen Abstandes zwischen Transponder und Lesegerät.

2.1 Leistungsfähigkeiten

Low-End RFID-Systeme sind so genannte „1-Bit-Systeme“, die bereits für simple Überwachungs- oder Signalisierungsfunktionen, beispielsweise bei elektronischen Diebstahlsicherungen, genutzt werden. Zu diesem Zweck wird nach der Bezahlung der Ware durch ein starkes Magnetfeld eine so hohe Spannung induziert, dass der Folienkondensator durchschlägt und die Auslösung des Alarms deaktiviert wird. Sie können preisgünstig „für Bruchteile eines Cents“ hergestellt werden. Diese Systeme signalisieren einem Lesegerät nur das Vorhandensein bzw. das Nichtvorhandensein eines Transponders im Erfassungsfeld. Auf dem Chip ist üblicherweise werkseitig ein Nummerncode gespeichert, der auf Informationen verweisen kann, die in einer Datenbank hinterlegt sein müssten. Dadurch erhält jeder Gegenstand, der mit einem RFID-Transponder ausgestattet ist, gewissermaßen eine unverwechselbare Identität.

Das Mittelfeld des Leistungsspektrums ist gekennzeichnet durch RFID-Systeme mit wieder beschreibbaren Datenspeichern. Die Typenvielfalt in diesem Segment ist mit Abstand am größten. Sie sind allgemein bereits mit einem Speicherbereich ausgestattet sein, auf dem kleinere Datenmengen abgelegt werden können.

Es werden „Antikollisionsverfahren“ benutzt, um mehrere Transponder innerhalb eines Erfassungsfelds selektiv erfassen zu können. Je nach Antenne kann das System bis zu 1,2 Meter Reichweite erlangen.

Im High-End-Bereich finden sich meist kontaktlose Chipkarten mit Mikroprozessor. RFID-Chips für diesen Anwendungsbereich enthalten neben einem vergleichsweise großen Speicherbereich auch noch einen Mikroprozessor und ein Betriebssystem. Solche RFID-Chips ermöglichen unter anderem komplexe Authentifizierungsverfahren und Verschlüsselungen. Anwendung finden derartige Chipkarten in Bereichen mit hohen Sicherheitsanforderungen, beispielsweise in elektronischen Börsensystemen, Bezahlfunktionen und in dem Durchqueren von Sicherheitsbereichen.^[10]

2.2 Reichweiten

Hinsichtlich ihrer Reichweite unterscheiden sich RFID-Systeme wie folgt:. bei Close-Coupling-Systemen liegt die Reichweite im Bereich bis zu einem Zentimeter. Remote-Coupling-Systeme besitzen eine Reichweite von bis zu etwa. einem Meter. Als Long-Range-Systeme werden typischerweise RFID-Systeme mit Reichweiten von über 1,5 m. bis zu zehn Metern bezeichnet. Es sind auch höhere Reichweiten möglich: 100 Meter oder etwa ein Kilometer sind derzeit realisierbar. Neue Antennendesigns können Reichweite und Leserate verbessern. Allerdings sollte man sich darüber im Klaren sein, dass eine Ausweitung der Reichweite nicht nur wegen des höheren Kostenaufwandes sondern unter Umständen auch aus Datenschutzgründen bedenklich ist.^[11]

[...]

^[1] Vgl. Kern, Chr.; 2006; S. 13

^[2] Transponder setzt sich zusammen aus den englischen Begriffen Transmitter (Sender) und Responder (Empfänger)

^[3] Vgl. Finkenzeller, K.; 2006; S. 7

^[4] Vgl. BSI; 2004; S. 27 – 28

^[5] Vgl. Kern, Chr.; 2006; S. 41

^[6] Vgl. Huber, A.; 2004; S. 4

^[7] Vgl. BSI; 2004; S. 30 – 31

^[8] Vgl. http://www.rfid-support-center.de

^[9] Vgl. BSI; 2004; S. 31 – 34

^[10] Vgl. Finkenzeller, K.; 2006; S. 25

^[11] Vgl. BSI; 2004; S. 39 – 40