陳井泉，劉燕

(華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬武漢兒童醫(yī)院、武漢市婦幼保健院信息科，武漢 430016)

以發(fā)藥機為主的自動化藥房在國內(nèi)多個醫(yī)院已經(jīng)建設(shè)并投入應(yīng)用，一定程度上提高了藥房的運行水平[1-3]。不過，因為自動化藥房以孤立的自動化設(shè)備為主，未能將整個藥房藥品的存儲-調(diào)配-發(fā)藥全流程的物流、信息流打通，藥品在各設(shè)備間流轉(zhuǎn)仍需人工完成，如藥品存儲區(qū)的人工管理、發(fā)藥機人工補藥和窗口人工核對藥品。藥師大量時間用于補藥、藥品核對等重復性工作，可用于窗口藥事服務(wù)的時間相應(yīng)縮短，導致藥房發(fā)藥效率不高、患者等待時間長和滿意度低[4-7]。為了提升門診藥房發(fā)藥效率和準確率，使藥師更專注于藥事服務(wù)，我院藥房從傳統(tǒng)藥房全面升級至智慧門診藥房。智慧門診藥房相比傳統(tǒng)藥房及自動化藥房，實現(xiàn)了藥品在藥房內(nèi)存儲、補藥、發(fā)藥全流程的物流、信息流的統(tǒng)一管理，提供了自動導引車(automated guided vehicle，AGV)自動藥箱存取、3D視覺引導機器人自動補發(fā)藥、基于深度學習的發(fā)藥窗口藥品自動核對等新功能。

1 智慧門診藥房的建立

1.1智慧門診藥房的配置 我院的智慧門診藥房建設(shè)項目，包括從武漢庫柏特科技有限公司引入的8套發(fā)藥窗口藥品自動核對機，2臺快速發(fā)藥系統(tǒng)用于盒裝藥品的存儲和調(diào)配，1臺高速發(fā)藥系統(tǒng)用于高頻次用量大藥品的發(fā)放，2套直發(fā)藥品傳輸系統(tǒng)，2套預配藥品傳輸系統(tǒng)，2套藥筐傳輸系統(tǒng)，1套藥品緩存箱式二級庫，2套全自動補藥機，1臺智能麻醉藥品和精神藥品(麻精藥品)柜，1臺智能存取柜，1套配藥單打印系統(tǒng)及藥房管理軟件等子系統(tǒng)。

其中發(fā)藥窗口藥品自動核對機用于藥品與處方信息自動比對?？焖侔l(fā)藥系統(tǒng)與高速發(fā)藥系統(tǒng)拼接安裝，軟件連通，構(gòu)成發(fā)藥系統(tǒng)。直發(fā)藥品傳輸系統(tǒng)用于整個處方藥品完全由發(fā)藥系統(tǒng)發(fā)出時的藥品輸送，將藥品輸送至發(fā)藥窗口，由窗口藥師發(fā)放至患者。智能麻精藥品柜、智能存取柜、藥品冷藏區(qū)、藥架存儲區(qū)用來存儲尺寸和存儲條件不宜放入發(fā)藥系統(tǒng)的藥品。包含麻精藥品、智能存取柜藥品、冷藏藥品區(qū)藥品、藥架存儲區(qū)藥品，除去該部分之外的藥品由發(fā)藥系統(tǒng)發(fā)出至藥筐，藥品與藥筐一起經(jīng)預配藥品傳輸系統(tǒng)傳輸至預配緩存區(qū)，藥師將處方內(nèi)其他非發(fā)藥系統(tǒng)發(fā)放的藥品從智能麻精藥品柜等設(shè)備中取出并放入預配緩存區(qū)對應(yīng)的藥筐，完成預配藥品調(diào)劑。配藥單打印系統(tǒng)用于自動打印配藥單，藥師根據(jù)打印的配藥單調(diào)劑少量不在發(fā)藥系統(tǒng)內(nèi)的藥品。藥筐傳輸系統(tǒng)用于將完成預配藥品調(diào)劑的藥品及藥筐傳輸至發(fā)藥窗口，并將發(fā)藥窗口的空藥筐傳輸至發(fā)藥系統(tǒng)出藥口，用于后續(xù)預配藥品傳輸使用。藥品緩存箱式二級庫用于存儲由醫(yī)院一級庫調(diào)撥至門診藥房的藥品，根據(jù)調(diào)度指令出庫藥箱傳送至全自動補藥機。全自動補藥機用于發(fā)藥系統(tǒng)自動補藥。藥房管理軟件用于智慧門診藥房建設(shè)項目所含所有設(shè)備的管理和調(diào)度。

1.2智慧門診藥房智能化系統(tǒng)的布局 智慧門診藥房整體布局分為緩存區(qū)、調(diào)劑區(qū)、發(fā)藥區(qū)3個主要部分，整體布局見圖1。

藥品配送進入藥房后會存儲在緩存區(qū)，緩存區(qū)包括藥品緩存箱式二級庫、藥架緩存區(qū)、冷藏藥品區(qū)。藥品緩存箱式二級庫用于發(fā)藥系統(tǒng)全自動補藥的藥品緩存；藥架緩存區(qū)對常溫藥品進行藥品存儲；冷藏藥品區(qū)負責冷藏類藥品的存儲。

調(diào)劑區(qū)包括發(fā)藥系統(tǒng)、全自動補藥機和智能存取柜。發(fā)藥系統(tǒng)與醫(yī)院信息系統(tǒng)(hospital information system，HIS)連通，依據(jù)HIS中的處方信息自動出藥，經(jīng)直發(fā)及預配藥品傳輸系統(tǒng)傳輸至發(fā)藥區(qū)。發(fā)藥系統(tǒng)、全自動補藥機和藥品緩存箱式二級庫通過自動化傳輸線對接連通，藥房管理軟件實時后臺統(tǒng)計當前發(fā)藥系統(tǒng)內(nèi)藥品的庫存狀態(tài)，對達到補藥要求的藥品下發(fā)補藥指令，藥品經(jīng)藥品緩存箱式二級庫、全自動補藥機自動補充至發(fā)藥系統(tǒng)。智能存取柜存儲低頻次藥品。

發(fā)藥區(qū)布置直發(fā)及預配藥品傳輸系統(tǒng)和藥筐傳輸系統(tǒng)的出口，藥師從出口取出藥品及藥筐，將藥品置于發(fā)藥窗口藥品自動核對機操作臺上，由系統(tǒng)內(nèi)的深度學習物體識別算法自動識別藥品并與處方比對，藥師確認無誤后發(fā)放藥品給患者并提供藥事服務(wù)。

a.緩存區(qū)；b.調(diào)劑區(qū)；c.發(fā)藥區(qū)。圖1 智慧門診藥房智能化系統(tǒng)布局 a.buffer area；b.preparation area；c.dispensing area.Fig.1 Intelligent system layout of smart outpatient pharmacy

2 智慧門診藥房中的智能化技術(shù)與設(shè)備

2.1人工智能技術(shù) 智慧門診藥房以智能調(diào)度、3D視覺引導機器人抓取和基于深度學習的物體識別等人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)。智能調(diào)度指根據(jù)藥房歷史發(fā)藥數(shù)據(jù)、發(fā)藥系統(tǒng)各藥品實時庫存量，智能預測各藥品的發(fā)放需求，下發(fā)指令由藥品緩存箱式二級庫和全自動補藥機及時補藥，維持發(fā)藥系統(tǒng)各藥品庫存均衡。使用3D計算機視覺技術(shù)可計算藥品3D位置和姿態(tài)，引導機械臂以最優(yōu)無碰撞路徑進行抓取補藥?；谏疃葘W習的物體識別技術(shù)實現(xiàn)對藥盒的準確定位與類別識別[8-9]，通過對目標分割定位算法模型進行壓縮優(yōu)化，使藥盒定位耗時由優(yōu)化前的220 ms縮短至30 ms；基于殘差注意力模塊[9]構(gòu)建藥品識別網(wǎng)絡(luò)，提高模型對細微差異的判別力，可有效區(qū)分相似的不同類別藥盒和破損、褶皺的同類別的藥盒，識別準確率達100%。

2.2智能設(shè)備 智慧門診藥房的全流程智能化由智能化設(shè)備實現(xiàn)。藥品緩存箱式二級庫實現(xiàn)入庫藥品的智能化調(diào)度；全自動補藥機與發(fā)藥系統(tǒng)實現(xiàn)藥品的自主智能化補發(fā)藥；發(fā)藥窗口藥品自動核對機實現(xiàn)處方藥品的自動核對。智慧門診藥房全流程圖見圖2。

圖2 智慧門診藥房全流程圖 Fig.2 Full flow chart of smart outpatient pharmacy

藥品緩存箱式二級庫由高密度貨架、標準儲藥箱、多層背簍式AGV、自動輸送線和調(diào)度軟件組成。藥品入庫時，藥師將拆除大包裝后的藥品放入藥箱內(nèi)，并錄入藥品編碼，將藥箱放置于緩存貨架，AGV根據(jù)調(diào)度軟件指令將緩存貨架上的藥箱放置至貨架上的最優(yōu)空位。藥品出庫時，AGV根據(jù)調(diào)度指令從貨架取藥箱，放置至自動輸送線入口，藥箱經(jīng)輸送線傳輸至全自動補藥機。AGV根據(jù)調(diào)度軟件指令從自動輸送線出口取回從全自動補藥機退出的空藥箱并送入藥品緩存箱式二級庫。

全自動補藥機內(nèi)含3D結(jié)構(gòu)光相機、6自由度串聯(lián)機械臂。通過3D相機和深度學習物體定位識別技術(shù)獲取藥箱內(nèi)藥品的位置、姿態(tài)和類別。通過快速手眼標定技術(shù)，實現(xiàn)相機和機械臂的手眼協(xié)調(diào)。通過抓取規(guī)劃技術(shù)，對藥箱內(nèi)藥品按照可抓取性進行最優(yōu)排序。通過實時運動規(guī)劃技術(shù)，機械臂以無碰撞的最快路徑吸取藥箱內(nèi)特定藥品，并補入發(fā)藥系統(tǒng)。

發(fā)藥窗口藥品自動核對機是一個使用計算機視覺技術(shù)輔助藥師核對藥品的智能設(shè)備，其安裝在藥房窗口的工作臺內(nèi)，空間占用小，以方便藥師使用操作。

經(jīng)過上線運行的近半年時間，我院智慧門診藥房在藥品存儲、藥品補藥、藥品調(diào)配和藥品核對上，相比傳統(tǒng)藥房及自動化藥房有全面的改進，見表1。

表1 智慧門診藥房與傳統(tǒng)藥房及自動化藥房的特點比較 Tab.1 Comparison of characteristics among intelligent outpatient pharmacy，traditional pharmacy and automatic pharmacy

3 智慧門診藥房的作用

3.1提高發(fā)藥準確率 智慧門診藥房通過藥品緩存箱式二級庫的藥品自動管理，全自動補藥機中的藥品識別和發(fā)藥窗口藥品自動核對機的藥品核對三重確認提高發(fā)藥準確率。通過不斷積累的藥品圖像數(shù)據(jù)，形成真實、多樣的樣本數(shù)據(jù)，并對其自動篩選，挖掘?qū)ι疃葘W習模型準確率提升最有價值的數(shù)據(jù)子集，形成有效高價值密度的數(shù)據(jù)庫，使用該數(shù)據(jù)庫不斷訓練升級深度學習模型，使得深度學習模型達到優(yōu)于人工的識別成功率。引入智慧門診藥房后，使用藥品自動核對的藥品調(diào)劑差錯降低至零。

3.2提高調(diào)配的效率 智慧門診藥房的入庫、調(diào)劑和發(fā)藥全流程自動化和智能化，保證發(fā)藥系統(tǒng)有合理的庫存量，減少發(fā)藥系統(tǒng)缺藥等待時間，減少藥師在藥房內(nèi)往返配藥的動作，提高調(diào)配發(fā)藥的整體效率。發(fā)藥系統(tǒng)的發(fā)藥速度為2500藥盒·h-1，能夠滿足高峰時段的發(fā)藥要求。

3.3減少藥師的重復工作 我院引入智慧門診藥房后，藥品補配人員減少2人，后臺調(diào)配人員減少3人，藥房人員由13人縮減至8人，減少了藥師手工配藥的工作量，發(fā)藥窗口藥品自動核對機輔助藥師核對藥品，使得藥師將主要精力用于藥事服務(wù)。

4 結(jié)束語

智慧門診藥房針對自動化藥房藥品存儲管理、發(fā)藥機補藥、窗口藥品核對等環(huán)節(jié)的信息化、自動化和智能化水平低，導致藥師在藥房內(nèi)走動取藥調(diào)劑重復勞動量大，可用于藥事服務(wù)時間少的問題[10]，通過智能調(diào)度、3D視覺引導機器人抓取和深度學習物體識別技術(shù)，實現(xiàn)藥品緩存箱式二級庫、智能機器人自動補藥和深度學習發(fā)藥窗口藥品核對等功能。門診藥房全流程的智能化，提高了調(diào)配藥發(fā)藥的準確率和效率，減少了藥師的重復工作，代表了門診藥房的未來發(fā)展方向。

另一方面，人工智能技術(shù)在智慧門診藥房中的高準確率以大量的數(shù)據(jù)參與訓練為基礎(chǔ)，這導致數(shù)據(jù)采集工作量大、前期部署時間稍長，如何在不降低識別準確率的前提下，借助小樣本學習技術(shù)降低數(shù)據(jù)依賴量，是未來的研究方向。