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        住院環(huán)境下智能藥盒設(shè)計(jì)與制作

        2022-11-21 11:12:32王斯卉姜圣鎬稂子萱張建龍
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年33期
        關(guān)鍵詞:藥盒蜂鳴器住院

        王斯卉,姜圣鎬,稂子萱,張建龍,羅 權(quán)

        (1.西北工業(yè)大學(xué)工程實(shí)踐訓(xùn)練中心,西安 710129;2.西北工業(yè)大學(xué),西安 710129)

        現(xiàn)如今,各大醫(yī)院藥房中藥物的自動(dòng)選取已逐漸成為一種趨勢(shì),藥房中的工作人員通過(guò)醫(yī)囑選取對(duì)應(yīng)的藥物后,系統(tǒng)形成對(duì)應(yīng)所需藥物的“訂單”。藥柜通過(guò)讀取“訂單”、藥品條形碼或存儲(chǔ)藥盒的三維信息取出相應(yīng)的藥物,此模式節(jié)省人力的同時(shí)減少了人工識(shí)別藥物出錯(cuò)的狀況,極大地提高了醫(yī)務(wù)人員的工作效率,減少了病人取藥的等待時(shí)間,從一定方面提高病人對(duì)醫(yī)院的滿意度。但對(duì)于住院環(huán)境下,藥物在院內(nèi)配送至住院區(qū)護(hù)士站、藥物從護(hù)士站發(fā)放給病人的過(guò)程中仍以醫(yī)護(hù)人員人工取藥、核對(duì)醫(yī)囑并發(fā)放藥品為主流模式[1-2],基于目前疫情反復(fù)的影響下,該種模式存在以下方面的不足。

        (1)藥物需在病人的用藥時(shí)間定時(shí)配送,這導(dǎo)致院內(nèi)藥物配送存在高峰期,其間配送量大,突發(fā)狀況多,極易造成藥物的延遲配送或藥物的損耗,同時(shí)會(huì)占用大量的醫(yī)療資源、人力資源,導(dǎo)致安全隱患大大提升。而在非高峰期,藥物可能會(huì)出現(xiàn)單次配送,藥量少而配送頻率高,也會(huì)導(dǎo)致人力成本的提高,降低了醫(yī)院的工作效率。

        (2)目前在住院場(chǎng)景下藥物配送需要配送人員反復(fù)出入封閉的病房區(qū)域、與病人之間會(huì)出現(xiàn)實(shí)際的接觸,頻繁的接觸意味著給配送人員帶來(lái)更高的感染風(fēng)險(xiǎn),配送人員甚至還會(huì)成為在不同病房間傳播的病原媒介,對(duì)免疫力較差及部分需要注意防護(hù)的病人帶來(lái)更高的風(fēng)險(xiǎn)。

        (3)藥物在人工配送的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)污損等意外情況。

        因此,順應(yīng)科技時(shí)代發(fā)展,建設(shè)現(xiàn)代化社會(huì),應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備的自動(dòng)化與信息化,以實(shí)現(xiàn)在住院環(huán)境下藥物院內(nèi)配送與發(fā)放的準(zhǔn)確性、時(shí)效性和高效性,完善藥物的分配信息管理,保護(hù)醫(yī)務(wù)人員與患者的生命安全。本文將設(shè)計(jì)一款基于住院場(chǎng)景的智能藥盒,可實(shí)現(xiàn)住院區(qū)病房?jī)?nèi)藥物的定時(shí)自動(dòng)發(fā)放,提醒患者取藥等功能。

        1 設(shè)計(jì)意義

        目前藥物在院內(nèi)配送環(huán)節(jié)存在上述諸多問(wèn)題,所以此藥盒設(shè)計(jì)目的在于以下幾方面。

        1.1 實(shí)現(xiàn)藥物的自動(dòng)定時(shí)分配

        藥物的定時(shí)發(fā)放可以避免人員接觸,減少病原傳播途徑,落實(shí)醫(yī)務(wù)人員與患者的生命安全保障。根除住院期間服藥高峰期延遲配送的問(wèn)題,合理分配醫(yī)療資源、人力資源,提高醫(yī)院工作效率,增加患者的滿意度。

        1.2 實(shí)現(xiàn)藥物的定量?jī)?chǔ)存

        針對(duì)不同病情的病人實(shí)現(xiàn)藥物按日用藥量?jī)?chǔ)存,藥盒自動(dòng)對(duì)藥物按量進(jìn)行分配,定時(shí)開(kāi)關(guān),患者按時(shí)進(jìn)行取藥的操作,盡可能少地在患者住院期間醫(yī)務(wù)人員頻繁地對(duì)病房?jī)?nèi)藥物進(jìn)行補(bǔ)充,減少病房人員的流動(dòng)性,減少對(duì)病人不必要的打擾,維持安靜的住院環(huán)境,并進(jìn)一步降低病原的傳播風(fēng)險(xiǎn)。

        1.3 實(shí)現(xiàn)藥物的安全取換與存儲(chǔ)

        為藥物儲(chǔ)存裝置設(shè)置安全鎖,防止非固定時(shí)間內(nèi)藥物被取出或藥物被錯(cuò)誤服用的狀況產(chǎn)生,同時(shí)設(shè)置NFC識(shí)別判斷醫(yī)務(wù)人員身份,只有能夠識(shí)別的人員才能對(duì)藥盒進(jìn)行解鎖,除設(shè)定負(fù)責(zé)的醫(yī)務(wù)人員外他人無(wú)法打開(kāi)藥盒,避免患者或陪護(hù)家屬隨意取用藥物的可能,實(shí)現(xiàn)藥物的安全、準(zhǔn)確和及時(shí)補(bǔ)充,并實(shí)現(xiàn)對(duì)藥盒藥物補(bǔ)充或替換人員的開(kāi)關(guān)操作記錄。

        由此可見(jiàn),藥物在院內(nèi)配送,尤其是在住院區(qū)發(fā)放環(huán)節(jié)的完善,可以提高人員生命安全保障,減少人力資源、醫(yī)療資源的浪費(fèi),提高醫(yī)院的工作效率,設(shè)備的信息化、智能化可以促進(jìn)現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展建設(shè),促進(jìn)我國(guó)醫(yī)療水平的提升。

        2 總體設(shè)計(jì)

        本藥盒設(shè)計(jì)以Arduino BLE-UNO板為控制主板[3],該主板集成度高,操作易上手,可接入傳感模塊多,便于開(kāi)發(fā)。其中本設(shè)計(jì)在UNO主板上接入了藍(lán)牙模塊、紅綠燈模塊和蜂鳴器模塊。同時(shí)在設(shè)計(jì)中還采用了藍(lán)牙通信模塊、NFC卡片讀取和3d打印等技術(shù)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。通過(guò)微信小程序、node.js服務(wù)器開(kāi)發(fā)、以及mysql數(shù)據(jù)庫(kù)管理開(kāi)發(fā)出使用平臺(tái),方便用戶使用硬件產(chǎn)品。該藥盒在規(guī)定的取藥時(shí)間內(nèi)通過(guò)聲音、LED閃爍等方式提醒患者或陪護(hù)人自行完成取藥[4];同時(shí)醫(yī)護(hù)人員可以通過(guò)微信小程序檢查對(duì)應(yīng)病人藥盒的情況,在患者狀況發(fā)生變化時(shí)及時(shí)修改對(duì)應(yīng)的信息。藥盒可通過(guò)終端控制藥物發(fā)放的時(shí)間,設(shè)置取藥提醒,擬實(shí)現(xiàn)解決錯(cuò)峰無(wú)接觸藥物發(fā)放及定時(shí)管理提醒服藥等問(wèn)題,將匆忙的高峰時(shí)段藥物發(fā)放管理,分配到全天的任意時(shí)間段,不僅減輕了醫(yī)護(hù)人員壓力,也減少了發(fā)放中因人為造成失誤的概率。

        藥盒設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

        3 智能藥盒各模塊設(shè)計(jì)

        3.1 外觀設(shè)計(jì)

        本藥盒設(shè)計(jì)的外觀是一個(gè)290 mm×115 mm×160 mm的長(zhǎng)方盒(部分外觀如圖2所示),內(nèi)部藥物放置格采用上下型結(jié)構(gòu),通過(guò)隔板分離不同種類、不同時(shí)段的藥物;外部藥盒開(kāi)關(guān)門采用活頁(yè)門的形式,通過(guò)門鎖舵機(jī)控制藥盒開(kāi)關(guān)門的開(kāi)啟與關(guān)閉。藥盒整體外觀設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單大方,在滿足藥品分類裝載的同時(shí),通過(guò)安全鎖的控制,可以讓藥盒的安全性能得到進(jìn)一步提升[5-6]。

        3.2 安全鎖設(shè)計(jì)

        藥盒要滿足為藥物儲(chǔ)存裝置設(shè)置安全鎖,以避免患者誤取誤用,同時(shí)需要保證藥物穩(wěn)定的存儲(chǔ)環(huán)境不被破壞?;诖颂岢龅膯?wèn)題在于安全鎖的開(kāi)啟方式是什么,如何來(lái)判別開(kāi)啟人的身份,故而安全鎖的解鎖場(chǎng)景是一個(gè)需要著重分析的方面。在設(shè)計(jì)中考慮到醫(yī)院工作人員具有個(gè)人編號(hào)及身份卡,故初步選取采用NFC進(jìn)行解鎖,同時(shí)可以記錄下補(bǔ)充藥物的人員信息。通過(guò)UNO板和讀卡器實(shí)現(xiàn)NFC卡片控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)指定角度并停滯一定時(shí)間后(即藥盒門處在開(kāi)啟的狀態(tài))再次恢復(fù)原來(lái)角度(即藥盒門處于關(guān)閉狀態(tài))。防止因人為在非固定時(shí)間藥物被取出或藥物被錯(cuò)誤服用的狀況產(chǎn)生。

        3.3 藥品取用設(shè)計(jì)

        針對(duì)不同病情的病人實(shí)現(xiàn)藥物的按日定量?jī)?chǔ)存,綜合考慮市面上常見(jiàn)藥物外形及尺寸、不同類型病人住院期間的日服藥量。在設(shè)計(jì)中,藥盒內(nèi)設(shè)計(jì)可裝入每日3次的藥物,藥物種類多達(dá)6種。藥盒內(nèi)設(shè)有3層隔板,每層隔板后裝有舵機(jī),在非用藥時(shí)間,隔板通過(guò)磁力被吸附住,以此分隔不同時(shí)間段的藥物。當(dāng)?shù)竭_(dá)每日設(shè)定的服藥時(shí)間,舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),撤去磁力,隔板通過(guò)彈簧彈力彈出,藥物隨之落在藥盒下層抽屜中,患者可自行從下方的抽屜中取出藥品進(jìn)行服用。設(shè)有的3層隔板間隔出對(duì)應(yīng)一日三次的用藥,每次1層隔板彈出即掉落1次用藥[7]。

        3.4 提醒模塊設(shè)計(jì)

        該模塊功能選擇通過(guò)多種方式提醒病人服用藥物,由于該種藥物發(fā)放方式缺少醫(yī)務(wù)人員的人工提醒,故需要設(shè)置明顯且有效的提醒方式。

        設(shè)計(jì)中視覺(jué)效果設(shè)置警示燈閃爍提醒,警示燈采用UNO板中配套的紅綠燈模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。紅綠燈模型是由紅黃綠3種顏色LED組成的模塊,LED即發(fā)光二極管,因其單向?qū)щ娦浴⒐牡秃蛢r(jià)格低廉等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在生活當(dāng)中。該模塊接口有-、V、G、Y、R這5個(gè)管腳,其中-為負(fù)極接地GND,V為正極接高電平VCC或5 V,G表示綠色燈Green,Y表示黃色燈Yellow,R表示紅色燈Red。警示燈閃爍可采用單獨(dú)一個(gè)顏色的LED燈,也可采用幾種顏色依次閃爍提醒,閃爍次序、閃爍時(shí)長(zhǎng)等顯示形式可依據(jù)工作人員需求進(jìn)行設(shè)置,該模型實(shí)物如圖3所示。

        聲音效果通過(guò)內(nèi)置蜂鳴器進(jìn)行提醒,該蜂鳴器采用無(wú)源蜂鳴器即內(nèi)部無(wú)震蕩源的蜂鳴器,其優(yōu)點(diǎn)是成本低,聲音頻率范圍寬,使用者可通過(guò)改變頻率驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。在通電時(shí),內(nèi)部振蕩器需要2~5 kHz的方波驅(qū)動(dòng),不同頻率的波形會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出對(duì)應(yīng)頻率的聲音。考慮到患者的心情因素,提醒聲音建議編輯設(shè)置成一首簡(jiǎn)單的樂(lè)曲,以此緩解患者的焦慮感,更有助于身體的恢復(fù)。無(wú)源蜂鳴器模塊可接主板的5.5 V或3.3 V接口;S為信號(hào)接口,可接UNO主板的0—13號(hào)數(shù)字引腳。蜂鳴器模型實(shí)物如圖4所示。

        若以上提示均無(wú)效,則需要在小程序終端提醒醫(yī)護(hù)人員對(duì)病人情況進(jìn)行確認(rèn),防止意外情況的發(fā)生。

        3.5 程序設(shè)計(jì)

        程序控制端不僅要實(shí)現(xiàn)藥物的自動(dòng)定時(shí)分配,還需要根據(jù)不同的患者服用藥物不同,服用藥物的頻率與時(shí)間不相同,經(jīng)過(guò)終端對(duì)藥盒的藥量分配進(jìn)行設(shè)置,同時(shí)設(shè)置病房?jī)?nèi)藥盒藥物的分配時(shí)間,也要滿足如果患者的用藥量在住院期間發(fā)生變動(dòng),在終端可對(duì)藥盒發(fā)放藥量進(jìn)行修改的操作。

        基于以上設(shè)計(jì)思路:

        (1)首先完成微信小程序UI框架的設(shè)計(jì),根據(jù)框架的各個(gè)組件確定好渲染界面所需要的元素部件,利用微信小程序中wx:for等控制語(yǔ)句進(jìn)行高效渲染。通過(guò)基本UI框架確定各個(gè)組件部分的具體樣式之后,利用WXSS(全稱WeiXin Style Sheets)語(yǔ)句更改具體樣式對(duì)小程序頁(yè)面進(jìn)行細(xì)致調(diào)節(jié);其次,利用JS(全稱JavaScript)編寫每個(gè)組件部分相應(yīng)的事件,并利用事件與系統(tǒng)進(jìn)行綁定,實(shí)現(xiàn)事件與事件之間、組件與組件之間的相互關(guān)系;最后通過(guò)事件和組件之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系完成各個(gè)頁(yè)面之間的攜帶參數(shù)跳轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)了所需的幾個(gè)頁(yè)面間切換的功能。

        (2)搭建項(xiàng)目專屬的數(shù)據(jù)庫(kù),用于儲(chǔ)存患者姓名、年齡、所患疾病和用藥信息等信息,利用express模塊搭建了簡(jiǎn)單的服務(wù)器,掛載了新增信息、修改信息、讀取信息和清空列表等路由,允許客戶端采用GET,POST等請(qǐng)求方式進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用,在服務(wù)器中,設(shè)計(jì)自己的全局和局部中間件,可以對(duì)出現(xiàn)的各種error進(jìn)行反應(yīng)和處理,通過(guò)利用內(nèi)置中間件解決了跨域、字符解析等問(wèn)題[8]。

        (3)設(shè)計(jì)一個(gè)微信小程序控制界面,利用原生藍(lán)牙模塊API,調(diào)用藥盒上UNO板連接的藍(lán)牙模塊,鏈接到控制藥盒開(kāi)關(guān)的舵機(jī),醫(yī)務(wù)人員通過(guò)微信小程序,可以完成對(duì)藥盒開(kāi)關(guān)的控制。通過(guò)調(diào)用讀取手機(jī)時(shí)間,實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖倒計(jì)時(shí)功能,按照不同的剩余時(shí)間顯示不同的警示顏色,當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)置時(shí)間時(shí)自動(dòng)打開(kāi)藥盒門,或者解除藥盒門鎖的舵機(jī)控制使醫(yī)護(hù)人員可手動(dòng)打開(kāi)藥盒,進(jìn)行藥物的補(bǔ)充或換取藥物。在模擬操作過(guò)程中,考慮到藍(lán)牙傳輸?shù)木嚯x長(zhǎng)短因素、信息的完整性因素,信號(hào)強(qiáng)弱因素,在之后的改進(jìn)過(guò)程中建議考慮采用WIFI連接藥盒與手機(jī),以提高信息傳遞的及時(shí)性。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        基于住院場(chǎng)景的病房藥物配給的需求,減少疫情期間不必要的人員接觸感染風(fēng)險(xiǎn),本文設(shè)計(jì)了一款在病房中可自動(dòng)發(fā)放藥物的智能藥盒。藥盒的設(shè)計(jì)優(yōu)化了患者取用藥的環(huán)節(jié),精簡(jiǎn)了醫(yī)護(hù)人員取送藥品的環(huán)節(jié),增加了患者用藥的安全性、及時(shí)性,提高了醫(yī)護(hù)人員的工作效率,也避免了因發(fā)放藥物而造成人員流動(dòng)帶來(lái)交叉感染的情況,更好地為患者提供服務(wù),提升患者的滿意度。

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