楊 思，周 蕾，呂 葉，李月華*

（1.南華大學(xué) 計算機學(xué)院，湖南 衡陽 421001；2.南華大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001）

藥房是醫(yī)院藥品流通的中心環(huán)節(jié)，也是接觸醫(yī)、護、患人員機會最多、工作量最大的一個職能部門[1]。醫(yī)藥用品作為一種特殊商品，其質(zhì)量安全直接關(guān)系到患者的身體健康。因此，高效準(zhǔn)確的藥品調(diào)劑、安全合理的藥品使用是疾病治療的重要保障。在我國，醫(yī)院的住院藥房不僅備有各種日常口服藥和外用藥，還包含有眾多注射藥品。大部分藥品信息（通用名、規(guī)格、劑量、廠家、功能及期效等）要求藥師嚴(yán)格區(qū)分，靠肉眼精準(zhǔn)識別[2]。而隨著現(xiàn)代藥物研究的發(fā)展，新藥層出不窮，藥物品種繁多，包裝規(guī)格復(fù)雜不一，導(dǎo)致藥品調(diào)劑工作難度不斷增大?，F(xiàn)如今國內(nèi)絕大部分醫(yī)院均采用傳統(tǒng)的人工藥品調(diào)劑方式，工作模式普遍比較落后，這在一定程度上影響了醫(yī)院整體的醫(yī)療水平和服務(wù)質(zhì)量。為適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)院高效率的工作節(jié)奏，探研人工智能技術(shù)在藥品調(diào)劑工作中的應(yīng)用創(chuàng)新具有重要意義，自動化藥品調(diào)劑模式的誕生將成為醫(yī)院提升整體工作效率和核心競爭力的有效措施。

1 國內(nèi)醫(yī)院住院藥房藥品調(diào)劑工作現(xiàn)狀

醫(yī)藥“零加成”政策的實施，使得我國醫(yī)院藥學(xué)工作重心已經(jīng)從保障藥品供應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛑R與技術(shù)型服務(wù)[3]。近年來，各種新藥研發(fā)力度大，醫(yī)院就診患者數(shù)量也不斷增加，當(dāng)前臨床應(yīng)用的藥品調(diào)劑模式已經(jīng)不能滿足日益增長的現(xiàn)代化醫(yī)院藥學(xué)服務(wù)要求[4]。而就傳統(tǒng)的住院區(qū)醫(yī)藥調(diào)劑工作而言，通常的發(fā)藥方式為醫(yī)生根據(jù)患者病情開具電子處方，藥師接到處方單后首先回憶對應(yīng)藥品的放置地點，在多個藥架間進行查找取藥，確認(rèn)藥品配齊后由護理人員按科室分發(fā)至各病房。這種工作模式存在如下幾個弊端。

1.1 工作模式落后，效率低

藥品管理、取藥、清點和記錄完全依靠人力完成，工作模式陳舊。取藥時，藥師要拿著處方單根據(jù)藥品名稱往返穿梭于不同藥架取藥，且處方單上的藥品信息與藥架信息不一一對應(yīng)，一張?zhí)幏絾纬３Ｐ枰帋熥咴S多重復(fù)的路程，耗時且費力[5]。除了取藥，藥品的清點登記也靠藥師手動完成。當(dāng)取藥科室較多時，藥師和護士的工作強度大，其工作效率將隨著工作時間的增加而降低。人手有限的情況下難以滿足各個科室需要藥物的時效性，這將直接影響到患者的臨床診療效果。

1.2 人工調(diào)劑差錯率高

當(dāng)住院藥房處方量大，藥品種類復(fù)雜多樣時，醫(yī)護人員工作強度高、精神壓力大。在經(jīng)歷了長時間的取藥發(fā)藥工作后，注意力難以集中，神經(jīng)比較疲憊，容易發(fā)生藥師配錯藥、護士發(fā)錯藥等問題，藥品調(diào)劑的差錯率較高。這將不利于患者生命健康，容易引發(fā)醫(yī)療糾紛，將嚴(yán)重影響醫(yī)院整體形象。

1.3 缺乏安全性

一方面，藥品從藥房到科室病房，經(jīng)歷了從藥師到護理人員再到患者口中這一長串過程，此過程中密切的人員接觸容易引起人員之間的病毒交叉感染。另一方面，藥品自身的衛(wèi)生也得不到保障。傳統(tǒng)配送過程中，護士將藥品放置在推車上，藥品完全暴露在空氣中，藥盒表面容易附著細(xì)菌和病毒，導(dǎo)致藥品包裝污染，特別是當(dāng)藥品經(jīng)過感染區(qū)、隔離區(qū)時。

1.4 工作強度大，影響醫(yī)院服務(wù)質(zhì)量

住院區(qū)藥師和護士每天要完成所有科室患者一天的藥品取送工作，藥師大部分工作時間被繁瑣的取藥工作占領(lǐng)，不利于藥師投入到更高層次臨床用藥指導(dǎo)和藥學(xué)研究中[3]。而當(dāng)住院患者人數(shù)較多時，護士在窗口取藥的等待時間偏長，縮短了護士護理與巡查的工作時間，不利于患者康復(fù)，容易引起患者及家屬的不滿，降低了醫(yī)院的服務(wù)質(zhì)量。醫(yī)院住院藥房傳統(tǒng)藥品調(diào)劑模式如圖1所示。

圖1 住院藥房傳統(tǒng)藥品調(diào)劑模式

2 醫(yī)院藥房藥品調(diào)劑工作自動化——高精度藥品識別配送小車

工業(yè)機器人的出現(xiàn)是人工智能與人類生產(chǎn)生活緊密結(jié)合的代表性結(jié)果之一。針對我國醫(yī)院住院藥房的傳統(tǒng)藥品調(diào)劑工作模式弊端，本文設(shè)計一種高精度藥品識別配送機器人。其主要功能在于藥品識別、導(dǎo)航避障和智能控制等。裝置旨在實現(xiàn)醫(yī)院藥品調(diào)劑全流程的自動化，緩解醫(yī)護人員工作壓力，提高藥品分揀配送的效率和準(zhǔn)確率，為醫(yī)務(wù)人員和住院患者提供更加安全快捷的藥品調(diào)劑服務(wù)。

2.1 小車基本結(jié)構(gòu)

小車硬件主要由可轉(zhuǎn)80 mm麥克納姆輪、42步進電機、雙輸出軸步進電機、可轉(zhuǎn)動底盤、舵機、機械手、滑軌、方形艙體、紫外燈、電子鎖和高精度攝像頭等組成。車身底部以2塊底板作為4個麥克納姆輪的支撐，2塊底板間放置4個6 mm的步進電機及其驅(qū)動。整車使用嵌入式系統(tǒng)STM32F407進行控制，四路PWM信號控制4個6 mm的42步進電機，從而控制4個麥克納姆輪，最終控制整個小車的運動方向。車身上方主要由2部分組成，右邊有藥品放置艙、內(nèi)部電池、核心板和超聲雷達裝置等。藥品艙內(nèi)部裝有紫外殺菌燈和電子鎖，可以封閉殺菌、鎖存藥品。車身左邊是一個可旋轉(zhuǎn)、可升降的機械臂，機械手頂端裝有高精度OpenMV攝像頭，機械臂中間連接多根導(dǎo)軌，其中5 mm的步進電機連接導(dǎo)軌控制機械臂的上下移動，雙輸出軸連接同步輪與同步帶使整個機械臂能夠前后移動。2個串口舵機能180°旋轉(zhuǎn)，使得爪子進行旋轉(zhuǎn)和夾緊操作。圖2為小車3D建模圖。

圖2 高精度藥品識別配送小車3D結(jié)構(gòu)圖

2.2 小車主要工作流程

在小車正式投入使用前應(yīng)完成小車對藥房結(jié)構(gòu)和醫(yī)院空間結(jié)構(gòu)的地圖構(gòu)建，并對小車進行足夠時間的模擬訓(xùn)練和真實訓(xùn)練。通過對小車的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行不斷的訓(xùn)練，使小車深度學(xué)習(xí)藥房內(nèi)各種藥品的空間擺放位置、熟悉醫(yī)院走廊運動路徑，使其能夠自行規(guī)劃路徑、躲避障礙、及時完成取藥配送任務(wù)。

2.2.1 藥品審核

小車系統(tǒng)初始化后，由醫(yī)生傳入處方數(shù)據(jù)并提交取藥指令。小車接收指令后首先對電子處方單進行審核，對不符合用藥規(guī)則的醫(yī)囑向?qū)?yīng)醫(yī)生發(fā)送配藥警告，醫(yī)生據(jù)情況重新提交醫(yī)囑、提交取藥指令。

2.2.2 取藥

醫(yī)囑審核無誤后，小車首先慣性導(dǎo)航至藥房入口。然后根據(jù)系統(tǒng)中藥品所在藥架的位置信息表，計算對應(yīng)藥架之間的路程長度，以不同藥品名為結(jié)點、藥品之間路程長度為邊建立無向完全圖，使用Dijkstra算法求解最優(yōu)路徑。小車在此路徑的基礎(chǔ)上結(jié)合處方單的藥品信息調(diào)整車身位置點和旋轉(zhuǎn)角度，通過高精度OpenMV攝像頭進行藥品圖像采集，將模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像后，對藥品數(shù)字圖像進行灰度化、平滑和圖像增強等預(yù)處理，使用SIFT算法識別藥品名稱、規(guī)格和國藥準(zhǔn)字號標(biāo)志，藥品比對成功后，控制機械臂抓取藥品并放入小車對應(yīng)藥箱中。以上識別與抓藥動作重復(fù)進行，直到處方單上的藥品全部取完，裝置提交完成信息，等待送藥指令。

2.2.3 送藥

藥品準(zhǔn)備完畢后由藥師提交送藥指令，小車接收送藥信號后，根據(jù)目的病房和地圖信息自動進行點對點路線規(guī)劃與自動駕駛，通過激光雷達和超聲波傳感裝置實時定位小車位置、躲避障礙物。小車到達病室門口后通過識別門牌號確定病房位置，通過語音播報器提醒病人及時取走藥品，病人自行掃碼開箱取走藥品。送藥全過程進行錄像并通過Wi-Fi模塊實時傳送給終端，方便工作人員查看藥物配送情況。單次送藥任務(wù)完成后，返回電樁充電并打開內(nèi)置紫外線消毒燈對藥盒內(nèi)部進行封閉式殺菌處理。以上則完成一次完整的取送藥流程，等待下一次取藥指令。小車工作流程如圖3所示。

圖3 高精度藥品識別配送小車工作流程

2.3 醫(yī)院藥品調(diào)劑工作模式創(chuàng)新

隨著醫(yī)院規(guī)模的不斷擴大以及藥品種類數(shù)量的增加，醫(yī)療行業(yè)信息化正在深入發(fā)展，先進的自動化設(shè)備在醫(yī)院藥品調(diào)劑中的應(yīng)用日益廣泛，藥房藥品調(diào)劑模式正發(fā)生巨大變化，從傳統(tǒng)的小窗口調(diào)配發(fā)藥到開放式柜臺調(diào)劑，從紙質(zhì)處方單調(diào)劑到電子處方調(diào)劑，從人工配藥到機器自動配藥打包，實現(xiàn)了藥房藥品的大規(guī)模存儲、快速定位、精準(zhǔn)調(diào)劑和高效周轉(zhuǎn)[6]。以“高精度藥品識別配送小車”為例，對于我國醫(yī)院傳統(tǒng)藥品調(diào)劑工作模式的創(chuàng)新探索主要體現(xiàn)為以下幾點。

2.3.1促進合理用藥，保障患者健康安全

將藥師制定的藥品配制規(guī)則轉(zhuǎn)化為計算機算法并封裝成審查模塊，通過前期審查確保藥品搭配的科學(xué)性，促進合理用藥。對于不符合配藥規(guī)則的醫(yī)囑，拒絕配藥并發(fā)送警告信息，防止醫(yī)生配藥疏忽或隨意用藥，特別是對藥品用量、用法進行管控，保障患者用藥安全。

2.3.2 操作流程安全可控，信息精準(zhǔn)追溯

小車運行過程中實時反饋位置信息、攝像頭信息并更新操作情況，后臺管理人員可通過PC端實時查看藥品配送進度并對小車進行遠(yuǎn)程控制，確保藥品取送全流程安全可控。同時，每一次藥品調(diào)劑任務(wù)的調(diào)劑號、處方單號、醫(yī)生編號、患者編號、取藥時間、配送時間及藥箱號等信息將以二維表的形式存儲在數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫管理員可以對表單進行增刪、查改等操作，實現(xiàn)信息的精準(zhǔn)可溯。

2.3.3 取送藥服務(wù)鏈覆蓋到位，節(jié)省人力

該裝置做到了醫(yī)囑審核、取藥、送藥、病區(qū)接收之間的全流程無縫銜接，可一次完成多間病房的藥品配送任務(wù)，能夠代替藥師和護士完成大部分簡單且重復(fù)的工作，降低醫(yī)院管理成本，有效減輕醫(yī)務(wù)人員工作壓力。

2.3.4 藥品取送過程準(zhǔn)確、及時、安全

通過長期積累的藥品圖像數(shù)據(jù)，形成更加準(zhǔn)確有價值的數(shù)據(jù)集，不斷訓(xùn)練升級小車深度學(xué)習(xí)模型，使其藥品調(diào)劑差錯率不斷降低，提升了取藥操作的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。同時，裝置可對不同電子處方的時間緊要程度排序，優(yōu)先配送時效要求高的藥品，如冷藏藥、急救藥。此外，通過藥盒內(nèi)部消毒殺菌處理，確保藥品不受污染。在疫情期間或醫(yī)院特殊病區(qū)（感染區(qū)、隔離區(qū)）使用該裝置，還可以避免醫(yī)護人員之間、醫(yī)護人員與患者之間的密切接觸，防止人員聚集，降低交叉感染風(fēng)險。

2.3.5 提高醫(yī)院服務(wù)質(zhì)量和醫(yī)務(wù)人員工作水平

減少了醫(yī)務(wù)人員的簡單重復(fù)性工作，使藥師從繁重的藥品調(diào)劑工作中解脫出來，使其有更多時間加入到患者的臨床救治中，指導(dǎo)患者合理用藥并投入到更高層次的藥學(xué)服務(wù)中，充分發(fā)揮其在藥理學(xué)領(lǐng)域的專長。同時，護理人員也擺脫了一日三輪以上繁重的發(fā)藥工作，能夠?qū)⒐ぷ髦匦膹氐邹D(zhuǎn)移到病人的臨床護理與病情監(jiān)護中，有利于提高醫(yī)院服務(wù)質(zhì)量和患者的就醫(yī)滿意度。

3 結(jié)束語

社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展和民眾對優(yōu)質(zhì)醫(yī)療服務(wù)的追求成為國內(nèi)醫(yī)療事業(yè)不斷進步的強大推力[7]。與此同時，信息化建設(shè)在各個領(lǐng)域發(fā)展迅速，基于現(xiàn)代理念的藥房藥品調(diào)劑自動化對于提升醫(yī)務(wù)人員工作效率、保障藥品配送精準(zhǔn)安全、促進臨床診療合理用藥、提高醫(yī)院整體服務(wù)水平、提升醫(yī)院經(jīng)濟效益具有極大的應(yīng)用價值，必將成為我國醫(yī)院數(shù)字化發(fā)展進程中不可或缺的一部分。就實際情況而言，國內(nèi)對藥品調(diào)劑工作的信息化研究主要集中在藥品數(shù)字管理軟件系統(tǒng)、智能貨架、自動發(fā)藥機和智慧藥房等方面，且普及程度不高。因此，要完全實現(xiàn)藥品調(diào)劑全流程的人力解放要求技術(shù)人員要努力突破核心技術(shù)，學(xué)習(xí)國外藥品調(diào)劑的研究新進展和先進管理經(jīng)驗，努力向著“理念現(xiàn)代化、設(shè)備自動化、管理信息化、人員專業(yè)化”[1]的現(xiàn)代化藥房建設(shè)目標(biāo)前進。