一款醫院采集器自取機的設計與應用

胡佳璐，潘雯慧，黃婕蕓，顧 杰，袁 靜

(上海健康醫學院，上海 200000)

0 引言

隨著科技的進步，自動化技術在各大領域的應用尤為廣泛，尤其是在生物醫藥領域。對于醫務人員來說，自動化技術大大減輕了他們的工作壓力，降低了勞務成本。但醫院里的自動化設備仍不夠齊全和完善，面對如此龐大的市場，我國還需要繼續完善自動化技術的推廣和應用。筆者觀察到，醫院的采集器是由護士分發給病人，采集器呈現敞開狀態，病人拿取時秩序較混亂，分發速度慢。正是基于對減輕醫護人員工作量、及時對采集器消毒、保證采集器處于無菌狀態，以及在疫情期間減少醫護人員與病人間的接觸、維持病人拿取采集器時的秩序等各方面的綜合考慮，筆者設計了一款采集器自取機。

1 采集器自取機的設計方案

1.1 設計背景

作為醫學專業的學生，筆者有機會實地考察了醫院分發采集器的方式，發現其中存在一些不如人意的地方。本著為患者帶來一種更高效、更衛生地獲取采集器方式的目的，筆者受市面上自動販賣機運用的啟發，同時深入了解了機械臂、芯片技術和消毒技術在醫學領域的應用現狀，設計了這款采集器自取機，并認識到了其在醫學領域應用的合理性與可實施性。

1.1.1 自動販賣機

自動販賣機起源于公元1世紀，一直發展到現在，成為一種代替人力、方便交易的全新商業零售模式。在醫學領域，非處方藥自動販賣機逐漸投入市場，供居民自行購買藥品，呈現了販賣機的便利性、自動化與個性化。同時也有論文研究推出了口罩自動販賣機，通過自動販賣機的形式方便人們在疫情期間購買口罩[1]。

1.1.2 機械臂

不少科學家與醫學家致力于研究機械臂在醫學上的應用，發表了不少關于此方面的論文。例如將機械臂應用到神經外科手術中，利用六軸機械臂精準定位來輔助手術導航定位系統，完成機械臂在手術中的輔助作用，并提升了手術的效率[2]。機械臂還廣泛應用于康復醫學中，機械臂被設計為穿戴式，幫助患者進行交互式康復訓練，例如外骨骼機械臂，它基于仿生學與人體工程學的設計輔助患者進行康復動作[3]。

1.1.3 芯片技術

將芯片讀取信息功能應用于醫院的設備中，有利于患者信息的保存和調取。最典型的例子是醫院的自助機，它能夠讀取醫保卡上的芯片，調取出患者的信息，完成自助掛號、繳費、取報告等一系列操作。醫保卡采用晶圓封裝芯片，保存著患者基本信息和病史。醫生可以通過讀取醫保卡上的芯片，看到患者的病史及檢查情況，并記錄會診的結果[4]。

1.1.4 消毒功能

經過研究發現，常用在醫學領域的常規消毒方法有壓力蒸氣滅菌法、煮沸消毒法、紫外線消毒法等。壓力蒸汽滅菌法是一種臨床應用最廣、效果最為可靠的首選滅菌方法，是利用高壓下的高溫飽和蒸汽殺滅所有微生物及其芽胞，常用于醫療器械的消毒滅菌中。除此之外，還有很多消毒技術產品的應用，例如戊二醛用于內窺鏡消毒，紫外線殺菌燈用于室內空氣消毒。

1.2 產品設計模型

如圖1所示，筆者設計的這款采集器自取機在外形上類似于自助販賣機，整體呈長方體，上半部分為顯示器和讀卡器，下半部分為儲貨區和出貨口。機器內部分為3個部分：取貨和出貨部分、消毒部分和讀卡部分。這3部分各司其責，又合作完成自取機的應盡功能。

圖1 采集器自取機模型圖

1.2.1 取貨和出貨部分

機械手臂在靜止時處于收縮狀態，位于機器貨柜下方。采集器自取機在讀取患者信息后由中央主板發出指令，位于機械手臂內的鏈條帶動齒輪使手臂伸長，露出夾手，通過機械手臂與柜體連接的滑塊帶動手臂移動，到達用戶所選取的商品面前，采集器背后的推板將采集器推至夾手，夾手輕夾固定，再由滑塊帶動機械手臂移至機器右側，準確到達紅外線掃描口，紅外線掃描成功并貼上附有患者信息的貼紙后，會將采集器信息實時同步到數據庫，并在機器屏幕顯示器上提示，接著感應門在收到指令后自動打開并伸出托板，機械臂將采集器放置托板上，由托板后的小推塊將采集器推出。在出貨后，機械手臂回至原位，等待下一步指令，同時感應門上的紅外線感應到采集器已被用戶取走后，托板收回，感應門關閉，至此采集器出貨成功。

1.2.2 消毒部分

在采集器的上下部安裝高臭氧紫外燈；“臭氧+紫外線”消毒工作原理通過紫外線燈管在工作時發出強烈的短波紫外線，引起細胞內特別是核酸、原漿蛋白與酶的變性。由于紫外線在空氣中能使氧游離，從而產生臭氧，臭氧是一種強氧化劑和殺菌劑，在它極強的氧化作用下能破壞細菌的結構與氧化酶，將它們全部殺死，起到殺菌消毒的作用。

1.2.3 讀卡部分

患者可以通過將醫保卡插入讀卡器中以及刷磁卡、掃描電子醫保卡或身份證等方式進行信息讀取。身份證芯片信息的讀取涉及到無線射頻識別技術，利用射頻信號和空間電磁耦合實現無接觸信息傳遞，當身份證在讀卡器的識讀范圍時，閱讀器自動以無接觸的方式將身份證中儲存的信息讀取出來。

1.3 產品使用方式

考慮到患者的年齡、體力、文化程度及學習能力等各方面的因素，筆者設計的采集器自取機必須要便捷，且易操作。其具體使用方式如下。

第一步：患者將醫保卡或磁條卡插入機器上的卡槽內，在顯示屏上點擊“獲取采集器”按鈕，屏幕上會即刻顯示出患者信息和所需的采集器。第二步，當患者確認信息無誤后，點擊“確認”選項，顯示屏上會顯示等待出貨的提示。第三步，自取機內的機械臂根據收到的患者信息，拿取對應的采集器，并將采集器放置于出貨口。此時，出貨口的紅燈亮起，患者看見亮燈提示后就可以取走采集器。操作流程如圖2所示。

圖2 操作流程圖

2 產品優勢分析

本項目設計的采集器自取機主要優勢為衛生與高效。自取機內部裝有高臭氧紫外燈進行殺菌消毒，以保證采集器的無菌狀態，避免了檢驗結果會產生的誤差。自取機采用自動化模式，加速了病人拿取采集器的效率，通過病歷卡讀取信息，準確地在采集器上粘貼病人信息，以減輕醫院勞務負擔。院方無需安排人手去分發采集器，也無需擔心采集器受到污染等儲存問題。

由于醫院的檢驗處人流量較大，有驗血與等待結果的病人，為了避免人群擁擠時拿取采集器的混亂，該產品通過自動化模式能夠快速并高效地分發采集器，減少不必要的人流擁擠。最后，和醫院傳統分發采集器的方式——安排志愿者或護士來分發對比，采用采集器自取機可以有效解決采集器容易受污染的情況，分流了采集器受用者的排隊壓力。對于患者來說，自助機能節省時間，提高效率，避免排隊和奔波；對醫院而言，自助機分流了人工窗口的患者，減輕了人工窗口的壓力，降低醫院人力成本及管理成本，提高醫院的運作效率，保障醫院高效有序的運行。機器的質量也經過重重篩選和檢驗，能夠經受長時間的使用。

目前市場上與筆者設計的采集器自取機有相似之處的是自助販賣機與醫院使用的自助機(見表1)。常見的自助販賣機的工作原理有3種：第一種為圓柱型商品，如易拉罐、飲料瓶等，使用電磁閥帶動翻板的驅動方式；第二種為六方體型商品，如香煙、紙盒包裝品等，使用微電機帶動連桿平推的驅動方式；第三種為對薄形片狀商品，如磁卡、票券等，使用微電機帶動捻拉機構的驅動方式。按照上述原理，可使用第一、第二種方式，但以上方式會導致物品出貨時容易造成損害，所以使用機械臂取出物品的方式來防止物品受到損壞。其次，采集器自助機的拿貨口相較于普通的自助販賣機高，患者不用蹲下取貨，方便了部分身體不適的患者。采集器自取機采用與醫院自助機一樣的讀取患者信息的方式和使用方式，使用醫院現有信息系統(HIS)，能快速調取患者信息，查詢所需物品，保證機器的準確性和高效性[5]。

表1 自助販賣機、自助掛號機、采集器自取機對比圖

3 前景展望

本項目針對醫院分發采集器混亂低效的問題，通過自動化技術和消毒一體化技術，設計出一款減少醫護人員工作量的機器。同時通過機械臂在醫學領域的應用、消毒功能在醫學領域的應用、自動販賣機的應用、芯片讀取信息的應用，完善所設計的機器。它可以幫助醫院更高效地完成檢驗前的部分工作，減輕醫護人員的工作量，同時保持衛生、安全，保證醫院檢驗的效率。項目預估可與醫療器械企業或工廠合作制作出機器，投入試驗，確保機器各項符合標準后，將投入市場使用。