住院環(huán)境下智能藥盒設(shè)計與制作

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選取已逐漸成為一種趨勢，藥房中的工作人員通過醫(yī)囑選取對應(yīng)的藥物后，系統(tǒng)形成對應(yīng)所需藥物的“訂單”。藥柜通過讀取“訂單”、藥品條形碼或存儲藥盒的三維信息取出相應(yīng)的藥物，此模式節(jié)省人力的同時減少了人工識別藥物出錯的狀況，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間，從一定方面提高病人對醫(yī)院的滿意度。但對于住院環(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)放給病人的過程中仍以醫(yī)護(hù)人員人工取藥、核對醫(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間定時配送，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，同時會占用大量的醫(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，藥物可能會出現(xiàn)單次配送，藥量少而配送頻率高，也會導(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、與病人之間會出現(xiàn)實際的接觸，頻繁的接觸意味著給配送人員帶來更高的感染風(fēng)險，配送人員甚至還會成為在不同病房間傳播的病原媒介，對免疫力較差及部分需要注意防護(hù)的病人帶來更高的風(fēng)險。

（3）藥物在人工配送的過程中可能會出現(xiàn)污損等意外情況。

因此，順應(yīng)科技時代發(fā)展，建設(shè)現(xiàn)代化社會，應(yīng)盡快實現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備的自動化與信息化，以實現(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)計一款基于住院場景的智能藥盒，可實現(xiàn)住院區(qū)病房內(nèi)藥物的定時自動發(fā)放，提醒患者取藥等功能。

1 設(shè)計意義

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

1.1 實現(xiàn)藥物的自動定時分配

藥物的定時發(fā)放可以避免人員接觸，減少病原傳播途徑，落實醫(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 實現(xiàn)藥物的定量儲存

針對不同病情的病人實現(xiàn)藥物按日用藥量儲存，藥盒自動對藥物按量進(jìn)行分配，定時開關(guān)，患者按時進(jìn)行取藥的操作，盡可能少地在患者住院期間醫(yī)務(wù)人員頻繁地對病房內(nèi)藥物進(jìn)行補(bǔ)充，減少病房人員的流動性，減少對病人不必要的打擾，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。

1.3 實現(xiàn)藥物的安全取換與存儲

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

由此可見，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，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)我國醫(yī)療水平的提升。

2 總體設(shè)計

本藥盒設(shè)計以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，便于開發(fā)。其中本設(shè)計在UNO主板上接入了藍(lán)牙模塊、紅綠燈模塊和蜂鳴器模塊。同時在設(shè)計中還采用了藍(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。通過微信小程序、node.js服務(wù)器開發(fā)、以及mysql數(shù)據(jù)庫管理開發(fā)出使用平臺，方便用戶使用硬件產(chǎn)品。該藥盒在規(guī)定的取藥時間內(nèi)通過聲音、LED閃爍等方式提醒患者或陪護(hù)人自行完成取藥[4]；同時醫(yī)護(hù)人員可以通過微信小程序檢查對應(yīng)病人藥盒的情況，在患者狀況發(fā)生變化時及時修改對應(yīng)的信息。藥盒可通過終端控制藥物發(fā)放的時間，設(shè)置取藥提醒，擬實現(xiàn)解決錯峰無接觸藥物發(fā)放及定時管理提醒服藥等問題，將匆忙的高峰時段藥物發(fā)放管理，分配到全天的任意時間段，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)計圖如圖1所示。

3 智能藥盒各模塊設(shè)計

3.1 外觀設(shè)計

本藥盒設(shè)計的外觀是一個290 mm×115 mm×160 mm的長方盒（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)，通過隔板分離不同種類、不同時段的藥物；外部藥盒開關(guān)門采用活頁門的形式，通過門鎖舵機(jī)控制藥盒開關(guān)門的開啟與關(guān)閉。藥盒整體外觀設(shè)計簡單大方，在滿足藥品分類裝載的同時，通過安全鎖的控制，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

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

3.3 藥品取用設(shè)計

針對不同病情的病人實現(xiàn)藥物的按日定量儲存，綜合考慮市面上常見藥物外形及尺寸、不同類型病人住院期間的日服藥量。在設(shè)計中，藥盒內(nèi)設(shè)計可裝入每日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)，在非用藥時間，隔板通過磁力被吸附住，以此分隔不同時間段的藥物。當(dāng)?shù)竭_(dá)每日設(shè)定的服藥時間，舵機(jī)轉(zhuǎn)動，撤去磁力，隔板通過彈簧彈力彈出，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

該模塊功能選擇通過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)計中視覺效果設(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實現(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格低廉等特點被廣泛應(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一個顏色的LED燈，也可采用幾種顏色依次閃爍提醒，閃爍次序、閃爍時長等顯示形式可依據(jù)工作人員需求進(jìn)行設(shè)置，該模型實物如圖3所示。

聲音效果通過內(nèi)置蜂鳴器進(jìn)行提醒，該蜂鳴器采用無源蜂鳴器即內(nèi)部無震蕩源的蜂鳴器，其優(yōu)點是成本低，聲音頻率范圍寬，使用者可通過改變頻率驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。在通電時，內(nèi)部振蕩器需要2～5 kHz的方波驅(qū)動，不同頻率的波形會驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出對應(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)置成一首簡單的樂曲，以此緩解患者的焦慮感，更有助于身體的恢復(fù)。無源蜂鳴器模塊可接主板的5.5 V或3.3 V接口；S為信號接口，可接UNO主板的0—13號數(shù)字引腳。蜂鳴器模型實物如圖4所示。

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

3.5 程序設(shè)計

程序控制端不僅要實現(xiàn)藥物的自動定時分配，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間不相同，經(jīng)過終端對藥盒的藥量分配進(jìn)行設(shè)置，同時設(shè)置病房內(nèi)藥盒藥物的分配時間，也要滿足如果患者的用藥量在住院期間發(fā)生變動，在終端可對藥盒發(fā)放藥量進(jìn)行修改的操作。

基于以上設(shè)計思路：

（1）首先完成微信小程序UI框架的設(shè)計，根據(jù)框架的各個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等控制語句進(jìn)行高效渲染。通過基本UI框架確定各個組件部分的具體樣式之后，利用WXSS（全稱WeiXin Style Sheets）語句更改具體樣式對小程序頁面進(jìn)行細(xì)致調(diào)節(jié)；其次，利用JS（全稱JavaScript）編寫每個組件部分相應(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；最后通過事件和組件之間的對應(yīng)關(guān)系完成各個頁面之間的攜帶參數(shù)跳轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了所需的幾個頁面間切換的功能。

（2）搭建項目專屬的數(shù)據(jù)庫，用于儲存患者姓名、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等請求方式進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用，在服務(wù)器中，設(shè)計自己的全局和局部中間件，可以對出現(xiàn)的各種error進(jìn)行反應(yīng)和處理，通過利用內(nèi)置中間件解決了跨域、字符解析等問題[8]。

（3）設(shè)計一個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，鏈接到控制藥盒開關(guān)的舵機(jī)，醫(yī)務(wù)人員通過微信小程序，可以完成對藥盒開關(guān)的控制。通過調(diào)用讀取手機(jī)時間，實現(xiàn)開鎖倒計時功能，按照不同的剩余時間顯示不同的警示顏色，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)置時間時自動打開藥盒門，或者解除藥盒門鎖的舵機(jī)控制使醫(yī)護(hù)人員可手動打開藥盒，進(jìn)行藥物的補(bǔ)充或換取藥物。在模擬操作過程中，考慮到藍(lán)牙傳輸?shù)木嚯x長短因素、信息的完整性因素，信號強(qiáng)弱因素，在之后的改進(jìn)過程中建議考慮采用WIFI連接藥盒與手機(jī)，以提高信息傳遞的及時性。

4 結(jié)束語

基于住院場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，本文設(shè)計了一款在病房中可自動發(fā)放藥物的智能藥盒。藥盒的設(shè)計優(yōu)化了患者取用藥的環(huán)節(jié)，精簡了醫(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帶來交叉感染的情況，更好地為患者提供服務(wù)，提升患者的滿意度。