基于物聯網技術的智慧藥房配取系統的研發

劉宗旺，李洪昊，周雨風，朱治強，向沛靈

（重慶郵電大學，重慶 400065）

0 引言

隨著現代科技的不斷發展，移動互聯網在各行各業得到廣泛應用，“互聯網+”及“健康中國”等戰略的提出也使得現代通信技術與醫療服務存在越來越緊密的關聯[1]。

當前，傳統取藥流程較為煩瑣，而隨著各種病癥和病患的日益增多，排隊式人工發藥模式已無法滿足當前社會需求[2]。基于物聯網技術的智慧藥房配取系統是一種以智能管理和識別技術為主的一站式取藥系統，將其應用到醫療場景中，可充分發揮物聯網技術的優勢，幫助患者實時掌握配藥進度，自主把握取藥時間，從而減少排隊取藥造成的人員密集以及在此過程所損耗的時間。同時，社會各行各業智能化步伐不斷加快，社會整體智能化程度不斷加深，一款基于物聯網技術的智慧藥房配取系統更是一種時代所需。

1 物聯網技術背景概述

自1999 年物聯網這一概念被首次提出，其發展經歷了以下4 個概念的主要階段。①M2M（Machine to Machine）概念階段的信息共享，即把所有物品通過射頻識別、人臉識別、生物識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。②M2M概念階段的萬物連接，將任意時間、任何地點的人與人之間的溝通連接，擴展到人與物、物與物之間的溝通連接。③IoT（Internet of Things）概念階段的智慧應用，將物聯網技術應用到我們城市生活中的各種場景中，如智慧醫療、智慧家居、智慧交通、智慧醫療等。④IoE（Internet of Everything）概念階段的無限可能，這也是物聯網技術發展的最終愿景[3]。

2 傳統醫療模式的變革——智慧醫療

隨著物聯網技術的蓬勃發展，醫療行業可以更好地實現對人、設備和環境的智慧化的管理，并更有效地處理醫療數據，從而使智慧醫療系統成為可能。且基于物聯網技術的智慧醫療系統，相較于傳統醫療模式，更有著有互聯互通、協作性、預防性、普及性、激發創新性以及可靠性等特點。

2009 年，IBM 公司提出了通過運用物聯網、互聯網和云計算將現實世界和信息世界相連接，從而達到互聯化、物聯化、智能化的“智慧地球”戰略，希望通過物聯網的運用，使人類擁有更科學的日常生活和生產的管理模式，同時實現更動態的精細化的管理，并提高整個過程中資源的分配利用效率和生產力水平[4]。所謂的智慧醫療系統即是基于現有的公共衛生信息平臺，利用物聯網的相關技術，通過將各級公共衛生系統的信息進行整合，形成集指揮、應急、管理監督為一體的信息網絡。實現患者與醫療設備、醫院、公共衛生組織之間的高度協同，逐步實現醫療產業整體的信息化乃至智能化[5]，如圖1 所示。

圖1 智慧醫療系統總體設計

從宏觀來看，智慧醫療的發展可以分為7 個層次，其中第一個就是業務管理系統，包括醫院日常收費和藥品管理方面。總體來說，我國現在正處在第一、二階段向前邁步的階段。因此，將物聯網技術廣泛應用于藥品管理領域，并借由信息化、智能化模式，可使醫療資源得以充分利用，在解決醫患關系的同時推動整個智能醫療行業的發展與進步。在這樣一背景下，智慧配取系統的發展更是一種時代所需。

3 智慧藥房配取系統功能設計

3.1 功能需求和功能設定

目前國內智慧藥房設備是將盒裝藥品通過藥房自動發藥機或人工發放到取藥窗口，患者仍需步行前去藥房取藥。疫情當下，已經造成了一定程度的人員聚集[6]。文中所闡述系統基于當下醫療現狀，針對于就醫流程相對煩瑣，取藥過程較為困難等需求痛點，服務于患者，符合社會切實需要。本產品包括藥品儲物柜與一款配套使用的多功能APP，通過網絡大數據處理，將患者、醫務人員、藥品配取等相關聯，為患者計算出最佳的取藥時間等多項便于患者與醫院的功能，如圖2、圖3 所示。

圖2 智慧藥房配取系統概念

圖3 產品使用

3.2 系統總體設計

整個系統主要包括配藥系統與取藥系統。其中配藥系統是采用自動出藥和密集存儲的形式，當HIS 給系統管理軟件發出相應指令并接到數據后，數據庫查出藥品所在位置，給下位機發出指令，再通過系統處理后，最終將藥品通過運輸通道傳送到自助取藥機柜。取藥系統主要涵蓋邊緣數據采集、數據網絡傳輸以及后臺數據分析處理三大部分。其中，邊緣層數據采集通過RFID身份認證、人臉識別的方式采集患者身份信息；網絡傳輸層借助Wi-Fi，基于LwM2M 協議與MQTT 協議實現邊緣層采集數據的上報和后臺分析數據下發；平臺層通過華為IoT 云平臺建立實時存儲和分析邊緣層的采集數據并下發命令。同時結合移動端APP 實現藥物配給狀態查詢以及線上一鍵取藥功能。

整個過程通過人臉識別和射頻識別系統，能夠實現人臉識別與RFID 識別快速取藥功能，為智能取藥提供了技術支持，用戶則以自主研發的APP 為載體，與設備系統協同搭建了一個快速、便捷的智能配取藥平臺，如圖4 所示。

圖4 取藥系統實現結構

4 系統功能實現

4.1 射頻識別模塊設計

本系統設計利用STM32L431RCT6 和RC522 結合采集患者身份信息，與開發板相連若身份識別成功則輸出低電平鎖芯打開，同時云平臺下發取藥成功信息至手機短信與APP 上。

本系統設計利用ESP8266 將采集的身份信息、醫生編輯的藥品信息等上傳到物聯網云平臺上，進行數據對比分析，并將分析結果與指令下發至單片機以及APP 上，與手機互聯互傳數據，達到遠程獲取數據的效果，如圖5、圖6 所示。

圖5 RFID 識別模塊用例模型

圖6 RC522 功能框

4.2 華為云平臺應用

華為云IoT 平臺是一個開源的物聯網平臺，支持終端設備多協議、多網絡接入，解決設備接入的碎片化和多樣化等難題，提供實時監控、事件告警、消息轉發和設備管理等功能；同時開放了豐富的RFSTful APL，降低第三方應用的開發難度，可配合華為云其他產品使用，協助用戶快速搭建物聯網應用。目前，華為云IoT 平臺有以下兩種數據處理模式。

（1）數據完全透傳，用戶在編寫Profile 時，可將所有數據放在一個字段里打包，IoT 平臺不會進行解包處理，而是將獲取的數據直接傳遞給第三方應用。

（2）數據解析服務，用戶在設計Profile 時，可根據業務需求編寫相應字段，平臺側會對Profile 文件中的字段進行解析，并提供對應的數據分析服務[7]。

本文采用的是第2 種數據處理模式，利用IoT 平臺提供的數據解析服務，實現數據分析和閾值報警等功能。設備可以通過固網、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wi-Fi 等多種網絡接入物聯網平臺，并使用LWM2M/CoAP 或MQTT 協議將業務數據上報到平臺，平臺也可以將控制命令下發給設備。業務應用通過調用物聯網平臺提供的API，實現設備管理、數據上報、命令下發等業務場景。

4.3 APP 設計與開發

病人端口通過華為云平臺發放的IAM 認證后，通過ID 密碼的認證方式來獲取IAM 用戶Token 并使用相應的API 獲取相關病人信息并展示給用戶，用戶可查詢到自己的病情、服用的藥物信息、服用劑量醫囑等。醫生端口則通過上述方法可以建立新的病人檔案，實時更新病人的病情、服用藥物、注意事項等信息。

用戶使用個人賬號登錄APP（圖7），可通過手機APP 訪問數據，查看藥物當前配給狀態以及相應藥物信息，并通過IC 卡掃描的身份識別方式或者通過APP 一鍵取藥（圖8）；在醫生界面，醫生可通過APP 核查患者藥物信息及領取狀態，并可通過該界面與患者取得聯系（圖9）。

圖7 操作流程簡介

圖8 APP 首頁

圖9 用戶信息界面

5 結語

本文結合國內各醫院藥房的工作情況，有策略性地設計了基于物聯網技術的智慧藥房配取系統，可實現配藥發藥取藥全自動化。該系統專注于減少目前中大型醫院取藥時人流擁堵的情況，給患者提供一個更加迅速與舒適的就醫取藥服務。在減少醫院藥房人員分布的情況下有效緩解患者排隊造成的公共空間擁擠與減少公共安全隱患。

該設計方案具有較強的可行性，可為藥房自動化改造提供參考，同時也為當前疫情下減少藥房人員聚集提供一種途徑。

圖10 醫生信息界面