智慧門(mén)診藥房的建立與實(shí)踐

陳井泉，劉燕

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬武漢兒童醫(yī)院、武漢市婦幼保健院信息科，武漢 430016)

以發(fā)藥機(jī)為主的自動(dòng)化藥房在國(guó)內(nèi)多個(gè)醫(yī)院已經(jīng)建設(shè)并投入應(yīng)用，一定程度上提高了藥房的運(yùn)行水平[1-3]。不過(guò)，因?yàn)樽詣?dòng)化藥房以孤立的自動(dòng)化設(shè)備為主，未能將整個(gè)藥房藥品的存儲(chǔ)-調(diào)配-發(fā)藥全流程的物流、信息流打通，藥品在各設(shè)備間流轉(zhuǎn)仍需人工完成，如藥品存儲(chǔ)區(qū)的人工管理、發(fā)藥機(jī)人工補(bǔ)藥和窗口人工核對(duì)藥品。藥師大量時(shí)間用于補(bǔ)藥、藥品核對(duì)等重復(fù)性工作，可用于窗口藥事服務(wù)的時(shí)間相應(yīng)縮短，導(dǎo)致藥房發(fā)藥效率不高、患者等待時(shí)間長(zhǎng)和滿意度低[4-7]。為了提升門(mén)診藥房發(fā)藥效率和準(zhǔn)確率，使藥師更專注于藥事服務(wù)，我院藥房從傳統(tǒng)藥房全面升級(jí)至智慧門(mén)診藥房。智慧門(mén)診藥房相比傳統(tǒng)藥房及自動(dòng)化藥房，實(shí)現(xiàn)了藥品在藥房?jī)?nèi)存儲(chǔ)、補(bǔ)藥、發(fā)藥全流程的物流、信息流的統(tǒng)一管理，提供了自動(dòng)導(dǎo)引車(automated guided vehicle，AGV)自動(dòng)藥箱存取、3D視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人自動(dòng)補(bǔ)發(fā)藥、基于深度學(xué)習(xí)的發(fā)藥窗口藥品自動(dòng)核對(duì)等新功能。

1 智慧門(mén)診藥房的建立

1.1智慧門(mén)診藥房的配置 我院的智慧門(mén)診藥房建設(shè)項(xiàng)目，包括從武漢庫(kù)柏特科技有限公司引入的8套發(fā)藥窗口藥品自動(dòng)核對(duì)機(jī)，2臺(tái)快速發(fā)藥系統(tǒng)用于盒裝藥品的存儲(chǔ)和調(diào)配，1臺(tái)高速發(fā)藥系統(tǒng)用于高頻次用量大藥品的發(fā)放，2套直發(fā)藥品傳輸系統(tǒng)，2套預(yù)配藥品傳輸系統(tǒng)，2套藥筐傳輸系統(tǒng)，1套藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)，2套全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)，1臺(tái)智能麻醉藥品和精神藥品(麻精藥品)柜，1臺(tái)智能存取柜，1套配藥單打印系統(tǒng)及藥房管理軟件等子系統(tǒng)。

其中發(fā)藥窗口藥品自動(dòng)核對(duì)機(jī)用于藥品與處方信息自動(dòng)比對(duì)。快速發(fā)藥系統(tǒng)與高速發(fā)藥系統(tǒng)拼接安裝，軟件連通，構(gòu)成發(fā)藥系統(tǒng)。直發(fā)藥品傳輸系統(tǒng)用于整個(gè)處方藥品完全由發(fā)藥系統(tǒng)發(fā)出時(shí)的藥品輸送，將藥品輸送至發(fā)藥窗口，由窗口藥師發(fā)放至患者。智能麻精藥品柜、智能存取柜、藥品冷藏區(qū)、藥架存儲(chǔ)區(qū)用來(lái)存儲(chǔ)尺寸和存儲(chǔ)條件不宜放入發(fā)藥系統(tǒng)的藥品。包含麻精藥品、智能存取柜藥品、冷藏藥品區(qū)藥品、藥架存儲(chǔ)區(qū)藥品，除去該部分之外的藥品由發(fā)藥系統(tǒng)發(fā)出至藥筐，藥品與藥筐一起經(jīng)預(yù)配藥品傳輸系統(tǒng)傳輸至預(yù)配緩存區(qū)，藥師將處方內(nèi)其他非發(fā)藥系統(tǒng)發(fā)放的藥品從智能麻精藥品柜等設(shè)備中取出并放入預(yù)配緩存區(qū)對(duì)應(yīng)的藥筐，完成預(yù)配藥品調(diào)劑。配藥單打印系統(tǒng)用于自動(dòng)打印配藥單，藥師根據(jù)打印的配藥單調(diào)劑少量不在發(fā)藥系統(tǒng)內(nèi)的藥品。藥筐傳輸系統(tǒng)用于將完成預(yù)配藥品調(diào)劑的藥品及藥筐傳輸至發(fā)藥窗口，并將發(fā)藥窗口的空藥筐傳輸至發(fā)藥系統(tǒng)出藥口，用于后續(xù)預(yù)配藥品傳輸使用。藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)用于存儲(chǔ)由醫(yī)院一級(jí)庫(kù)調(diào)撥至門(mén)診藥房的藥品，根據(jù)調(diào)度指令出庫(kù)藥箱傳送至全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)。全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)用于發(fā)藥系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)藥。藥房管理軟件用于智慧門(mén)診藥房建設(shè)項(xiàng)目所含所有設(shè)備的管理和調(diào)度。

1.2智慧門(mén)診藥房智能化系統(tǒng)的布局 智慧門(mén)診藥房整體布局分為緩存區(qū)、調(diào)劑區(qū)、發(fā)藥區(qū)3個(gè)主要部分，整體布局見(jiàn)圖1。

藥品配送進(jìn)入藥房后會(huì)存儲(chǔ)在緩存區(qū)，緩存區(qū)包括藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)、藥架緩存區(qū)、冷藏藥品區(qū)。藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)用于發(fā)藥系統(tǒng)全自動(dòng)補(bǔ)藥的藥品緩存；藥架緩存區(qū)對(duì)常溫藥品進(jìn)行藥品存儲(chǔ)；冷藏藥品區(qū)負(fù)責(zé)冷藏類藥品的存儲(chǔ)。

調(diào)劑區(qū)包括發(fā)藥系統(tǒng)、全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)和智能存取柜。發(fā)藥系統(tǒng)與醫(yī)院信息系統(tǒng)(hospital information system，HIS)連通，依據(jù)HIS中的處方信息自動(dòng)出藥，經(jīng)直發(fā)及預(yù)配藥品傳輸系統(tǒng)傳輸至發(fā)藥區(qū)。發(fā)藥系統(tǒng)、全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)和藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)通過(guò)自動(dòng)化傳輸線對(duì)接連通，藥房管理軟件實(shí)時(shí)后臺(tái)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前發(fā)藥系統(tǒng)內(nèi)藥品的庫(kù)存狀態(tài)，對(duì)達(dá)到補(bǔ)藥要求的藥品下發(fā)補(bǔ)藥指令，藥品經(jīng)藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)、全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)自動(dòng)補(bǔ)充至發(fā)藥系統(tǒng)。智能存取柜存儲(chǔ)低頻次藥品。

發(fā)藥區(qū)布置直發(fā)及預(yù)配藥品傳輸系統(tǒng)和藥筐傳輸系統(tǒng)的出口，藥師從出口取出藥品及藥筐，將藥品置于發(fā)藥窗口藥品自動(dòng)核對(duì)機(jī)操作臺(tái)上，由系統(tǒng)內(nèi)的深度學(xué)習(xí)物體識(shí)別算法自動(dòng)識(shí)別藥品并與處方比對(duì)，藥師確認(rèn)無(wú)誤后發(fā)放藥品給患者并提供藥事服務(wù)。

a.緩存區(qū)；b.調(diào)劑區(qū)；c.發(fā)藥區(qū)。圖1 智慧門(mén)診藥房智能化系統(tǒng)布局 a.buffer area；b.preparation area；c.dispensing area.Fig.1 Intelligent system layout of smart outpatient pharmacy

2 智慧門(mén)診藥房中的智能化技術(shù)與設(shè)備

2.1人工智能技術(shù) 智慧門(mén)診藥房以智能調(diào)度、3D視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人抓取和基于深度學(xué)習(xí)的物體識(shí)別等人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)。智能調(diào)度指根據(jù)藥房歷史發(fā)藥數(shù)據(jù)、發(fā)藥系統(tǒng)各藥品實(shí)時(shí)庫(kù)存量，智能預(yù)測(cè)各藥品的發(fā)放需求，下發(fā)指令由藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)和全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)及時(shí)補(bǔ)藥，維持發(fā)藥系統(tǒng)各藥品庫(kù)存均衡。使用3D計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)可計(jì)算藥品3D位置和姿態(tài)，引導(dǎo)機(jī)械臂以最優(yōu)無(wú)碰撞路徑進(jìn)行抓取補(bǔ)藥?；谏疃葘W(xué)習(xí)的物體識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)藥盒的準(zhǔn)確定位與類別識(shí)別[8-9]，通過(guò)對(duì)目標(biāo)分割定位算法模型進(jìn)行壓縮優(yōu)化，使藥盒定位耗時(shí)由優(yōu)化前的220 ms縮短至30 ms；基于殘差注意力模塊[9]構(gòu)建藥品識(shí)別網(wǎng)絡(luò)，提高模型對(duì)細(xì)微差異的判別力，可有效區(qū)分相似的不同類別藥盒和破損、褶皺的同類別的藥盒，識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)100%。

2.2智能設(shè)備 智慧門(mén)診藥房的全流程智能化由智能化設(shè)備實(shí)現(xiàn)。藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)實(shí)現(xiàn)入庫(kù)藥品的智能化調(diào)度；全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)與發(fā)藥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)藥品的自主智能化補(bǔ)發(fā)藥；發(fā)藥窗口藥品自動(dòng)核對(duì)機(jī)實(shí)現(xiàn)處方藥品的自動(dòng)核對(duì)。智慧門(mén)診藥房全流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 智慧門(mén)診藥房全流程圖 Fig.2 Full flow chart of smart outpatient pharmacy

藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)由高密度貨架、標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)藥箱、多層背簍式AGV、自動(dòng)輸送線和調(diào)度軟件組成。藥品入庫(kù)時(shí)，藥師將拆除大包裝后的藥品放入藥箱內(nèi)，并錄入藥品編碼，將藥箱放置于緩存貨架，AGV根據(jù)調(diào)度軟件指令將緩存貨架上的藥箱放置至貨架上的最優(yōu)空位。藥品出庫(kù)時(shí)，AGV根據(jù)調(diào)度指令從貨架取藥箱，放置至自動(dòng)輸送線入口，藥箱經(jīng)輸送線傳輸至全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)。AGV根據(jù)調(diào)度軟件指令從自動(dòng)輸送線出口取回從全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)退出的空藥箱并送入藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)。

全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)內(nèi)含3D結(jié)構(gòu)光相機(jī)、6自由度串聯(lián)機(jī)械臂。通過(guò)3D相機(jī)和深度學(xué)習(xí)物體定位識(shí)別技術(shù)獲取藥箱內(nèi)藥品的位置、姿態(tài)和類別。通過(guò)快速手眼標(biāo)定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)相機(jī)和機(jī)械臂的手眼協(xié)調(diào)。通過(guò)抓取規(guī)劃技術(shù)，對(duì)藥箱內(nèi)藥品按照可抓取性進(jìn)行最優(yōu)排序。通過(guò)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃技術(shù)，機(jī)械臂以無(wú)碰撞的最快路徑吸取藥箱內(nèi)特定藥品，并補(bǔ)入發(fā)藥系統(tǒng)。

發(fā)藥窗口藥品自動(dòng)核對(duì)機(jī)是一個(gè)使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)輔助藥師核對(duì)藥品的智能設(shè)備，其安裝在藥房窗口的工作臺(tái)內(nèi)，空間占用小，以方便藥師使用操作。

經(jīng)過(guò)上線運(yùn)行的近半年時(shí)間，我院智慧門(mén)診藥房在藥品存儲(chǔ)、藥品補(bǔ)藥、藥品調(diào)配和藥品核對(duì)上，相比傳統(tǒng)藥房及自動(dòng)化藥房有全面的改進(jìn)，見(jiàn)表1。

表1 智慧門(mén)診藥房與傳統(tǒng)藥房及自動(dòng)化藥房的特點(diǎn)比較 Tab.1 Comparison of characteristics among intelligent outpatient pharmacy，traditional pharmacy and automatic pharmacy

3 智慧門(mén)診藥房的作用

3.1提高發(fā)藥準(zhǔn)確率 智慧門(mén)診藥房通過(guò)藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)的藥品自動(dòng)管理，全自動(dòng)補(bǔ)藥機(jī)中的藥品識(shí)別和發(fā)藥窗口藥品自動(dòng)核對(duì)機(jī)的藥品核對(duì)三重確認(rèn)提高發(fā)藥準(zhǔn)確率。通過(guò)不斷積累的藥品圖像數(shù)據(jù)，形成真實(shí)、多樣的樣本數(shù)據(jù)，并對(duì)其自動(dòng)篩選，挖掘?qū)ι疃葘W(xué)習(xí)模型準(zhǔn)確率提升最有價(jià)值的數(shù)據(jù)子集，形成有效高價(jià)值密度的數(shù)據(jù)庫(kù)，使用該數(shù)據(jù)庫(kù)不斷訓(xùn)練升級(jí)深度學(xué)習(xí)模型，使得深度學(xué)習(xí)模型達(dá)到優(yōu)于人工的識(shí)別成功率。引入智慧門(mén)診藥房后，使用藥品自動(dòng)核對(duì)的藥品調(diào)劑差錯(cuò)降低至零。

3.2提高調(diào)配的效率 智慧門(mén)診藥房的入庫(kù)、調(diào)劑和發(fā)藥全流程自動(dòng)化和智能化，保證發(fā)藥系統(tǒng)有合理的庫(kù)存量，減少發(fā)藥系統(tǒng)缺藥等待時(shí)間，減少藥師在藥房?jī)?nèi)往返配藥的動(dòng)作，提高調(diào)配發(fā)藥的整體效率。發(fā)藥系統(tǒng)的發(fā)藥速度為2500藥盒·h-1，能夠滿足高峰時(shí)段的發(fā)藥要求。

3.3減少藥師的重復(fù)工作 我院引入智慧門(mén)診藥房后，藥品補(bǔ)配人員減少2人，后臺(tái)調(diào)配人員減少3人，藥房人員由13人縮減至8人，減少了藥師手工配藥的工作量，發(fā)藥窗口藥品自動(dòng)核對(duì)機(jī)輔助藥師核對(duì)藥品，使得藥師將主要精力用于藥事服務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

智慧門(mén)診藥房針對(duì)自動(dòng)化藥房藥品存儲(chǔ)管理、發(fā)藥機(jī)補(bǔ)藥、窗口藥品核對(duì)等環(huán)節(jié)的信息化、自動(dòng)化和智能化水平低，導(dǎo)致藥師在藥房?jī)?nèi)走動(dòng)取藥調(diào)劑重復(fù)勞動(dòng)量大，可用于藥事服務(wù)時(shí)間少的問(wèn)題[10]，通過(guò)智能調(diào)度、3D視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人抓取和深度學(xué)習(xí)物體識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)藥品緩存箱式二級(jí)庫(kù)、智能機(jī)器人自動(dòng)補(bǔ)藥和深度學(xué)習(xí)發(fā)藥窗口藥品核對(duì)等功能。門(mén)診藥房全流程的智能化，提高了調(diào)配藥發(fā)藥的準(zhǔn)確率和效率，減少了藥師的重復(fù)工作，代表了門(mén)診藥房的未來(lái)發(fā)展方向。

另一方面，人工智能技術(shù)在智慧門(mén)診藥房中的高準(zhǔn)確率以大量的數(shù)據(jù)參與訓(xùn)練為基礎(chǔ)，這導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集工作量大、前期部署時(shí)間稍長(zhǎng)，如何在不降低識(shí)別準(zhǔn)確率的前提下，借助小樣本學(xué)習(xí)技術(shù)降低數(shù)據(jù)依賴量，是未來(lái)的研究方向。