王斯卉，姜圣鎬，稂子萱，張建龍，羅 權

（1.西北工業(yè)大學工程實踐訓練中心，西安 710129；2.西北工業(yè)大學，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)囑選取對應的藥物后，系統(tǒng)形成對應所需藥物的“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，藥物在院內配送至住院區(qū)護士站、藥物從護士站發(fā)放給病人的過程中仍以醫(yī)護人員人工取藥、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，這導致院內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的病人帶來更高的風險。

（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，順應科技時代發(fā)展，建設現(xiàn)代化社會，應盡快實現(xiàn)醫(yī)療設備的自動化與信息化，以實現(xiàn)在住院環(huán)境下藥物院內配送與發(fā)放的準確性、時效性和高效性，完善藥物的分配信息管理，保護醫(yī)務人員與患者的生命安全。本文將設計一款基于住院場景的智能藥盒，可實現(xiàn)住院區(qū)病房內藥物的定時自動發(fā)放，提醒患者取藥等功能。

1 設計意義

目前藥物在院內配送環(huán)節(jié)存在上述諸多問題，所以此藥盒設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行分配，定時開關，患者按時進行取藥的操作，盡可能少地在患者住院期間醫(yī)務人員頻繁地對病房內藥物進行補充，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，并進一步降低病原的傳播風險。

1.3 實現(xiàn)藥物的安全取換與存儲

為藥物儲存裝置設置安全鎖，防止非固定時間內藥物被取出或藥物被錯誤服用的狀況產生，同時設置NFC識別判斷醫(yī)務人員身份，只有能夠識別的人員才能對藥盒進行解鎖，除設定負責的醫(yī)務人員外他人無法打開藥盒，避免患者或陪護家屬隨意取用藥物的可能，實現(xiàn)藥物的安全、準確和及時補充，并實現(xiàn)對藥盒藥物補充或替換人員的開關操作記錄。

由此可見，藥物在院內配送，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，設備的信息化、智能化可以促進現(xiàn)代醫(yī)療設備的發(fā)展建設，促進我國醫(yī)療水平的提升。

2 總體設計

本藥盒設計以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)。其中本設計在UNO主板上接入了藍牙模塊、紅綠燈模塊和蜂鳴器模塊。同時在設計中還采用了藍牙通信模塊、NFC卡片讀取和3d打印等技術進行硬件設計。通過微信小程序、node.js服務器開發(fā)、以及mysql數據庫管理開發(fā)出使用平臺，方便用戶使用硬件產品。該藥盒在規(guī)定的取藥時間內通過聲音、LED閃爍等方式提醒患者或陪護人自行完成取藥[4]；同時醫(yī)護人員可以通過微信小程序檢查對應病人藥盒的情況，在患者狀況發(fā)生變化時及時修改對應的信息。藥盒可通過終端控制藥物發(fā)放的時間，設置取藥提醒，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。

藥盒設計圖如圖1所示。

3 智能藥盒各模塊設計

3.1 外觀設計

本藥盒設計的外觀是一個290 mm×115 mm×160 mm的長方盒（部分外觀如圖2所示），內部藥物放置格采用上下型結構，通過隔板分離不同種類、不同時段的藥物；外部藥盒開關門采用活頁門的形式，通過門鎖舵機控制藥盒開關門的開啟與關閉。藥盒整體外觀設計簡單大方，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一步提升[5-6]。

3.2 安全鎖設計

藥盒要滿足為藥物儲存裝置設置安全鎖，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進行解鎖，同時可以記錄下補充藥物的人員信息。通過UNO板和讀卡器實現(xiàn)NFC卡片控制舵機旋轉指定角度并停滯一定時間后（即藥盒門處在開啟的狀態(tài)）再次恢復原來角度（即藥盒門處于關閉狀態(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生。

3.3 藥品取用設計

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。在設計中，藥盒內設計可裝入每日3次的藥物，藥物種類多達6種。藥盒內設有3層隔板，每層隔板后裝有舵機，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。當到達每日設定的服藥時間，舵機轉動，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行服用。設有的3層隔板間隔出對應一日三次的用藥，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)務人員的人工提醒，故需要設置明顯且有效的提醒方式。

設計中視覺效果設置警示燈閃爍提醒，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，因其單向導電性、功耗低和價格低廉等特點被廣泛應用在生活當中。該模塊接口有-、V、G、Y、R這5個管腳，其中-為負極接地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工作人員需求進行設置，該模型實物如圖3所示。

聲音效果通過內置蜂鳴器進行提醒，該蜂鳴器采用無源蜂鳴器即內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動蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。在通電時，內部振蕩器需要2～5 kHz的方波驅動，不同頻率的波形會驅動蜂鳴器發(fā)出對應頻率的聲音?？紤]到患者的心情因素，提醒聲音建議編輯設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。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)護人員對病人情況進行確認，防止意外情況的發(fā)生。

3.5 程序設計

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，經過終端對藥盒的藥量分配進行設置，同時設置病房內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)放藥量進行修改的操作。

基于以上設計思路：

（1）首先完成微信小程序UI框架的設計，根據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行細致調節(jié)；其次，利用JS（全稱JavaScript）編寫每個組件部分相應的事件，并利用事件與系統(tǒng)進行綁定，實現(xiàn)事件與事件之間、組件與組件之間的相互關系；最后通過事件和組件之間的對應關系完成各個頁面之間的攜帶參數跳轉，實現(xiàn)了所需的幾個頁面間切換的功能。

（2）搭建項目專屬的數據庫，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等請求方式進行數據調用，在服務器中，設計自己的全局和局部中間件，可以對出現(xiàn)的各種error進行反應和處理，通過利用內置中間件解決了跨域、字符解析等問題[8]。

（3）設計一個微信小程序控制界面，利用原生藍牙模塊API，調用藥盒上UNO板連接的藍牙模塊，鏈接到控制藥盒開關的舵機，醫(yī)務人員通過微信小程序，可以完成對藥盒開關的控制。通過調用讀取手機時間，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，當到達設置時間時自動打開藥盒門，或者解除藥盒門鎖的舵機控制使醫(yī)護人員可手動打開藥盒，進行藥物的補充或換取藥物。在模擬操作過程中，考慮到藍牙傳輸的距離長短因素、信息的完整性因素，信號強弱因素，在之后的改進過程中建議考慮采用WIFI連接藥盒與手機，以提高信息傳遞的及時性。

4 結束語

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險，本文設計了一款在病房中可自動發(fā)放藥物的智能藥盒。藥盒的設計優(yōu)化了患者取用藥的環(huán)節(jié)，精簡了醫(yī)護人員取送藥品的環(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，提升患者的滿意度。