智能藥筐系統(tǒng)優(yōu)化藥師配藥路徑效果評價

劉 婷，李 莎，康力敏，沈 倩，陳曉敏

（西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院藥學(xué)部，陜西 西安 710004）

隨著人工智能技術(shù)的不斷成熟，醫(yī)院的智能化管理水平也在不斷提高，作為醫(yī)院基礎(chǔ)單元的藥房也將逐漸實現(xiàn)智能化管理，全自動智能藥房已在部分醫(yī)院啟用。然而，智能化過程是一個逐漸發(fā)展的過程[1]，不能一蹴而就。三級甲等醫(yī)院（簡稱三甲醫(yī)院）的門診藥房是醫(yī)院藥學(xué)部門的重要組成部分，承擔(dān)著整個醫(yī)院門診患者的藥品調(diào)劑任務(wù)，同時在加強(qiáng)藥品管理、促進(jìn)臨床合理用藥等方面起著極其重要的作用[2]。因此，三甲醫(yī)院藥房的信息化、智能化是目前醫(yī)院智能化升級的重要部分，也是人工智能輔助藥師工作的核心內(nèi)容。我院為三級甲等綜合性教學(xué)醫(yī)院，門診日均處方量約5000 張[3]。門診藥房每日承擔(dān)數(shù)千例患者的藥品調(diào)劑任務(wù)，是提高醫(yī)院門診服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]。醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革的推進(jìn)及門診量的逐年增加，加大了傳統(tǒng)藥房配藥的工作量，延長了患者排隊取藥等候時間。本研究中通過引入智能藥筐，改變患者取藥方式，設(shè)置患者取藥等候區(qū)等切實可行的措施，縮短了藥師調(diào)配藥物的準(zhǔn)備時間，提高了藥師的工作效率，優(yōu)化了藥師取藥流程及藥品調(diào)配的路徑，提高了配藥、取藥效率，縮短了患者的等候時間，提高了醫(yī)院的服務(wù)質(zhì)量。現(xiàn)報道如下。

1 藥師配藥流程研究

大部分三甲醫(yī)院常使用醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS），該系統(tǒng)承擔(dān)了患者從掛號到藥房取藥的整個流程的信息統(tǒng)計與傳輸，是醫(yī)院現(xiàn)代化辦公的重要組成部分。其中，患者在藥房取藥是就診過程的最后環(huán)節(jié)（取藥流程見圖1），可見，縮短患者取藥等待時間在藥學(xué)管理與服務(wù)中起重要作用。

具體取藥過程為，患者繳費后用身份證或就診卡在簽到機(jī)上刷卡取號，等待叫號取藥。患者的處方信息自動分配到窗口，智能藥筐機(jī)（見圖2）根據(jù)窗口藥師名下患者的處方數(shù)優(yōu)化藥品配藥順序，藥師取出自動下落的藥筐及打印的取藥單，根據(jù)取藥單順序進(jìn)行藥品調(diào)配，調(diào)配完畢后送到窗口，由窗口藥師根據(jù)患者順序完成發(fā)藥。如何在基本流程未發(fā)生變化的前提下加快藥師的配藥速度是本研究的主要內(nèi)容。

圖1 患者從就診到取藥的流程圖Fig.1 Flow chart of patients from seeking medical advice to taking medicine

圖2 智能藥筐Fig.2 Intelligent medicine basket

2 藥品優(yōu)化配置原理

門診藥房共有2000 余種藥品，藥師配藥路徑有多種，配藥時間大多消耗在路徑中，為避免路徑過多重復(fù)，藥師常為多例患者同時配藥以節(jié)省時間，但易出現(xiàn)漏配、錯配等差錯。因此，在優(yōu)化藥師取藥路徑時，智能藥筐會對處方單上的藥品排列順序進(jìn)行優(yōu)化，采用運(yùn)籌學(xué)中的經(jīng)典旅行商（TSP）問題[5]，對固定路徑下藥師的行走配藥過程進(jìn)行最小化尋優(yōu)。該方法不僅能有效縮短藥師在配藥過程中的行走路徑，提高配藥效率，而且減少了配藥差錯。

1）門診藥房藥品位置信息

在解決TSP 問題時，首先要根據(jù)藥品位置設(shè)置每種藥品的坐標(biāo)信息，設(shè)置智能藥筐的位置為藥師配藥流程的起始點，1 ～5 號發(fā)藥窗口為終點，藥師行走的路徑為固定路徑。很多藥品在同一藥架上，因此根據(jù)藥架將藥品分成37 個固定坐標(biāo)，每個坐標(biāo)包含在該區(qū)域內(nèi)的所有藥品名稱。在藥師每次配藥過程中，藥品的坐標(biāo)為藥架坐標(biāo)，藥師從起點至終點的所有可行路徑中，以行程最短為優(yōu)化目標(biāo)。藥房藥品的平面布置見圖3。

圖3 藥品布置平面圖Fig.3 Planar graph of drug placement

2）配藥過程的數(shù)學(xué)模型

設(shè)G=（V，E）[6]，其中V是包含n個藥品位置的頂點坐標(biāo)集，E為各個頂點彼此相連接組成的邊集，設(shè)距離矩陣M=（d（i，j））n×n，其中

式中，wij指i與j兩點間的距離。若對于V=（V1，V2，V3，…，Vn）的一個行程為T=（t1t2，…ti…tnt1），其中ti∈V，且記tn+1=t1，則藥師配藥的TSP 問題的數(shù)學(xué)模型[6]可表示為：

3）應(yīng)用PSO 算法解數(shù)學(xué)模型

PSO 算法是基于群體的，根據(jù)對環(huán)境的適應(yīng)度將群體中的個體移動到好的區(qū)域。然而它不對個體使用演化算子，而是將每個個體看作是D 維搜索空間中的一個沒有體積的微粒（點），在搜索空間中以一定的速度飛行，進(jìn)而改變自身的位置，這個速度根據(jù)它本身的飛行經(jīng)驗和同伴的飛行經(jīng)驗來動態(tài)調(diào)整。第i個粒子表示為Xi=（xi1，xi2，xi3，…xiD），它經(jīng)歷過的最好的位置（個體極值即適應(yīng)度最佳）記P=（pi1，pi2，pi3，…piD），也稱為Pbest。群體中所有粒子經(jīng)歷過的最好的位置用gbest表示。粒子速率用Vi=（vi1，vi2，vi3，…，viD）表示。對于每一代粒子根據(jù)以下公式進(jìn)行更新。

其中，w為慣性權(quán)重，該參數(shù)反映了個體歷史成績對現(xiàn)在的影響，一般取0.5 ～1；c1，c2分別為個體學(xué)習(xí)因子和群體學(xué)習(xí)因子，一般取0 ～4；rand為[0，1]之間的隨機(jī)數(shù)。

問題的求解采用藥品編號的十進(jìn)制編碼方法[7]。對于N個藥品位置坐標(biāo)，藥師配藥行程的TSP 問題，藥品編號分別為自然數(shù)1，2，3，…，N，這N個數(shù)的一個隨機(jī)排列構(gòu)成一個粒子的運(yùn)行軌跡。

4）仿真結(jié)果

藥師在藥房配藥的過程，本研究中采用粒子群算法對藥師配藥路徑進(jìn)行優(yōu)化，其配藥藥品位置的初始位置見圖4。本次試驗在37 個坐標(biāo)中隨機(jī)抽取了15 個點作為測試藥品坐標(biāo)位置。

圖4 藥品初始位置坐標(biāo)圖Fig.4 Coordinate diagram of initial position of drugs

PSO 算法的進(jìn)化次數(shù)為100，種群規(guī)模為100，該算法進(jìn)化過程中最優(yōu)粒子適應(yīng)度值變化見圖5[7]，路徑優(yōu)化前后藥師配藥行程對比見圖6。由圖6 可見，優(yōu)化后的行走路線遠(yuǎn)短于未優(yōu)化路線，從而大幅縮短了藥師的配藥時間。同時，算法的求解過程不到1 s，在實際應(yīng)用中不會影響處方單的打印速度。

3 實際應(yīng)用效果

3.1 資料與方法

調(diào)取我院門診藥房HIS 2019年2月18日至3月17日8：00-18：00 的電子處方129574 張，對比智能藥筐安裝前后（安裝時間為2019年3月3日）總處方量、日均處方量和差錯率，藥師配藥路徑優(yōu)化前后的配藥時間，以及應(yīng)用智能藥筐系統(tǒng)前后的患者取藥等候時間信息[8-9]。

3.2 結(jié)果

3.2.1 處方量及差錯率

我院智能藥筐安裝前后處方情況見表1?？梢?，安裝智能藥筐系統(tǒng)后，門診藥房調(diào)配處方增加19582 張，日均增加1399 張，增長率為35.58%，內(nèi)差差錯率降低0.12‰。分析差錯類型發(fā)現(xiàn)，主要仍為處方調(diào)配數(shù)量，占比進(jìn)一步升高，其他差錯類型占比均下降。結(jié)果見表2。

圖5 適應(yīng)度值變化Fig.5 Change of fitness value

圖6 優(yōu)化前后藥師配藥行程圖A. Before optimization B. After optimizationFig.6 Pharmacists′ dispensing path before and after optimization

表1 智能藥筐安裝前后處方情況統(tǒng)計Tab.1 The number of prescriptions before and after the installation of intelligent medicine basket

3.2.2 藥師配藥時間及患者等候時間

分別選取智能藥筐安裝前某一工作日及智能藥筐安裝后某一工作日進(jìn)行對比，結(jié)果見表3?？梢?，智能藥筐安裝后各時段患者取藥數(shù)量都有一定增加，但藥師配藥時間及患者取藥等候時間均不同程度縮短，尤其是取藥高峰時段（10：01-11：00 和11：01-12：00）降幅更明顯。

表2 智能藥筐安裝前后門診藥房內(nèi)差差錯類型統(tǒng)計（安裝前/安裝后）Tab.2 Internal error types in the outpatient pharmacy before and after installation of intelligent medicine basket（before installation/after installation）

表3 智能藥筐安裝前后藥師調(diào)配時間及患者等候時間比較Tab.3 Comparison of pharmacists′ dispensing time and patients′waiting time before and after the installation of intelligent medicine basket

4 討論

4.1 處方量增加情況下進(jìn)一步降低差錯率

智能藥筐系統(tǒng)應(yīng)用后，處方量大幅增加，但并未導(dǎo)致患者在取藥時的擁擠。這是因為該系統(tǒng)增加了簽到取號機(jī)和叫號電子顯示屏，使患者清楚等候時間，使調(diào)配過程可視化。但由于目前還是藥師人工調(diào)配藥品，差錯不可避免。對藥師調(diào)配過程進(jìn)行跟蹤調(diào)查分析，原因如下：連續(xù)多名患者取相同但數(shù)量不同的藥，可能使藥師在調(diào)配過程中出現(xiàn)數(shù)量差錯；多名患者的相同藥品在同一藥筐內(nèi)，窗口藥師在分發(fā)時出現(xiàn)過發(fā)錯藥品數(shù)量的問題；患者處方量較大，導(dǎo)致藥師調(diào)配難度提升，發(fā)生某種藥品未調(diào)配的現(xiàn)象。

優(yōu)化措施首先是加強(qiáng)人員培訓(xùn)，規(guī)范操作流程。藥師必須明確智能藥筐系統(tǒng)只是輔助藥師的工作，具體操作還需藥師根據(jù)本院患者情況作相應(yīng)調(diào)整。其次，窗口發(fā)藥要做到對每例患者的處方進(jìn)行審核，嚴(yán)格執(zhí)行“四查十對”，提高窗口工作的細(xì)致程度，降低藥房調(diào)配的出門差錯率。

4.2 可縮短藥師調(diào)配藥品時間和患者等候時間

在10：01-11：00 和11：01-12：00 這2 個取藥高峰時段，安裝智能藥筐系統(tǒng)后，患者數(shù)分別增加51 例和112 例，藥師調(diào)配藥品的平均時間分別縮短了0.31 min和1.47 min，患者的平均等候時間分別縮短了1.92 min和1.73 min。這是因為智能藥筐系統(tǒng)可優(yōu)化藥師的調(diào)配藥物路徑，使藥師在調(diào)配過程中縮短行走距離以節(jié)省體力，從而有效提高工作效率，縮短配藥時間及患者等候時間。

4.3 小結(jié)

醫(yī)院的門診藥房是醫(yī)院藥學(xué)服務(wù)的重要環(huán)節(jié)，如何利用先進(jìn)的智能技術(shù)提高藥師的工作效率是醫(yī)院藥房智能化服務(wù)的核心。本研究中通過對量化數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn)，智能藥筐系統(tǒng)可提高藥師的工作效率，減輕藥師的工作量，從而提高醫(yī)院門診藥房的工作效率。然而，醫(yī)院藥房的智能化升級是一個漫長而復(fù)雜的過程，智能藥房系統(tǒng)的研發(fā)還需針對不同醫(yī)院進(jìn)行專項優(yōu)化設(shè)計，在充分利用智能技術(shù)的同時為不同醫(yī)院創(chuàng)造滿足其獨特要求的智能管理系統(tǒng)，讓智能化更好地體現(xiàn)醫(yī)院“以患者為中心”的核心理念，為患者提供一個良好、溫馨、舒適的就醫(yī)環(huán)境，是醫(yī)務(wù)工作者共同的目標(biāo)與方向。