一款醫(yī)院采集器自取機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

胡佳璐，潘雯慧，黃婕蕓，顧 杰，袁 靜

(上海健康醫(yī)學(xué)院，上海 200000)

0 引言

隨著科技的進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)在各大領(lǐng)域的應(yīng)用尤為廣泛，尤其是在生物醫(yī)藥領(lǐng)域。對(duì)于醫(yī)務(wù)人員來說，自動(dòng)化技術(shù)大大減輕了他們的工作壓力，降低了勞務(wù)成本。但醫(yī)院里的自動(dòng)化設(shè)備仍不夠齊全和完善，面對(duì)如此龐大的市場(chǎng)，我國(guó)還需要繼續(xù)完善自動(dòng)化技術(shù)的推廣和應(yīng)用。筆者觀察到，醫(yī)院的采集器是由護(hù)士分發(fā)給病人，采集器呈現(xiàn)敞開狀態(tài)，病人拿取時(shí)秩序較混亂，分發(fā)速度慢。正是基于對(duì)減輕醫(yī)護(hù)人員工作量、及時(shí)對(duì)采集器消毒、保證采集器處于無菌狀態(tài)，以及在疫情期間減少醫(yī)護(hù)人員與病人間的接觸、維持病人拿取采集器時(shí)的秩序等各方面的綜合考慮，筆者設(shè)計(jì)了一款采集器自取機(jī)。

1 采集器自取機(jī)的設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)背景

作為醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，筆者有機(jī)會(huì)實(shí)地考察了醫(yī)院分發(fā)采集器的方式，發(fā)現(xiàn)其中存在一些不如人意的地方。本著為患者帶來一種更高效、更衛(wèi)生地獲取采集器方式的目的，筆者受市面上自動(dòng)販賣機(jī)運(yùn)用的啟發(fā)，同時(shí)深入了解了機(jī)械臂、芯片技術(shù)和消毒技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了這款采集器自取機(jī)，并認(rèn)識(shí)到了其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的合理性與可實(shí)施性。

1.1.1 自動(dòng)販賣機(jī)

自動(dòng)販賣機(jī)起源于公元1世紀(jì)，一直發(fā)展到現(xiàn)在，成為一種代替人力、方便交易的全新商業(yè)零售模式。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，非處方藥自動(dòng)販賣機(jī)逐漸投入市場(chǎng)，供居民自行購買藥品，呈現(xiàn)了販賣機(jī)的便利性、自動(dòng)化與個(gè)性化。同時(shí)也有論文研究推出了口罩自動(dòng)販賣機(jī)，通過自動(dòng)販賣機(jī)的形式方便人們?cè)谝咔槠陂g購買口罩[1]。

1.1.2 機(jī)械臂

不少科學(xué)家與醫(yī)學(xué)家致力于研究機(jī)械臂在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，發(fā)表了不少關(guān)于此方面的論文。例如將機(jī)械臂應(yīng)用到神經(jīng)外科手術(shù)中，利用六軸機(jī)械臂精準(zhǔn)定位來輔助手術(shù)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，完成機(jī)械臂在手術(shù)中的輔助作用，并提升了手術(shù)的效率[2]。機(jī)械臂還廣泛應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)學(xué)中，機(jī)械臂被設(shè)計(jì)為穿戴式，幫助患者進(jìn)行交互式康復(fù)訓(xùn)練，例如外骨骼機(jī)械臂，它基于仿生學(xué)與人體工程學(xué)的設(shè)計(jì)輔助患者進(jìn)行康復(fù)動(dòng)作[3]。

1.1.3 芯片技術(shù)

將芯片讀取信息功能應(yīng)用于醫(yī)院的設(shè)備中，有利于患者信息的保存和調(diào)取。最典型的例子是醫(yī)院的自助機(jī)，它能夠讀取醫(yī)?？ㄉ系男酒{(diào)取出患者的信息，完成自助掛號(hào)、繳費(fèi)、取報(bào)告等一系列操作。醫(yī)?？ú捎镁A封裝芯片，保存著患者基本信息和病史。醫(yī)生可以通過讀取醫(yī)?？ㄉ系男酒?，看到患者的病史及檢查情況，并記錄會(huì)診的結(jié)果[4]。

1.1.4 消毒功能

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，常用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的常規(guī)消毒方法有壓力蒸氣滅菌法、煮沸消毒法、紫外線消毒法等。壓力蒸汽滅菌法是一種臨床應(yīng)用最廣、效果最為可靠的首選滅菌方法，是利用高壓下的高溫飽和蒸汽殺滅所有微生物及其芽胞，常用于醫(yī)療器械的消毒滅菌中。除此之外，還有很多消毒技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用，例如戊二醛用于內(nèi)窺鏡消毒，紫外線殺菌燈用于室內(nèi)空氣消毒。

1.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型

如圖1所示，筆者設(shè)計(jì)的這款采集器自取機(jī)在外形上類似于自助販賣機(jī)，整體呈長(zhǎng)方體，上半部分為顯示器和讀卡器，下半部分為儲(chǔ)貨區(qū)和出貨口。機(jī)器內(nèi)部分為3個(gè)部分：取貨和出貨部分、消毒部分和讀卡部分。這3部分各司其責(zé)，又合作完成自取機(jī)的應(yīng)盡功能。

圖1 采集器自取機(jī)模型圖

1.2.1 取貨和出貨部分

機(jī)械手臂在靜止時(shí)處于收縮狀態(tài)，位于機(jī)器貨柜下方。采集器自取機(jī)在讀取患者信息后由中央主板發(fā)出指令，位于機(jī)械手臂內(nèi)的鏈條帶動(dòng)齒輪使手臂伸長(zhǎng)，露出夾手，通過機(jī)械手臂與柜體連接的滑塊帶動(dòng)手臂移動(dòng)，到達(dá)用戶所選取的商品面前，采集器背后的推板將采集器推至夾手，夾手輕夾固定，再由滑塊帶動(dòng)機(jī)械手臂移至機(jī)器右側(cè)，準(zhǔn)確到達(dá)紅外線掃描口，紅外線掃描成功并貼上附有患者信息的貼紙后，會(huì)將采集器信息實(shí)時(shí)同步到數(shù)據(jù)庫，并在機(jī)器屏幕顯示器上提示，接著感應(yīng)門在收到指令后自動(dòng)打開并伸出托板，機(jī)械臂將采集器放置托板上，由托板后的小推塊將采集器推出。在出貨后，機(jī)械手臂回至原位，等待下一步指令，同時(shí)感應(yīng)門上的紅外線感應(yīng)到采集器已被用戶取走后，托板收回，感應(yīng)門關(guān)閉，至此采集器出貨成功。

1.2.2 消毒部分

在采集器的上下部安裝高臭氧紫外燈；“臭氧+紫外線”消毒工作原理通過紫外線燈管在工作時(shí)發(fā)出強(qiáng)烈的短波紫外線，引起細(xì)胞內(nèi)特別是核酸、原漿蛋白與酶的變性。由于紫外線在空氣中能使氧游離，從而產(chǎn)生臭氧，臭氧是一種強(qiáng)氧化劑和殺菌劑，在它極強(qiáng)的氧化作用下能破壞細(xì)菌的結(jié)構(gòu)與氧化酶，將它們?nèi)繗⑺溃鸬綒⒕镜淖饔谩?/p>

1.2.3 讀卡部分

患者可以通過將醫(yī)?？ú迦胱x卡器中以及刷磁卡、掃描電子醫(yī)?？ɑ蛏矸葑C等方式進(jìn)行信息讀取。身份證芯片信息的讀取涉及到無線射頻識(shí)別技術(shù)，利用射頻信號(hào)和空間電磁耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞，當(dāng)身份證在讀卡器的識(shí)讀范圍時(shí)，閱讀器自動(dòng)以無接觸的方式將身份證中儲(chǔ)存的信息讀取出來。

1.3 產(chǎn)品使用方式

考慮到患者的年齡、體力、文化程度及學(xué)習(xí)能力等各方面的因素，筆者設(shè)計(jì)的采集器自取機(jī)必須要便捷，且易操作。其具體使用方式如下。

第一步：患者將醫(yī)?？ɑ虼艞l卡插入機(jī)器上的卡槽內(nèi)，在顯示屏上點(diǎn)擊“獲取采集器”按鈕，屏幕上會(huì)即刻顯示出患者信息和所需的采集器。第二步，當(dāng)患者確認(rèn)信息無誤后，點(diǎn)擊“確認(rèn)”選項(xiàng)，顯示屏上會(huì)顯示等待出貨的提示。第三步，自取機(jī)內(nèi)的機(jī)械臂根據(jù)收到的患者信息，拿取對(duì)應(yīng)的采集器，并將采集器放置于出貨口。此時(shí)，出貨口的紅燈亮起，患者看見亮燈提示后就可以取走采集器。操作流程如圖2所示。

圖2 操作流程圖

2 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)分析

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的采集器自取機(jī)主要優(yōu)勢(shì)為衛(wèi)生與高效。自取機(jī)內(nèi)部裝有高臭氧紫外燈進(jìn)行殺菌消毒，以保證采集器的無菌狀態(tài)，避免了檢驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生的誤差。自取機(jī)采用自動(dòng)化模式，加速了病人拿取采集器的效率，通過病歷卡讀取信息，準(zhǔn)確地在采集器上粘貼病人信息，以減輕醫(yī)院勞務(wù)負(fù)擔(dān)。院方無需安排人手去分發(fā)采集器，也無需擔(dān)心采集器受到污染等儲(chǔ)存問題。

由于醫(yī)院的檢驗(yàn)處人流量較大，有驗(yàn)血與等待結(jié)果的病人，為了避免人群擁擠時(shí)拿取采集器的混亂，該產(chǎn)品通過自動(dòng)化模式能夠快速并高效地分發(fā)采集器，減少不必要的人流擁擠。最后，和醫(yī)院傳統(tǒng)分發(fā)采集器的方式——安排志愿者或護(hù)士來分發(fā)對(duì)比，采用采集器自取機(jī)可以有效解決采集器容易受污染的情況，分流了采集器受用者的排隊(duì)壓力。對(duì)于患者來說，自助機(jī)能節(jié)省時(shí)間，提高效率，避免排隊(duì)和奔波；對(duì)醫(yī)院而言，自助機(jī)分流了人工窗口的患者，減輕了人工窗口的壓力，降低醫(yī)院人力成本及管理成本，提高醫(yī)院的運(yùn)作效率，保障醫(yī)院高效有序的運(yùn)行。機(jī)器的質(zhì)量也經(jīng)過重重篩選和檢驗(yàn)，能夠經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的使用。

目前市場(chǎng)上與筆者設(shè)計(jì)的采集器自取機(jī)有相似之處的是自助販賣機(jī)與醫(yī)院使用的自助機(jī)(見表1)。常見的自助販賣機(jī)的工作原理有3種：第一種為圓柱型商品，如易拉罐、飲料瓶等，使用電磁閥帶動(dòng)翻板的驅(qū)動(dòng)方式；第二種為六方體型商品，如香煙、紙盒包裝品等，使用微電機(jī)帶動(dòng)連桿平推的驅(qū)動(dòng)方式；第三種為對(duì)薄形片狀商品，如磁卡、票券等，使用微電機(jī)帶動(dòng)捻拉機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式。按照上述原理，可使用第一、第二種方式，但以上方式會(huì)導(dǎo)致物品出貨時(shí)容易造成損害，所以使用機(jī)械臂取出物品的方式來防止物品受到損壞。其次，采集器自助機(jī)的拿貨口相較于普通的自助販賣機(jī)高，患者不用蹲下取貨，方便了部分身體不適的患者。采集器自取機(jī)采用與醫(yī)院自助機(jī)一樣的讀取患者信息的方式和使用方式，使用醫(yī)院現(xiàn)有信息系統(tǒng)(HIS)，能快速調(diào)取患者信息，查詢所需物品，保證機(jī)器的準(zhǔn)確性和高效性[5]。

表1 自助販賣機(jī)、自助掛號(hào)機(jī)、采集器自取機(jī)對(duì)比圖

3 前景展望

本項(xiàng)目針對(duì)醫(yī)院分發(fā)采集器混亂低效的問題，通過自動(dòng)化技術(shù)和消毒一體化技術(shù)，設(shè)計(jì)出一款減少醫(yī)護(hù)人員工作量的機(jī)器。同時(shí)通過機(jī)械臂在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用、消毒功能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用、自動(dòng)販賣機(jī)的應(yīng)用、芯片讀取信息的應(yīng)用，完善所設(shè)計(jì)的機(jī)器。它可以幫助醫(yī)院更高效地完成檢驗(yàn)前的部分工作，減輕醫(yī)護(hù)人員的工作量，同時(shí)保持衛(wèi)生、安全，保證醫(yī)院檢驗(yàn)的效率。項(xiàng)目預(yù)估可與醫(yī)療器械企業(yè)或工廠合作制作出機(jī)器，投入試驗(yàn)，確保機(jī)器各項(xiàng)符合標(biāo)準(zhǔn)后，將投入市場(chǎng)使用。