基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧藥房配取系統(tǒng)的研發(fā)

劉宗旺，李洪昊，周雨風(fēng)，朱治強，向沛靈

（重慶郵電大學(xué)，重慶 400065）

0 引言

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，“互聯(lián)網(wǎng)+”及“健康中國”等戰(zhàn)略的提出也使得現(xiàn)代通信技術(shù)與醫(yī)療服務(wù)存在越來越緊密的關(guān)聯(lián)[1]。

當(dāng)前，傳統(tǒng)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(fā)藥模式已無法滿足當(dāng)前社會需求[2]。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧藥房配取系統(tǒng)是一種以智能管理和識別技術(shù)為主的一站式取藥系統(tǒng)，將其應(yīng)用到醫(yī)療場景中，可充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，幫助患者實時掌握配藥進(jìn)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(yè)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(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧藥房配取系統(tǒng)更是一種時代所需。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景概述

自1999 年物聯(lián)網(wǎng)這一概念被首次提出，其發(fā)展經(jīng)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(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)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(kuò)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(yīng)用，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到我們城市生活中的各種場景中，如智慧醫(yī)療、智慧家居、智慧交通、智慧醫(yī)療等。④IoE（Internet of Everything）概念階段的無限可能，這也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的最終愿景[3]。

2 傳統(tǒng)醫(yī)療模式的變革——智慧醫(yī)療

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，醫(yī)療行業(yè)可以更好地實現(xiàn)對人、設(shè)備和環(huán)境的智慧化的管理，并更有效地處理醫(yī)療數(shù)據(jù)，從而使智慧醫(yī)療系統(tǒng)成為可能。且基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧醫(yī)療系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)醫(yī)療模式，更有著有互聯(lián)互通、協(xié)作性、預(yù)防性、普及性、激發(fā)創(chuàng)新性以及可靠性等特點。

2009 年，IBM 公司提出了通過運用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和云計算將現(xiàn)實世界和信息世界相連接，從而達(dá)到互聯(lián)化、物聯(lián)化、智能化的“智慧地球”戰(zhàn)略，希望通過物聯(lián)網(wǎng)的運用，使人類擁有更科學(xué)的日常生活和生產(chǎn)的管理模式，同時實現(xiàn)更動態(tài)的精細(xì)化的管理，并提高整個過程中資源的分配利用效率和生產(chǎn)力水平[4]。所謂的智慧醫(yī)療系統(tǒng)即是基于現(xiàn)有的公共衛(wèi)生信息平臺，利用物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，通過將各級公共衛(wèi)生系統(tǒng)的信息進(jìn)行整合，形成集指揮、應(yīng)急、管理監(jiān)督為一體的信息網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)患者與醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)院、公共衛(wèi)生組織之間的高度協(xié)同，逐步實現(xiàn)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)整體的信息化乃至智能化[5]，如圖1 所示。

圖1 智慧醫(yī)療系統(tǒng)總體設(shè)計

從宏觀來看，智慧醫(yī)療的發(fā)展可以分為7 個層次，其中第一個就是業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，包括醫(yī)院日常收費和藥品管理方面。總體來說，我國現(xiàn)在正處在第一、二階段向前邁步的階段。因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于藥品管理領(lǐng)域，并借由信息化、智能化模式，可使醫(yī)療資源得以充分利用，在解決醫(yī)患關(guān)系的同時推動整個智能醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。在這樣一背景下，智慧配取系統(tǒng)的發(fā)展更是一種時代所需。

3 智慧藥房配取系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1 功能需求和功能設(shè)定

目前國內(nèi)智慧藥房設(shè)備是將盒裝藥品通過藥房自動發(fā)藥機(jī)或人工發(fā)放到取藥窗口，患者仍需步行前去藥房取藥。疫情當(dāng)下，已經(jīng)造成了一定程度的人員聚集[6]。文中所闡述系統(tǒng)基于當(dāng)下醫(yī)療現(xiàn)狀，針對于就醫(yī)流程相對煩瑣，取藥過程較為困難等需求痛點，服務(wù)于患者，符合社會切實需要。本產(chǎn)品包括藥品儲物柜與一款配套使用的多功能APP，通過網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)處理，將患者、醫(yī)務(wù)人員、藥品配取等相關(guān)聯(lián)，為患者計算出最佳的取藥時間等多項便于患者與醫(yī)院的功能，如圖2、圖3 所示。

圖2 智慧藥房配取系統(tǒng)概念

圖3 產(chǎn)品使用

3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計

整個系統(tǒng)主要包括配藥系統(tǒng)與取藥系統(tǒng)。其中配藥系統(tǒng)是采用自動出藥和密集存儲的形式，當(dāng)HIS 給系統(tǒng)管理軟件發(fā)出相應(yīng)指令并接到數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)庫查出藥品所在位置，給下位機(jī)發(fā)出指令，再通過系統(tǒng)處理后，最終將藥品通過運輸通道傳送到自助取藥機(jī)柜。取藥系統(tǒng)主要涵蓋邊緣數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸以及后臺數(shù)據(jù)分析處理三大部分。其中，邊緣層數(shù)據(jù)采集通過RFID身份認(rèn)證、人臉識別的方式采集患者身份信息；網(wǎng)絡(luò)傳輸層借助Wi-Fi，基于LwM2M 協(xié)議與MQTT 協(xié)議實現(xiàn)邊緣層采集數(shù)據(jù)的上報和后臺分析數(shù)據(jù)下發(fā)；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(shù)據(jù)并下發(fā)命令。同時結(jié)合移動端APP 實現(xiàn)藥物配給狀態(tài)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(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)人臉識別與RFID 識別快速取藥功能，為智能取藥提供了技術(shù)支持，用戶則以自主研發(fā)的APP 為載體，與設(shè)備系統(tǒng)協(xié)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(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

4.1 射頻識別模塊設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計利用STM32L431RCT6 和RC522 結(jié)合采集患者身份信息，與開發(fā)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(fā)取藥成功信息至手機(jī)短信與APP 上。

本系統(tǒng)設(shè)計利用ESP8266 將采集的身份信息、醫(yī)生編輯的藥品信息等上傳到物聯(lián)網(wǎng)云平臺上，進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析，并將分析結(jié)果與指令下發(fā)至單片機(jī)以及APP 上，與手機(jī)互聯(lián)互傳數(shù)據(jù)，達(dá)到遠(yuǎn)程獲取數(shù)據(jù)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(yīng)用

華為云IoT 平臺是一個開源的物聯(lián)網(wǎng)平臺，支持終端設(shè)備多協(xié)議、多網(wǎng)絡(luò)接入，解決設(shè)備接入的碎片化和多樣化等難題，提供實時監(jiān)控、事件告警、消息轉(zhuǎn)發(fā)和設(shè)備管理等功能；同時開放了豐富的RFSTful APL，降低第三方應(yīng)用的開發(fā)難度，可配合華為云其他產(chǎn)品使用，協(xié)助用戶快速搭建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。目前，華為云IoT 平臺有以下兩種數(shù)據(jù)處理模式。

（1）數(shù)據(jù)完全透傳，用戶在編寫Profile 時，可將所有數(shù)據(jù)放在一個字段里打包，IoT 平臺不會進(jìn)行解包處理，而是將獲取的數(shù)據(jù)直接傳遞給第三方應(yīng)用。

（2）數(shù)據(jù)解析服務(wù)，用戶在設(shè)計Profile 時，可根據(jù)業(yè)務(wù)需求編寫相應(yīng)字段，平臺側(cè)會對Profile 文件中的字段進(jìn)行解析，并提供對應(yīng)的數(shù)據(jù)分析服務(wù)[7]。

本文采用的是第2 種數(shù)據(jù)處理模式，利用IoT 平臺提供的數(shù)據(jù)解析服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和閾值報警等功能。設(shè)備可以通過固網(wǎng)、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wi-Fi 等多種網(wǎng)絡(luò)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺，并使用LWM2M/CoAP 或MQTT 協(xié)議將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報到平臺，平臺也可以將控制命令下發(fā)給設(shè)備。業(yè)務(wù)應(yīng)用通過調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的API，實現(xiàn)設(shè)備管理、數(shù)據(jù)上報、命令下發(fā)等業(yè)務(wù)場景。

4.3 APP 設(shè)計與開發(fā)

病人端口通過華為云平臺發(fā)放的IAM 認(rèn)證后，通過ID 密碼的認(rèn)證方式來獲取IAM 用戶Token 并使用相應(yīng)的API 獲取相關(guān)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(yī)囑等。醫(yī)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(jī)APP 訪問數(shù)據(jù)，查看藥物當(dāng)前配給狀態(tài)以及相應(yīng)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(yī)生界面，醫(yī)生可通過APP 核查患者藥物信息及領(lǐng)取狀態(tài)，并可通過該界面與患者取得聯(lián)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(jié)語

本文結(jié)合國內(nèi)各醫(yī)院藥房的工作情況，有策略性地設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧藥房配取系統(tǒng)，可實現(xiàn)配藥發(fā)藥取藥全自動化。該系統(tǒng)專注于減少目前中大型醫(yī)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(yī)取藥服務(wù)。在減少醫(yī)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(shè)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(dāng)前疫情下減少藥房人員聚集提供一種途徑。

圖10 醫(yī)生信息界面