基于圖像式條碼識別技術(shù)開發(fā)自動化血液制品出庫工作站

傅鈺斌 曾四海 汪傳喜

血液制品的倉儲出庫管理是采供血業(yè)務(wù)的重要環(huán)節(jié)，是連接血液采集、檢測、制備、供應(yīng)以及醫(yī)院血庫的樞紐，對臨床用血的安全和供應(yīng)起至關(guān)重要的作用。針對血液倉儲管理的特殊性以及臨床用血缺口，研發(fā)新型自動血液制品出庫工作站，解決制品生產(chǎn)效率低、質(zhì)量難以靠人工化保證的問題，有效保證血液安全、提高出庫效率、降低成本和周期，有利于提升臨床用血保障能力。本設(shè)計采用物聯(lián)網(wǎng)、圖像式條形碼識別、機械結(jié)構(gòu)、數(shù)字化管理系統(tǒng)等技術(shù)?；趫D像式條碼識別技術(shù)開發(fā)的血液制品出庫工作站的設(shè)計方案適合血液系統(tǒng)日常工作需要，能實現(xiàn)對血液制品血液制品的倉儲出庫管理更科學(xué)、更系統(tǒng)、更可追溯，進(jìn)一步提高血液供應(yīng)的安全和效率，從而緩解臨床用血供應(yīng)和需求之間的缺口，并在突發(fā)公共衛(wèi)生事件下提高血液應(yīng)急保障能力。

1 研制基于圖像式條碼識別技術(shù)開發(fā)自動化血液制品出庫工作站的背景

臨床用血供應(yīng)和需求之間的缺口日益巨大，對血液供應(yīng)的安全和效率都提出了更高的要求。隨著醫(yī)療科技的飛速發(fā)展、衛(wèi)生體制改革持續(xù)推進(jìn)，我國臨床用血需求逐年上升[1]。由于血液制品的環(huán)境敏感性強、保存條件特殊、追溯需求大等特性，其出庫供應(yīng)環(huán)節(jié)集中了血液質(zhì)控各節(jié)點的主要矛盾，需要高質(zhì)量、高效率的高科技保證。然而，我國采供血機構(gòu)的血液制品物流體系及倉儲管理，在自動化及信息化方面的發(fā)展比較滯后，無法滿足現(xiàn)代臨床用血供應(yīng)的需求。以廣州血液中心為例，2019 年發(fā)出675 804 袋合格血液制品，供臨床使用。每周工作日的日發(fā)血量不少于2 500 袋，周末及節(jié)假日的日發(fā)血量在400～500 袋[2]。貯血發(fā)血部門員工人均工作量位列全國前列。

人工化程度過高，容易造成血液質(zhì)量的波動，全國各地采供血機構(gòu)的血液質(zhì)量差錯偶有發(fā)生。目前，廣州血液中心的血液倉儲出庫管理停留在人工包裝、分揀和發(fā)放的階段，耗費的人力物力相當(dāng)高。采用人工掃描血液制品條形碼的方式對血液制品進(jìn)行出庫的管理，已日漸不能滿足日常工作的要求。由于日常發(fā)出血液制品量較大，工作人員在日常工作中存在勞動強度高、血液制品出庫效率低、工作壓力大，易發(fā)生差錯等問題。多數(shù)工齡較長的工作人員普遍出現(xiàn)不同程度的骨骼、肌肉勞損等職業(yè)病癥狀。在應(yīng)對自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件和社會安全事件等突發(fā)公共事件中，目前的血液制品出庫管理模式對醫(yī)療機構(gòu)進(jìn)行血液保障顯得十分落后，有必要采用先進(jìn)的方式和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和升級，以彌補存在的不足。

智能化出庫工作站設(shè)計的出發(fā)點是促進(jìn)血液的采集、制備、檢測、貯存和發(fā)放的良性循環(huán)。目前，采供血機構(gòu)出庫業(yè)務(wù)的智能化程度低主要表現(xiàn)在自動化程度低和信息化程度低。各環(huán)節(jié)對儲存環(huán)境的監(jiān)控的自動化水平比較低，血液分揀、出庫以手工為主的管理方式，幾乎都沒有完善的信息管理系統(tǒng)和基于全程冷鏈的物流管理平臺。各環(huán)節(jié)應(yīng)用各自的獨立的物流管理方式，無法對各環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合的跟蹤、預(yù)警和追溯[3-5]。

目前單位實行分組輪班制，對傳統(tǒng)的人工化分揀發(fā)放血液制品工作提出了新的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。由于人手不足，勞動強度過度，血液發(fā)放質(zhì)量問題發(fā)生率明顯升高。因此，為解決這幾個問題，研發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)高出庫效率、體積適宜的自動化、智能化、一體化的血液制品出庫工作站，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2 血站使用的條碼識別技術(shù)的現(xiàn)狀

條形碼技術(shù)作為一種自動識別技術(shù)，是迄今為止最為經(jīng)濟實用的一種自動識別技術(shù)，它具有輸入速度快、可靠性高、采集信息量大、靈活實用等優(yōu)點，目前已被廣泛用于工業(yè)、商業(yè)、圖書出版、臨床醫(yī)療等各行各業(yè)。我國采供血機構(gòu)從20 世紀(jì)90 年代末，開始引進(jìn)、開發(fā)、使用計算機管理系統(tǒng)和條形碼技術(shù)（主要采用一維條形碼技術(shù)對獻(xiàn)血員身份信息識、血液制備過程信息、血液檢測信息進(jìn)行識別管理）對采供血全過程進(jìn)行閉環(huán)管理[6-9]。

目前我國采供血機構(gòu)對一維條形碼識別技術(shù)基本是采用光電識別技術(shù)，是采用激光器掃描條碼的形式，通過黑白區(qū)域反射的光波不同，用光電傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后通過整形電路將模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后翻譯成對應(yīng)的數(shù)字及字符信息。通過該方法識別需要確定條碼的起始位置、結(jié)束位置和掃描方向等，需要人工對準(zhǔn)，自動化的程度較低。因光電條形碼掃描器技術(shù)非常成熟、成本低廉且自動識別率能滿足基本的錄入要求，所以現(xiàn)階段在應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位，但該種條形碼識別技術(shù)對有污染、破損的條形碼識別能力差,要達(dá)到理想的識別效果對條形碼印刷質(zhì)量要求較高[10]。

3 圖像式條碼識別技術(shù)在血站日常工作中應(yīng)用的優(yōu)勢

近年來，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，二維條形碼的出現(xiàn)，以及在一些特殊應(yīng)用場合,比如處理污損的條形碼的需要，圖像式條形碼識別技術(shù)應(yīng)運而生。圖像式的條形碼識別系統(tǒng)首先由圖像采集裝置采集有復(fù)雜背景的條形碼圖像，而圖像采集裝置主要是電荷耦合器件（chargecoupled device，CCD）圖像傳感器或互補金屬氧化物半導(dǎo)體（complementary metal oxide semiconductor，CMOS）圖像傳感器等設(shè)備，然后利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行條形碼圖像的去噪和分割處理，最后調(diào)用讀碼模塊，讀出條形碼值并顯示識別結(jié)果，在識讀污損條形碼方面圖像式識讀器更具優(yōu)勢[11]。

通過進(jìn)行對比試驗發(fā)現(xiàn)光電式條形碼識別技術(shù)和圖像式條形碼識別技術(shù)，在識別條形碼時間、掃描條形碼效率、對條形碼印刷質(zhì)量要求等方面圖像式條形碼識別技術(shù)優(yōu)于光電式條形碼識別技術(shù)。綜合多方面研究，從技術(shù)上分析圖像式條形碼識別技術(shù)具有發(fā)展成熟度高，條形碼識別靈敏度高、識別時間短等技術(shù)優(yōu)勢，尤其是圖像式條碼識別技術(shù)對條形碼圖像的去噪和分割處理的優(yōu)勢，在識讀污損條形碼方面較光電式條形碼識別技術(shù)更強。因此采用圖像式條形碼識別技術(shù)作為新型自動化血液制品出庫設(shè)備的核心技術(shù)，符合目前條形碼識別技術(shù)的發(fā)展方向。

4 基于圖像式條碼識別技術(shù)開發(fā)自動化血液制品出庫工作站設(shè)計方案

圖像式條形碼識別技術(shù)、自動化輸送設(shè)備技術(shù)和計算機控制技術(shù)為核心的三大技術(shù)，在物流運輸、倉儲管理、糧食儲備、零食等行業(yè)應(yīng)用以日漸廣泛，具有技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠等優(yōu)勢，因此采用上述技術(shù)設(shè)計和開發(fā)自動化血液制品出庫工作站具備可行性和可操性[12-13]。

4.1 工作站計算機控制模塊

用于控制條形碼識別、數(shù)據(jù)采集和處理、傳輸條形碼數(shù)據(jù)信息、接收廣州血液中心血液管理系統(tǒng)信息反饋、控制工作站傳送帶運轉(zhuǎn)、控制機械臂工作。

4.2 血液制品輸入輸出端機械模塊

為血液制品輸入和輸出通道，結(jié)構(gòu)是傳送帶。其作用主要是傳送血液制品，是將血液制品從入口端傳送至出口端的一種機械裝置。傳送帶的結(jié)構(gòu)簡單，其寬度大小適中、能滿足各種類型血液制品的出庫需要。主要結(jié)構(gòu)由驅(qū)動裝置、傳動裝置以及張緊裝置組成。驅(qū)動裝置是傳送帶的動力源，由電動機、減速器以及聯(lián)軸器組成；傳動裝置主要由輸送帶、托輥、傳動滾筒和換向滾筒組成；張緊裝置是用來調(diào)節(jié)傳送帶的松緊度的。張緊裝置能夠保證輸送帶有足夠的張力，使?jié)L筒與輸送帶之間產(chǎn)生必要的摩擦力，還能限制輸送帶在各托輥之間的懸垂度，確保輸送機的正常運轉(zhuǎn)。驅(qū)動裝置通過聯(lián)軸器與傳動裝置上的傳動滾筒連接，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時，經(jīng)減速器降速后，再由聯(lián)軸器帶動傳動滾筒轉(zhuǎn)動，當(dāng)傳動滾筒轉(zhuǎn)動起來后，便能通過傳送帶上的摩擦力傳送血液制品。傳送帶的始端和末端，分別安裝光電傳感器，起位置檢測作用。

4.3 條形碼識別掃描模塊

主要分為兩部分，分別是圖像采集模塊和條碼檢測識別模塊，圖像采集模塊由安裝在支架上安裝數(shù)臺工業(yè)用高級彩色/單色變焦全景相機在LED 照明擴展單元組成，支持人工控制攝像機獲取實時圖像。

條碼定位譯碼模塊能夠在采集到的圖片中，排除復(fù)雜背景的干擾，準(zhǔn)確定位條碼并進(jìn)行傾斜和透視失真的校正。然后二值化后進(jìn)行識別獲取條碼信息，并將采集到的信息數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊傳輸數(shù)據(jù)至廣州血液中心血液管理系統(tǒng)。條碼識別掃描模塊結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 條碼識別掃描模塊結(jié)構(gòu)示意圖

4.4 聲光報警系統(tǒng)

由蜂鳴器、紅綠警示燈組成。當(dāng)血液制品數(shù)據(jù)采集正常且符合發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)時，顯示綠燈；當(dāng)血液制品數(shù)據(jù)采集異?；驒z測到該血液制品不符合發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)時，蜂鳴器報警、紅燈閃爍。

4.5 機械臂

結(jié)構(gòu)為機械伸縮桿，用于將出現(xiàn)異常狀況的血液制品推離條形碼掃描區(qū)。

4.6 隔離區(qū)域

使用柔性材料作為內(nèi)襯的箱型容器，用于收納出現(xiàn)異常狀況血液制品。

4.7 網(wǎng)絡(luò)通信模塊

對外傳輸和接收數(shù)據(jù)信息的通訊設(shè)備。

4.8 配套辦公設(shè)備

包括顯示器、出庫單據(jù)打印機、臺式計算機等辦公設(shè)備和文具收納裝置。

4.9 設(shè)備主要數(shù)據(jù)

尺寸：（長×寬×高）不超過2 m×0.9 m×1.8 m；血液制品掃描速度：＞60 袋/min ；電源規(guī)格：220 V、50/60 Hz、2 KVA。

4.10 血液制品出庫工作站結(jié)構(gòu)示意圖

基于圖像式條碼識別技術(shù)開發(fā)自動化血液制品出庫工作站結(jié)構(gòu)示意圖、正面示意圖、側(cè)面示意圖、俯視圖，見圖2～5。

圖2 自動化血液制品出庫工作站結(jié)構(gòu)示意圖

5 基于圖像式條碼識別技術(shù)開發(fā)自動化血液制品出庫工

作站操作流程

圖3 自動化血液制品出庫工作站結(jié)構(gòu)正面示意圖

圖4 自動化血液制品出庫工作站結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖

圖5 自動化血液制品出庫工作站結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖

工作人員將血液制品放置于輸入端入口，電機驅(qū)動皮帶和滾軸組件將血液制品運輸至條形碼掃描區(qū)；掃描區(qū)內(nèi)設(shè)置數(shù)臺工業(yè)用高級彩色/單色變焦全景相機，對血液制品上的原始碼、成品碼、產(chǎn)品碼進(jìn)行高速拍照采集圖像，采集所得條型碼圖像通過軟件處理后，數(shù)據(jù)自動錄入廣州血液中心血液管理系統(tǒng)；血液管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對，作出數(shù)據(jù)信息反饋，符合發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的血液制品，通過皮帶和滾軸組件輸送出掃描區(qū)進(jìn)入血液制品輸出端，通過輸送軌道直接放入送血箱。血液制品出庫操作完成后，工作人員進(jìn)行核對，無誤后，進(jìn)入血液管理系統(tǒng)確認(rèn)，打印單據(jù)。

若出現(xiàn)血液制品上條形碼未能在掃描區(qū)域識別、采集圖像或血液管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息反饋該血液制品不符合標(biāo)準(zhǔn)發(fā)出，工作站聲光系統(tǒng)將自動發(fā)出警報，同時自動暫停輸入端工作；工作站系統(tǒng)自動操作設(shè)置在掃描區(qū)附近的伸縮臂，將異常血液制品移出掃描區(qū)，進(jìn)入隔離區(qū)；異常血袋移出后，工作站自行恢復(fù)工作。工作人員從隔離區(qū)取出異常血液制品，進(jìn)行人工復(fù)核。

6 基于圖像式條碼識別技術(shù)開發(fā)自動化血液制品出庫設(shè)備的意義和應(yīng)用前景

我國各地采供血機構(gòu)、科研、生產(chǎn)機構(gòu)尚未有研發(fā)、生產(chǎn)自動化血液制品出庫設(shè)備的項目和產(chǎn)品。采供血機構(gòu)對自動化血液制品出庫設(shè)備有實際的需求，同時設(shè)備的研制使用規(guī)范、操作流程存在空白，急需要論證和填補，因此研制自動化血液制品出庫設(shè)備具有積極的現(xiàn)實意義，同時將產(chǎn)品和研發(fā)經(jīng)驗向全國采供血機構(gòu)推廣和應(yīng)用，從而達(dá)到提升全國采供血機構(gòu)血液制品出庫管理水平的目的。

針對臨床用血安全和血液應(yīng)急供應(yīng)兩個社會焦點問題，該項設(shè)計的應(yīng)用能有效提高血液供應(yīng)的安全和效率，緩解臨床用血供應(yīng)和需求之間的缺口，有效保障醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展，以及在突發(fā)公共衛(wèi)生事件下保障社會整體和諧穩(wěn)定。新型自動化血液制品出庫設(shè)備具有在其他行業(yè)應(yīng)用潛力和市場前景。只需對自動化血液制品出庫設(shè)備外觀設(shè)計、控制軟件、操作流程進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修改，即可衍生出適合快遞物流行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、應(yīng)急物資儲備倉庫等行業(yè)、單位的倉儲物資自動化出庫產(chǎn)品[14-15]。

自動化血液制品出庫設(shè)備的研發(fā)是基于物聯(lián)網(wǎng)的圖像式條形碼識別技術(shù)、自動化輸送設(shè)備技術(shù)和計算機控制技術(shù)的融合，實現(xiàn)血液制品出庫的高度自動化、智能化、一體化。其研究是應(yīng)用技術(shù)和創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，以智能系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的人工掃描的方式，實現(xiàn)各類血液制品連續(xù)出庫，滿足目前乃至未來一段時間全國采供血機構(gòu)的日常工作需要[16-18]。

實現(xiàn)對血液制品出庫過程中采用自動化、機械化運輸，能有效降低工作人員的勞動強度，維護(hù)工作人員的身心健康。自動化血液制品出庫設(shè)備對于中等規(guī)模以上血液中心，中心血站具有很好的實際應(yīng)用價值。它具有良好的發(fā)展前景，能從技術(shù)手段上最大限度地保證患者用血安全，還能促進(jìn)全國采供血事業(yè)向自動化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。自動化血液制品出庫設(shè)備對血液制品進(jìn)行智能化出庫管理，能有效彌補人工操作的的缺陷，減少不必要的人為失誤。實現(xiàn)對血液制品血液制品的倉儲出庫管理更科學(xué)、更系統(tǒng)、更可追溯，進(jìn)一步提高血液供應(yīng)的安全和效率，從而緩解臨床用血供應(yīng)和需求之間的缺口，并在突發(fā)公共衛(wèi)生事件下提高血液應(yīng)急保障能力。