一個中藥分類理論模型的構(gòu)建

王梓菡　黃虹寧　李斯盛　藍欣宇　賈靜鈺

關(guān)鍵詞：自動化；模擬建模；分選技術(shù)

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）03-0026-04

1 研究背景

1.1 項目的提出

在我國悠久的歷史文化中，中醫(yī)藥一直是人們身心健康的保障，承載著華夏民族璀璨的文明。隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)代社會中醫(yī)藥領(lǐng)域依舊展現(xiàn)著勃勃的市場生機，其中中藥復(fù)方療法在疫情防控中發(fā)揮了重大作用，其中中藥作用機制的科學(xué)闡釋是國內(nèi)外西醫(yī)專家、分子生物學(xué)專家非常關(guān)注的[1]。但本項目在對市場調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，患者取藥時往往要通過值班醫(yī)師手工抓藥，這不僅有著極大的人工勞動成本，并且相比現(xiàn)代化技術(shù)有時間成本較大等問題。醫(yī)院藥房實現(xiàn)自動化、數(shù)字化管理也是發(fā)展的必然趨勢[2-3]。因此，基于以上問題，本項目提出了一種較為新穎的中藥打包理論模型。

1.2 國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)

1.2.1 國內(nèi)發(fā)展

1） 原創(chuàng)性構(gòu)思階段，如1995年四川大學(xué)開發(fā)的“自動發(fā)藥機與信息處理系統(tǒng)”（但自動化程度較低），2004年我國“863”計劃中的智能化藥房；2） 半自動化階段，如深圳三九集團開發(fā)的“盒裝藥物自動售藥機”，采用矩陣型布局出藥器。三、結(jié)合國情設(shè)計和制造適合的自動化藥房階段，如原理為根據(jù)藥品包裝盒的參數(shù)將藥品分配至自動發(fā)藥機中，能一次性出庫各種類型的藥品的系統(tǒng)，通過計算機操作直接對接到門診信息系統(tǒng)[4]。例如，浙江大學(xué)附屬邵逸夫醫(yī)院配備的自動發(fā)藥機[5]。以及我國研究人員提出來一種新型自動化藥房分揀機械手為保證大量快速出藥，設(shè)計了整筐出藥裝置[6]。

1.2.2 國外發(fā)展

國外市場已有許多成熟的自動化藥房投入使用，大體可以概括為以下幾類：

（1） 機械手式自動化藥房，以德國ROMA公司的自動化藥房為代表，是由一只真空吸附與機械夾協(xié)調(diào)動作的機械手實現(xiàn)藥品的出庫、入庫，可以實現(xiàn)藥盒的密集存儲與集中管理，但該技術(shù)效率低，無法出入庫同時進行。

（2） 儲藥槽式自動化藥房，如荷蘭的Robopharma公司的儲藥槽式自動化藥房，采用重力落料原理，將藥盒側(cè)立擺放與水平方向有一定傾角的儲藥槽中，儲藥槽前端裝有出藥動作機構(gòu)，依靠動作機構(gòu)控制出藥量及種類，因此加工和控制成本較高。

（3） 適用于散裝藥品的自動化藥房，例如英國Mis?sion公司的ScriptPro Robot系列自動化藥房，采取機械手抓取標準塑料藥瓶，實現(xiàn)藥品的灌裝，封口，貼標簽等自動化。

（4） 數(shù)控回轉(zhuǎn)柜式自動化藥房，德國Hanel公司的產(chǎn)品是典型。將儲藥斗鉸接在回轉(zhuǎn)式的鏈路上，出藥（儲存）時儲藥斗按照計算機管理系統(tǒng)發(fā)出的指令回轉(zhuǎn)到指令位，等待藥劑師拿?。ǚ湃耄7]。

總體而言，國外技術(shù)發(fā)展較早，技術(shù)水平提升較快，發(fā)展至今已經(jīng)趨于成熟與完善，值得我國借鑒學(xué)習。

2 研究內(nèi)容

該新技術(shù)包括前端、識別、稱重、傳送、打包五個部分。醫(yī)生通過前端輸入所需中藥，機器通過對中藥的識別技術(shù)分別從中藥儲存設(shè)備中自動取出中藥至傳送帶上至打包處進行中藥打包。

運用Mysql實現(xiàn)中藥數(shù)據(jù)庫的模擬搭建，Java實現(xiàn)醫(yī)生操作前端的模擬搭建，建模的平面以及運用skatch up實現(xiàn)立體化的模擬搭建。理論模型中主要包括抓取、稱量以及配送和包裝四個重要環(huán)節(jié)，該理論模型預(yù)計通過計算機邏輯加以程序的處理，采用全信息化識別藥物、運用自動化技術(shù)完成抓取、選用高智能程序處理傳遞和打包，以實現(xiàn)新時代創(chuàng)新型高精度全效率中醫(yī)藥采配裝一體化。

2.1 前期理論模型的搭建

2.1.1 中藥識別

依據(jù)中藥的質(zhì)量以及形狀將中藥原料分為三個大類：質(zhì)量大的中藥（可依靠自身重力從出藥口滑落）；質(zhì)量較小的中藥（需要依靠外力作用才能從出藥口滑落）；粉末狀的中藥。設(shè)計了三款中藥儲存設(shè)備分別命名為重型存放盒、輕型存放盒、粉末型存放盒（圖1）。

（1） 重型存放盒：中藥儲存于非平放、有一定角度的雙層方形存放盒中。在上層中藥存放盒下方為過濾網(wǎng)，用于過濾中藥存放產(chǎn)生的中藥渣，藥渣通過過濾網(wǎng)掉落到下層的藥渣存放盒中，減少無效中藥藥渣滑落出藥口到患者手中的中藥所占總中藥的份額。在上層中藥存放盒前端設(shè)置中藥出藥口，由于存放盒有一定角度非平放，質(zhì)量大的中藥依靠重力可通過出藥口自動下落到打包裝置上。其次在出藥口附近設(shè)置攪拌器二次去除中藥藥渣將藥渣過濾到下方的藥渣存放盒中，同時對中藥原料進行攪拌，防止中藥堵塞出藥口。

（2） 輕型存放盒：輕型存放盒與重型存放盒原理相同，但由于此類中藥原料質(zhì)量過小無法依靠自身重力掉落到包裝裝置中，項目擬定在裝置的后端額外加入小型風扇，利用風力將質(zhì)量小的中藥吹出出藥口，使其掉落到打包裝置上。

（3） 粉末型存放盒：此類中藥原料為粉末狀，不存在存放中產(chǎn)生藥渣的情況，所以使用單層中藥儲存盒，去除中藥藥渣儲存盒。下方過濾網(wǎng)也去除改為正常的儲存盒（依舊為非平放，有一定角度的儲存盒），儲存盒前端設(shè)置出藥口，粉末狀藥品依靠重力下落到打包裝置上。

中藥分裝的第一步就是要準確地識別出中藥?，F(xiàn)今科技隨著發(fā)展，計算機技術(shù)已經(jīng)可以區(qū)分形狀各異的中藥藥材。使得中藥自動分裝成為可能性，現(xiàn)今的識別技術(shù)對于物體識別十分準確，由于部分中藥原料產(chǎn)地不同、形狀各異容易形成錯判誤判的現(xiàn)象。為了減少此類現(xiàn)象的發(fā)生，結(jié)合現(xiàn)今中藥采取分類擺放的模式，將識圖技術(shù)變?yōu)檩o助工具用于記錄和校對是否準確取拿藥物，而擬定使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來實現(xiàn)中藥的識別。

第一是收集數(shù)據(jù)，收集出中藥的數(shù)據(jù)，將中藥分為重、輕及粉末狀三類，將中藥的數(shù)據(jù)保存于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。

第二是數(shù)據(jù)與中藥的對應(yīng)，實現(xiàn)中藥的識別。

第三是將中藥原料按固定位置保存在設(shè)計好的中藥儲存裝置中，將分類處理好的中藥原料一一分類放入儲存盒中等待計算機的指令。

2.1.2 中藥稱量

為了解決中藥原料稱重的問題：

（1） 首先結(jié)合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，調(diào)取數(shù)據(jù)庫里的大數(shù)據(jù)，讀取病人所需的藥材。

（2） 再對每種藥材分別進行稱取，實現(xiàn)自動化取藥。

由于藥材的形狀、大小等會給藥材的切割帶來一定困難，需要對不同的藥材進行不同的預(yù)處理。例如將大塊狀的中藥材提前切成片狀等。由于中藥取出后再測量精確度無法準確控制，擬定將質(zhì)量測量裝置安裝在中藥存放盒內(nèi)，用于測量整個中藥存放盒以及中藥的質(zhì)量（圖2） 。

為了減少測量時由于出藥口與稱量處之間距離所帶來的誤差，擬定以出藥前后的存放盒質(zhì)量的差值來代替所需中藥質(zhì)量，這樣一來就可以避免藥品稱量時由于開放出藥口時間與稱重中藥的時間中的時間間隙引起的稱重誤差，（將設(shè)置一定范圍的誤差值）在稱取完畢后由傳送系統(tǒng)傳送、打包、分裝，最后傳送至病人的手中。這樣一來藥品的測量稱取將全程實現(xiàn)自動化。

2.1.3 中藥傳送及打包

項目的研究內(nèi)容還包括中藥傳送和打包裝置。中藥傳送，就是在接受計算機的中藥藥方指令后，中藥的包裝紙開始從傳送帶起始處出發(fā)，經(jīng)過儲存不同中藥藥材的存放裝置（所有存放裝置置于傳送帶一側(cè)，存放裝置出藥口面向傳送帶），停留在所需藥材存放裝置下獲取藥材后再啟動，最后到達打包處進行包裝；打包裝置，就是將最后打包處的中藥包裝紙和其中的藥材進行封裝，并打印出其中中藥藥材的名稱、數(shù)量、藥效、服用注意事項。

編寫程序，程序主要的指令是根據(jù)藥方中的藥材指定開始和中途傳送帶每次啟動后的運行時長，讓中藥包裝紙到達不同存放裝置下獲取藥材。在此過程中，要依據(jù)由近及遠的原則，即中藥包裝紙先到達所需中藥藥材的存放裝置中離出發(fā)處最近的，依次往遠推進。這就需要在啟動傳送帶之前，系統(tǒng)先對藥方中的藥材所在位置離出發(fā)處的距離長短（到達所需不同藥材的存放裝置所需時間長短）進行排序，然后再調(diào)用存儲不同位置間運行時間的數(shù)據(jù)庫檢索數(shù)據(jù)、生成傳送帶運行任務(wù)：全程中傳送帶每次啟動后的運行時長。

以上為前期擬定的理論模型。

2.2 理論模型模擬實現(xiàn)階段

該項目于理論模擬的初步構(gòu)建后進入理論模型模擬實現(xiàn)階段。該階段擬實現(xiàn)了模擬中藥數(shù)據(jù)庫的搭建、醫(yī)生操作界面前端模擬搭建以及理論模型的模擬機器概念模型立體化構(gòu)建。

該項目在模擬理論階段著重考慮到機器的理論模型構(gòu)建，在理論模型模擬實現(xiàn)階段更加著重于理論模型模擬實現(xiàn)的細節(jié)內(nèi)容的理論構(gòu)建。

該項目在理論模型模擬實現(xiàn)初期收集共兩百種常見的中藥藥材資料，將這兩百種收集的中藥藥材信息分為該項目理論模型中所支持的三種中藥藥材類型—質(zhì)量大、質(zhì)量小以及粉末狀中藥。在收集并處理好的中藥藥材資料的基礎(chǔ)上利用構(gòu)建中藥數(shù)據(jù)庫，用于模擬醫(yī)院所需的中藥藥材數(shù)據(jù)庫。該項目在模擬搭建醫(yī)院中藥數(shù)據(jù)庫時考慮到不同的人員操作權(quán)限的不同為該數(shù)據(jù)庫設(shè)置了三種不用的權(quán)限設(shè)置，并且在已有模擬中藥數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上再分別對質(zhì)量大的、質(zhì)量小的、粉狀的中藥分別建立模擬中藥數(shù)據(jù)庫。

在項目制作初期，項目的主要構(gòu)成在于對器械的構(gòu)建與其本身理論依據(jù)的探索，模型構(gòu)建的操作并不在考慮范圍之內(nèi)，而在之后真正進行模型的模擬實現(xiàn)時，發(fā)現(xiàn)該項目實現(xiàn)需要與之對應(yīng)的操作系統(tǒng)配合，才能較好地實現(xiàn)相應(yīng)的功能，因此后期的制作中，作者創(chuàng)建并引入了該項目與之配套的“醫(yī)用中藥配取”操作系統(tǒng)，以此來體現(xiàn)其完整的功能，也為使之得到范圍推廣。

對于該操作系統(tǒng)的實現(xiàn)，項目采用了Eclipse平臺，在這一可拓展開發(fā)平臺結(jié)合JAVA與MySql的方式創(chuàng)建該項目的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了包括登記患者信息、病因和開具診療單的功能，診療單中的中藥數(shù)據(jù)采用MySql儲存并提取調(diào)用（圖3） ，其中主要的功能是經(jīng)自定義類以傳統(tǒng)下拉框類為父類，繼承其基本功能并加入篩選功能同時連接數(shù)據(jù)庫。與此同時，數(shù)據(jù)由用戶提取自數(shù)據(jù)庫，進而在Java程序中建立數(shù)組變量以此儲存來實現(xiàn)在用戶界面以下拉框形式提取顯示中藥數(shù)據(jù)，并可以被用戶篩選、點擊，并將處方單傳至后臺，經(jīng)由項目產(chǎn)品打包，等待患者提取。

該操作系統(tǒng)可以實現(xiàn)主治醫(yī)師與本項目產(chǎn)品的人機交互，強化了本項目產(chǎn)品的功能應(yīng)用，實現(xiàn)處方開具與藥品打包的同時進行，為醫(yī)護工作者的工作提供了便利，也極大地簡化了患者就醫(yī)流程。

其流程為醫(yī)師通過診斷，完成對病患情況的了解，隨后通過該操作系統(tǒng)連接中藥數(shù)據(jù)庫并開具診療單后交予后臺程序，最后送至抓取系統(tǒng)處理完成對于開具藥方的藥物的抓取，打包后送至取藥處由病患領(lǐng)取。

在實踐階段，選用Sketch up完成理論基礎(chǔ)上的實體模擬搭建，以形象直觀地展示本項目擬實現(xiàn)的中藥存放裝置。

該項目在模擬搭建模型時考慮到制造一個有傾斜角的儲藥盒十分麻煩，故將原模型的設(shè)計更改為儲藥盒平置并將其中的過濾網(wǎng)改為斜置（圖4） 。

在模擬搭建階段，選取面向計算機的視野方向為正方向，選擇一定寬度的空白空間作為傳送帶的放置區(qū)域（注：3D模擬搭建對傳送帶的構(gòu)造不予體現(xiàn)，以留白區(qū)域表示）。在傳送帶的左側(cè)搭建分為兩層的四個長方體裝置作為輕質(zhì)量中藥存放空間；在傳送帶的右側(cè)搭建分為兩層的四個長方體裝置作為重質(zhì)量中藥存放空間；在傳送帶的正上方搭建僅一層的四個長方體裝置作為粉末狀中藥存放空間且用于銜接左右兩側(cè)八個長方體裝置，即頂部長方體裝置左下的寬與左側(cè)上層長方體裝置右上的寬銜接，頂部長方體裝置右下的寬與左側(cè)上層長方體裝置左上的寬銜接。至此，完成了擬實現(xiàn)的中藥存放裝置的整體模擬搭建（圖5） 。

在整體裝置搭建完成的基礎(chǔ)上，對存放輕質(zhì)量中藥、重質(zhì)量中藥、粉末狀中藥的裝置進行內(nèi)部處理。對于左右兩側(cè)的存放裝置，擬在最外層的側(cè)面裁剪出一個拱形輸出口，同時擬在裝置內(nèi)部構(gòu)建斜面平臺，用于輸出輕質(zhì)量與重質(zhì)量藥材。對于存放輕質(zhì)量中藥的裝置，擬在最里層的側(cè)面添置風扇，以便更方便地將輕質(zhì)量中藥材送至傳送帶上。對于存放重質(zhì)量中藥的空間，不需要做特殊處理。而對于頂部的存放裝置，擬在底面裁剪出一個圓形輸出口，用于輸出粉末狀藥材。至此，完成了擬實現(xiàn)的中藥存放裝置的內(nèi)部模擬搭建。綜上演示，完成了所研究項目的理論基礎(chǔ)上的實體模擬搭建。

3 總結(jié)

隨著現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)不斷進步、人們生活質(zhì)量的提高和傳統(tǒng)中藥文化的大力弘揚，越來越多的人更傾向于中藥治療調(diào)養(yǎng)，此理論模型能夠幫助傳統(tǒng)的中藥處方抓藥文化不斷傳承發(fā)展，正如國外有學(xué)者指出，中醫(yī)理論包含若干諾貝爾獎級的問題，中國要獲諾貝爾獎，最有希望的是中醫(yī)藥，中醫(yī)將日益國際化[8]。中醫(yī)只有主動迎接挑戰(zhàn)，才能盡快實現(xiàn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化[9]。

此理論模型在設(shè)置藥物存儲箱時，在藥箱底部添加了過濾網(wǎng)來篩掉中藥殘渣，能夠減少抓藥過程中冗余藥材的無效使用，保障患者的個人利益，滿足患者的需求。

此理論模型使電子技術(shù)與機器硬件相結(jié)合，統(tǒng)一管理中藥抓取的不同環(huán)節(jié)，致力于實現(xiàn)醫(yī)院內(nèi)部中藥抓取的自動化和便捷化，為未來醫(yī)院中藥抓取的智能化發(fā)展提供經(jīng)驗。

信息化、智能化的抓藥方式可以減少操作失誤，同時，中藥分選稱重傳送打包的整個過程干凈整潔，操作便利，有利于優(yōu)化藥劑師的工作環(huán)境，方便醫(yī)生工作，減少患者取藥的等待時間，體現(xiàn)了科技服務(wù)人類的人文理念，促進社會醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展與進步。