中藥智能制造的發展與展望*

王瑩，肖莉，陳偉，晏峻峰

（湖南中醫藥大學信息科學與工程學院，湖南 長沙 410208）

中藥傳統制造主要是指依靠傳統中藥炮制技術提高藥物療效，將中藥制成臨床使用的中藥飲片。中藥炮制產業在我國有著悠久的歷史，中藥可以根據中醫處方直接入藥，或者經過炮制充分激發藥性、減少毒性后再入藥。中藥炮制工藝復雜，因此在中國傳統制藥行業占據重要地位[1]。隨著高新技術的發展，與人工智能相結合的新型中藥制造業成為新的發展方向。本研究通過深入研究傳統中藥生產企業生產設備和飲片質量問題及相關人才缺失現象，探討中藥飲片生產與人工智能結合的必要性和發展前景。

1 中藥傳統制造產業發展現狀

中醫藥文化是中國傳統文化的絢麗瑰寶，其中蘊含著大量可創新及與現代社會接軌的節點。近年來，隨著“健康中國”戰略模式的迅速發展，以及為促進中國醫療產業更好、更快發展戰略的出臺，中國醫療產業出現了新的發展機遇。與此同時，與中藥行業息息相關的傳統中藥制造行業受到嚴峻挑戰，如資源配置高度分散，產品質量影響因素眾多，自動化生產困難重重，以及需求個體差異較大等諸多問題有待解決。為實現中藥產業的現代化發展，推動中藥走向世界，中醫藥制造產業須向信息化、智能化方向發展。

1.1 飲片生產 中藥是中醫臨床治療的基礎。中藥安全性和有效性直接決定著患者生命的安全及中藥產業的發展。作為中藥湯劑的原料，中藥的種植、加工炮制對湯劑的質量有決定性作用。目前，中藥生產環節存在質量問題[2-6]，針對這些問題，國內學者已開展廣泛探討，主要集中在中藥飲片質量監管及標準建立[7-11]，制藥企業存在的問題分析及管理建議[12-14]，以及中藥行業發展現狀及政策[15-17]等方面。但根據相關的統計分析，隨著中藥市場的不斷擴大，中藥飲片的需求持續增長，但目前中藥的來源更多地來自人工種植，導致了中藥品質的下降[17]。此外，中藥飲片的質量很大程度上取決于中藥的炮制技術，中藥炮制人員缺乏專業知識，可能會出現凈制不到位，飲片切制不合格，炮制方法錯誤等一系列問題，導致飲片質量出現紕漏。以葶藶子炮制為例，現代炮制品主要以炒葶藶子為主。《中華人民共和國藥典》規定葶藶子的炮制標準仍然是以色澤和氣味來判別[18]。這要求炮制人員具有豐富的經驗和深厚的專業知識。因此，要實現中醫藥事業的長遠發展，需要從根源上解決中藥飲片在生產質量上的諸多問題。

1.2 生產設備 如今，我國傳統制藥業發展緩慢，大多數企業自動化水平有限，處在標準化有待完善的階段[19]，而且藥材產地加工和炮制加工一體化重視程度不夠。所使用的大多數工具都是相對簡單的電子儀表或指針式儀表。這些設備的自動化程度和標準化程度相對較低，需要手動操作和手動記錄，降低了生產效率并帶來較大的主觀性問題。此外，一些中藥飲片企業由于成立時間較長，存在著占地面積不足、原設計生產流程和布局不合理、部分廠房和設施陳舊等情況。此外，凈化空調系統運行記錄不完整、地磅校驗證書更新不及時、自動包裝機儀表校驗不及時、檢測數據未及時審核、部分檢測工具損壞未及時修理等問題也有待解決。同時，中藥制藥行業設備標準化問題有待解決，而且藥品質量參差不齊，不同企業的制藥設備性能差異較明顯[20]。

1.3 技術人才 為了保證中藥飲片質量和從業人員專業素質的提高，在中藥的栽培、采購、加工及檢驗等環節均需要專業人員參與到整個產業鏈中，同時這也是解決中藥飲片質量參差不齊的關鍵。傳統的中藥生產陷入了“后繼乏人，后繼乏術”的困境，如現階段中藥傳統生產行業人員教育水平較低、專業背景和專業知識缺乏，限制了工業質量的提高。此外，中藥加工已從傳統的師承制度轉變為以扎實理論背景為基礎的高等教育制度指導的教育模式[21]。后者雖較前者有更廣闊的知識面和扎實的理論基礎，但相對傳統而言缺乏實踐。實際上，畢業后從事相關職業的人數也相對較少。此外，中國傳統醫藥加工業存在加工環境混亂及薪資水平低等問題，導致業內缺乏具有工匠精神的專家。資料顯示，目前我國從事中藥飲片炮制行業的專家不足50人[22]。由于繼承事宜沒有得到有效解決，隨著一些資深技工的退休，這些經驗和出色的處理技術無法得到有效傳承。這使某些實用的炮制技術陷入了失傳的困境。

2 結合人工智能的中藥產業發展預期

隨著信息社會的到來，人工智能技術的飛速發展，計算機的遠程處理功能及算法更新，以及計算機硬件創新，將先進的人工智能技術與中藥傳統的制藥業相結合已成為必然的發展趨勢。中藥智能制造借助物聯網技術、數據挖掘技術、傳感器技術、深度學習等信息技術實現了信息化與工業化的深度結合，實現了人工智能與傳統中藥制藥的完美結合，實現了生產過程中對原材料、工作人員和生產流程的實時監督和生產設備的智能化調度。（見圖1）中藥智能制造能保障工作人員的安全和工作流程的規范，從而推動中藥產業的發展。

圖1 人工智能技術在中藥制藥人員管理中的應用

2.1 智能制藥的藥材產地加工 2015年“30種中藥飲片產地加工與炮制一體化關鍵技術規范研究”被國家中醫藥管理局批準。中藥原產地加工具有鮮明的優勢，可以提高中藥飲片的生產效率，降低生產成本[23]。藥材產地加工可縮小藥材體積，使藥材更適于運輸和儲存。而且對于質地較硬的藥材，與干燥處理后再經潤后切片比較，原產地加工的鮮藥切片更為便捷，克服了傳統切制的某些弊端。將產地鮮藥切片與人工智能結合起來，通過加工炮制設備、機械化工作降低人力成本，可減少飲片厚度不一、碎片過多等情況的發生，極大地提高藥品品質。

2.2 智能制藥的“視”“嗅”結合 中藥產業鏈生產跨度大，從中藥材的種植到中藥炮制再到臨床制劑，這個過程存在著大量的知識運用和以人為主體單位的信息傳導。分段式技藝布局形成的信息割裂使得大部分數據分散分布，形成“信息孤島”[24]。而且中藥的生產過程是一個動態變化的過程，生產過程中存在大量的關鍵節點參數盲區[25]。這些問題可以通過圖像處理技術與中藥制造方法相結合來解決，如：使用圖像傳感器技術，通過光學成像系統收集中藥原料圖像數據，然后使用圖像采集卡將光學圖像轉換為可分析的數字圖像。由于制作中藥時需要注意不同類型的物料，因此圖像傳感器必須快速、靈敏且穩定。而且在選擇圖像傳感器時，須考慮到客觀環境因素，如：布置傳感器在中藥生產過程中的位置，以及數據清洗對圖像數據質量的影響。

機器視覺主要是通過圖片來識別、判斷藥品品質的優劣，對于小部分主要依靠氣味、質感等信息鑒別品質優劣的藥物而言，嗅覺技術和觸覺感知技術的應用更為重要。周華英等[26]利用仿生嗅覺技術檢測不同產地枳殼氣味信息，建立的枳殼氣味指紋圖譜，為其質量檢測提供了思路；ZHANG H J等[27]利用電子眼和電子舌區分陳皮中的功能化合物——黃酮類化合物和精油成分在4種不同的膳食制備方法下的效率，為陳皮消費的有效飲食指導提供了重要依據。在中藥生產過程中，將圖像傳感技術成熟應用到實際過程中，不僅可以實現物料加工的信息化，還可以實現倉庫建設的三維建模，使中藥飲片加工過程實現數字化管理。

2.3 智能制藥的藥材質量檢測 在人工智能進行中藥飲片質量檢測方面，主要檢測手段一般分為“辨形”和“辨色”。侯青等[28]通過統計閾值分割后葉片中的氣孔數，為葉類中藥視覺檢測提供了有力支持；李震[29]提出結合藥材的紋理和顏色形狀等特征對檳榔、蒼術、地榆、甘草、黃芪5種飲片進行識別，可以達到98%的正確率；FATANIYA B等[30]通過圖像分割和特征提取，利用SVM算法對甘草和大黃兩種易混淆飲片進行辨別，取得了較好的分類效果。研究表明，中藥的紋理、色澤與其含有的有效成分息息相關，不同產地、采收期的藥材色澤差異可以通過視覺檢測技術明顯體現出來[31]。計算機視覺分析可以協調許多因素，如顏色、形狀和紋理，并且可以智能地代替人工勞動。用于傳統中藥制造業的大多數設備是電子儀表或指針儀表，須手動操作和記錄。人工智能和視覺技術，可以減少人工成本，避免人工讀數引起的錯誤，而且通過視覺技術檢測中藥生產裝備中的履帶，獲得各項視覺參數，可以實時監視設備的運行狀況，為企業節省能源并防止事故發生。因此，人工智能技術適用于多種中藥的生產和檢測，可以彌補人工質檢的不足，保障員工安全，并實現產品質量的完全可追溯。

3 結語

傳統中藥制造業存在一系列問題有待解決，因此人工智能技術與中藥制造業的結合為產業發展的必然趨勢。2020年發布的《道地藥材匯編》對每一種道地藥材的歷史沿革、基原、道地產區、性狀鑒別等進行了梳理和界定，這在最基礎的層次上對中藥質量標準作了界定，為后續的智能化中藥制藥奠定了良好的基礎。目前，我國中藥智能制造的研究尚處于起步階段，仍需要大批專家和研究人員對該領域關注和研究。相關行業的從業人員也應進行規范化培訓，提高專業素質與水平。相關企業應在加強人才培育基礎上更新儀器設備，逐步實現從業人員專業化、儀器設備機械化、儀器設備智能化。中藥制造業應大力發展道地藥材生產基地，構建規范性的飲片培育基地，在現有的技術基礎上加強儀器的智能化、信息化改造，實現智能化制藥，保障中藥飲片質量，更好地服務于臨床，為人類健康事業做出貢獻。