慢性病老年人健康管理智能藥箱設計＊

張圓圓，田 航

（鄭州商學院，河南 鄭州 451200）

隨著中國經濟的快速發展及醫療與科技水平的大步提升，中國老齡化人口占比逐年增大，截至2021 年在中國總人口中約占比18.7%，人口老齡化的社會現狀與趨勢為中國社會發展帶來了一系列問題，其中老年人健康管理和醫療服務面臨著嚴峻挑戰，特別是空巢老人與獨生子女的增多使老年人的健康狀況無法得到保障[1-3]。另一方面，隨著生活水平提升，食物供應越來越豐富，人們偏離平衡膳食的事物消費行為日益突出，且隨著慢性病患者生存期的不斷延長，加之城鎮化、工業化進程加快和行為危險因素流行的影響，中國慢性病患者不斷增多，特別是老年人發病呈上升趨勢[4-5]。據中國慢性病報告可知，73%的糖尿病患者患有1 種以上的并發癥，其中60%的患者合并高血壓及心腦血管病變。因此，慢性病患者為了控制病情，往往需要服用多種藥物來控制多種并發病[6-7]。

由于需要經常就醫買藥而花費的時間成本較高，并且部分慢性病病如糖尿病需終身服藥，老年人服藥會出現藥品管理不善、忘記服藥或服藥數量不對等問題[8-9]，慢性病患者對于人性化的藥箱需求迫切，現有藥箱產品多為語音定時提醒功能藥盒，附加功能價值較少，無法為老年人提供健康管理與醫療幫助相關服務[10-12]。因此本文從服務于老年人慢性病服藥管理和健康機制的建立角度出發，基于物聯網及云計算技術，設計具有自動出藥、服用提醒、藥物分類管理等功能的家用智能藥箱，并搭載移動端APP，建立老年人與子女、陪護人員之間的服務鏈條，提高老年人醫療服務的便捷性，為老年人在慢性病管理方面上提出更加人性化的機制。

1 系統整體方案設計

根據目前老年人慢性病藥物治療中的藥物管理需求，結合市場已有智能藥箱的功能情況，提出家用智能藥箱系統的健康管理與醫療服務2 部分功能。基于功能需求，本文設計了家用智能藥箱的硬件與軟件2部分，系統方案如圖1 所示。其中硬件結構部分結合微型計算機、4G 通訊及傳感器技術，可以實現藥物分類存儲、自動出藥、服藥提醒等功能。軟件部分采用Java 語言與Android 環境進行開發，通過交互設計與UⅠ界面[13-14]，實現用戶與醫療相關信息錄入、病歷檔案管理查看、家人管理等功能。采用互聯網技術實現APP 軟件前端與后臺數據庫的數據交互傳輸及存儲。在硬件智能藥箱與軟件運行所產生的數據基礎上，通過云服務器存儲與計算，對老年人健康狀況進行長期跟蹤與監測，最終實現對慢性病老年人健康的管理。

圖1 家用智能藥箱系統功能方案設計

2 智能藥箱結構設計

由于老年人面對新事物學習過程相對較長并且觸屏容易出錯，因此操作實踐要做到直觀便捷，在硬件設計時盡量減少復雜設置[15]。家用智能藥箱硬件部分基于簡約與人性化原則設計，采用SolidWorks 進行整體三維圖設計，效果如圖2 所示。智能藥箱硬件主要由微型計算機、通訊模塊、藥物儲存裝置、藥物下落裝置、藥物計數裝置、藥物傳送裝置、語音播報器及出藥口組成。

圖2 智能藥箱硬件結構三維圖

藥箱上層為不同種類藥物的儲藥裝置，儲藥盒由轉軸帶動，藥物在離心力作用下進入下落裝置中，此時光敏傳感器檢測不同種類藥物數量并與設置值對比從而控制電機啟停。通過傳送履帶裝置將所有藥物傳送至出藥口，并語音播報出藥信息提醒服藥。為了滿足不同慢性病的藥物管理需求，上層儲藥裝置可以進行快速更換，采用封閉式設計，可以有效防止藥物污染，同時在藥物不足的情況下可以提醒用戶增添藥物。藥箱側面裝有微型計算機與通訊模塊，實時控制定時出藥情況且記錄藥物服用情況，并基于4G 通訊技術將記錄結果傳送至云服務器，為記錄與跟蹤慢性病老年人的藥物管理提供數據基礎。

3 智能藥箱軟件系統

移動端APP 使用對象主要是患有慢性病老年人的子女或親人，鑒于老年人對智能數字化產品的接受程度相對較低，因此需要家人在醫療健康服務方面提供幫助，節約時間和精力成本，并在一定程度上增加情感交流。根據對老年人看病就醫和健康管理方面存在問題的調研分析，比如老年人家人在就診服務時無法長時間陪診，對老年人相關疾病數據記錄不清楚，醫務人員不能與患者緊密溝通病情，沒有及時在線回復患者或家屬問題的通道。基于以上部分問題，結合目標對象老年人本身健康管理需求，本款APP 的設計采用React Native 框架，總體目標是加強健康管理的同時提供部分醫療服務幫助，并在老年人情感上增加精神關懷，總體界面板塊劃分如圖3 所示。

圖3 智能藥箱軟件界面劃分

搭配藥箱使用APP 時，首先需要通過注冊登錄設置基本信息，如圖4 所示。然后在我的基本信息中可以進行家中老年人的身份信息添加，點擊具體家人可以進行就診醫院和社保單位信息輸入，支付信息用于綁定銀行卡并設置方式，在設置和反饋中可以進行如頭像、賬號密碼等管理，還可以對APP 使用過程中產生的問題進行反饋。

圖4 基本信息界面

APP 與藥箱硬件結合實現藥物管理，針對慢性病用藥進行記錄，實現用藥監測。用戶完成基本信息輸入后，更換底部導航可進入健康管理模塊首頁界面，如圖5（a）所示，界面上方顯示慢性病家人基本信息，并可以通過滑動方式進行切換身份。點擊藥品管理模塊可將家人慢性病所服用藥品的生產廠家、藥品名稱、每瓶劑量等信息輸入藥品管理模塊，并記錄所倒入的藥箱硬件儲藥盒編號，設置服用藥物的詳細信息并可以添加多種藥物，如圖5（b）所示。

圖5 健康管理模塊界面

4 智能藥箱使用測試

為了驗證智能藥箱軟硬件功能的可用性與自動定時出藥的準確性，進行了樣機制作并發布APP，設計驗證方案對主要功能進行測試，如圖6 所示。其中可靠性主要對提醒服藥功能和藥箱出藥功能進行測試，通過云服務器端后臺串口與4G 通訊模塊建立連接，每臺藥箱樣機的設備編碼由4G 模塊唯一確定并與用戶信息一同存儲于數據庫，在APP 的藥品管理模塊中設置不同服藥時間，設置信息基于MQTT 協議下發到藥箱控制器，記錄10 次不同的設定時間下2 只藥箱是否定時播報并自動出藥；準確地對同一藥箱不同編號出藥口出藥數量進行測試，在APP 中添加4 種藥物至4個出藥口，并設置同一出藥時間，每種藥物每次出藥劑量不同，記錄10 次不同的設置得到的出藥結果。

圖6 智能藥箱可用性及準確性測試方案

根據實驗方案， 2 只藥箱編號分別為HNZZ00000001、HNZZ00000002，儲藥盒均為1 號，出藥劑量為10 mg，即2 片藥品。由2 位實驗人員登錄APP，在APP 中分別設定藥物裝于不同編號的2 只藥箱，并各自設定從10：05—10：32 每間隔3 min 的出藥時間，再由2 位實驗人員分別記錄2 只藥箱是否語音提醒服藥和自動出藥，并記錄出藥時間。通過試驗測試得到的不同設定時間下的結果如表1 所示，表中數據表明，智能藥箱在不同設定時間下的提醒功能與自動出藥成功率達到100%，將2 只藥箱10 mg 即2 片藥品出藥所需的時間進行數據處理，可以得出2 只藥箱處理時間平均差值約為2 s，具有較高的可靠性。

表1 不同設定時間下的藥箱提醒與出藥結果

表1（續）

在準確性測試中，在編號為HNZZ00000001 的藥箱中裝入4 種藥物，設定同一出藥時間，進行為期3 d的自動出藥，記錄數據如表2 所示。從表中記錄的數據中可以看出，3 d 的測試，4 個儲藥盒均能實現出藥成功，并且所用時間平均差值在1 s，說明智能藥箱的準確性較高，能夠在實際使用中達到慢性病患者所需的不同藥物的定時定量自動出藥。

表2 同一藥箱不同儲藥盒出藥結果

5 結論

智能藥箱作為慢性病老年人藥物管理助手與健康服務伙伴，對于長期服用多種藥物的患者應用需求較大。本文針對現有藥盒附加功能少的現象，結合老齡化的慢性病患者對于多種藥物服用中產生的問題，首先基于藥箱功能需求，采用SolidWorks 工具設計3D模型，并基于傳感器、4G 通訊和微控制器技術搭建智能藥箱硬件產品；采用APP 流行框架React Native 設計編寫APP 程序，基于JS 技術與SQL 數據庫交互數據，實現對APP 中信息存儲和藥物相關數據的管理；在軟硬件設計搭建完成基礎上，進行可用性和出藥準確性的測試。結果表明，智能藥箱硬件產品整體結構緊湊、成本較低、自動化程度高，軟件APP 操作簡單、擴展性好，可以根據健康檔案和藥品記錄長期進行病情跟蹤，為老齡化的慢性病患者家屬提供了了解和幫助家人治療慢性病的渠道，也為慢性病患者的健康管理提供軟件基礎與技術保障。