基于圖像式條碼識別技術開發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務的重要環節，是連接血液采集、檢測、制備、供應以及醫院血庫的樞紐，對臨床用血的安全和供應起至關重要的作用。針對血液倉儲管理的特殊性以及臨床用血缺口，研發新型自動血液制品出庫工作站，解決制品生產效率低、質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。本設計采用物聯網、圖像式條形碼識別、機械結構、數字化管理系統等技術。基于圖像式條碼識別技術開發的血液制品出庫工作站的設計方案適合血液系統日常工作需要，能實現對血液制品血液制品的倉儲出庫管理更科學、更系統、更可追溯，進一步提高血液供應的安全和效率，從而緩解臨床用血供應和需求之間的缺口，并在突發公共衛生事件下提高血液應急保障能力。

1 研制基于圖像式條碼識別技術開發自動化血液制品出庫工作站的背景

臨床用血供應和需求之間的缺口日益巨大，對血液供應的安全和效率都提出了更高的要求。隨著醫療科技的飛速發展、衛生體制改革持續推進，我國臨床用血需求逐年上升[1]。由于血液制品的環境敏感性強、保存條件特殊、追溯需求大等特性，其出庫供應環節集中了血液質控各節點的主要矛盾，需要高質量、高效率的高科技保證。然而，我國采供血機構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展比較滯后，無法滿足現代臨床用血供應的需求。以廣州血液中心為例，2019 年發出675 804 袋合格血液制品，供臨床使用。每周工作日的日發血量不少于2 500 袋，周末及節假日的日發血量在400～500 袋[2]。貯血發血部門員工人均工作量位列全國前列。

人工化程度過高，容易造成血液質量的波動，全國各地采供血機構的血液質量差錯偶有發生。目前，廣州血液中心的血液倉儲出庫管理停留在人工包裝、分揀和發放的階段，耗費的人力物力相當高。采用人工掃描血液制品條形碼的方式對血液制品進行出庫的管理，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，易發生差錯等問題。多數工齡較長的工作人員普遍出現不同程度的骨骼、肌肉勞損等職業病癥狀。在應對自然災害、事故災難、公共衛生事件和社會安全事件等突發公共事件中，目前的血液制品出庫管理模式對醫療機構進行血液保障顯得十分落后，有必要采用先進的方式和設備進行改進和升級，以彌補存在的不足。

智能化出庫工作站設計的出發點是促進血液的采集、制備、檢測、貯存和發放的良性循環。目前，采供血機構出庫業務的智能化程度低主要表現在自動化程度低和信息化程度低。各環節對儲存環境的監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和基于全程冷鏈的物流管理平臺。各環節應用各自的獨立的物流管理方式，無法對各環節進行綜合的跟蹤、預警和追溯[3-5]。

目前單位實行分組輪班制，對傳統的人工化分揀發放血液制品工作提出了新的質疑和挑戰。由于人手不足，勞動強度過度，血液發放質量問題發生率明顯升高。因此，為解決這幾個問題，研發一種能夠實現高出庫效率、體積適宜的自動化、智能化、一體化的血液制品出庫工作站，具有十分重要的現實意義。

2 血站使用的條碼識別技術的現狀

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

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

3 圖像式條碼識別技術在血站日常工作中應用的優勢

近年來，隨著數字圖像處理技術的發展，二維條形碼的出現，以及在一些特殊應用場合,比如處理污損的條形碼的需要，圖像式條形碼識別技術應運而生。圖像式的條形碼識別系統首先由圖像采集裝置采集有復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體（complementary metal oxide semiconductor，CMOS）圖像傳感器等設備，然后利用圖像處理技術進行條形碼圖像的去噪和分割處理，最后調用讀碼模塊，讀出條形碼值并顯示識別結果，在識讀污損條形碼方面圖像式識讀器更具優勢[11]。

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

4 基于圖像式條碼識別技術開發自動化血液制品出庫工作站設計方案

圖像式條形碼識別技術、自動化輸送設備技術和計算機控制技術為核心的三大技術，在物流運輸、倉儲管理、糧食儲備、零食等行業應用以日漸廣泛，具有技術先進、成熟可靠等優勢，因此采用上述技術設計和開發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、數據采集和處理、傳輸條形碼數據信息、接收廣州血液中心血液管理系統信息反饋、控制工作站傳送帶運轉、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，結構是傳送帶。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。傳送帶的結構簡單，其寬度大小適中、能滿足各種類型血液制品的出庫需要。主要結構由驅動裝置、傳動裝置以及張緊裝置組成。驅動裝置是傳送帶的動力源，由電動機、減速器以及聯軸器組成；傳動裝置主要由輸送帶、托輥、傳動滾筒和換向滾筒組成；張緊裝置是用來調節傳送帶的松緊度的。張緊裝置能夠保證輸送帶有足夠的張力，使滾筒與輸送帶之間產生必要的摩擦力，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。驅動裝置通過聯軸器與傳動裝置上的傳動滾筒連接，當電動機轉動時，經減速器降速后，再由聯軸器帶動傳動滾筒轉動，當傳動滾筒轉動起來后，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臺工業用高級彩色/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，排除復雜背景的干擾，準確定位條碼并進行傾斜和透視失真的校正。然后二值化后進行識別獲取條碼信息，并將采集到的信息數據通過網絡通信模塊傳輸數據至廣州血液中心血液管理系統。條碼識別掃描模塊結構見圖1。

圖1 條碼識別掃描模塊結構示意圖

4.4 聲光報警系統

由蜂鳴器、紅綠警示燈組成。當血液制品數據采集正常且符合發出標準時，顯示綠燈；當血液制品數據采集異常或檢測到該血液制品不符合發出標準時，蜂鳴器報警、紅燈閃爍。

4.5 機械臂

結構為機械伸縮桿，用于將出現異常狀況的血液制品推離條形碼掃描區。

4.6 隔離區域

使用柔性材料作為內襯的箱型容器，用于收納出現異常狀況血液制品。

4.7 網絡通信模塊

對外傳輸和接收數據信息的通訊設備。

4.8 配套辦公設備

包括顯示器、出庫單據打印機、臺式計算機等辦公設備和文具收納裝置。

4.9 設備主要數據

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 ；電源規格：220 V、50/60 Hz、2 KVA。

4.10 血液制品出庫工作站結構示意圖

基于圖像式條碼識別技術開發自動化血液制品出庫工作站結構示意圖、正面示意圖、側面示意圖、俯視圖，見圖2～5。

圖2 自動化血液制品出庫工作站結構示意圖

5 基于圖像式條碼識別技術開發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構正面示意圖

圖4 自動化血液制品出庫工作站結構側面示意圖

圖5 自動化血液制品出庫工作站結構側面示意圖

工作人員將血液制品放置于輸入端入口，電機驅動皮帶和滾軸組件將血液制品運輸至條形碼掃描區；掃描區內設置數臺工業用高級彩色/單色變焦全景相機，對血液制品上的原始碼、成品碼、產品碼進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，數據自動錄入廣州血液中心血液管理系統；血液管理系統對數據信息進行比對，作出數據信息反饋，符合發出標準的血液制品，通過皮帶和滾軸組件輸送出掃描區進入血液制品輸出端，通過輸送軌道直接放入送血箱。血液制品出庫操作完成后，工作人員進行核對，無誤后，進入血液管理系統確認，打印單據。

若出現血液制品上條形碼未能在掃描區域識別、采集圖像或血液管理系統數據信息反饋該血液制品不符合標準發出，工作站聲光系統將自動發出警報，同時自動暫停輸入端工作；工作站系統自動操作設置在掃描區附近的伸縮臂，將異常血液制品移出掃描區，進入隔離區；異常血袋移出后，工作站自行恢復工作。工作人員從隔離區取出異常血液制品，進行人工復核。

6 基于圖像式條碼識別技術開發自動化血液制品出庫設備的意義和應用前景

我國各地采供血機構、科研、生產機構尚未有研發、生產自動化血液制品出庫設備的項目和產品。采供血機構對自動化血液制品出庫設備有實際的需求，同時設備的研制使用規范、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備具有積極的現實意義，同時將產品和研發經驗向全國采供血機構推廣和應用，從而達到提升全國采供血機構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急供應兩個社會焦點問題，該項設計的應用能有效提高血液供應的安全和效率，緩解臨床用血供應和需求之間的缺口，有效保障醫療衛生事業的平穩發展，以及在突發公共衛生事件下保障社會整體和諧穩定。新型自動化血液制品出庫設備具有在其他行業應用潛力和市場前景。只需對自動化血液制品出庫設備外觀設計、控制軟件、操作流程進行適當的調整和修改，即可衍生出適合快遞物流行業、醫藥行業、應急物資儲備倉庫等行業、單位的倉儲物資自動化出庫產品[14-15]。

自動化血液制品出庫設備的研發是基于物聯網的圖像式條形碼識別技術、自動化輸送設備技術和計算機控制技術的融合，實現血液制品出庫的高度自動化、智能化、一體化。其研究是應用技術和創新結構，以智能系統取代傳統的人工掃描的方式，實現各類血液制品連續出庫，滿足目前乃至未來一段時間全國采供血機構的日常工作需要[16-18]。

實現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，維護工作人員的身心健康。自動化血液制品出庫設備對于中等規模以上血液中心，中心血站具有很好的實際應用價值。它具有良好的發展前景，能從技術手段上最大限度地保證患者用血安全，還能促進全國采供血事業向自動化、數字化、智能化方向發展。自動化血液制品出庫設備對血液制品進行智能化出庫管理，能有效彌補人工操作的的缺陷，減少不必要的人為失誤。實現對血液制品血液制品的倉儲出庫管理更科學、更系統、更可追溯，進一步提高血液供應的安全和效率，從而緩解臨床用血供應和需求之間的缺口，并在突發公共衛生事件下提高血液應急保障能力。