一個中藥分類理論模型的構建

王梓菡　黃虹寧　李斯盛　藍欣宇　賈靜鈺

關鍵詞：自動化；模擬建模；分選技術

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。隨著時代的發展，現代社會中醫藥領域依舊展現著勃勃的市場生機，其中中藥復方療法在疫情防控中發揮了重大作用，其中中藥作用機制的科學闡釋是國內外西醫專家、分子生物學專家非常關注的[1]。但本項目在對市場調研中發現，患者取藥時往往要通過值班醫師手工抓藥，這不僅有著極大的人工勞動成本，并且相比現代化技術有時間成本較大等問題。醫院藥房實現自動化、數字化管理也是發展的必然趨勢[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 國內外發展動態

1.2.1 國內發展

1） 原創性構思階段，如1995年四川大學開發的“自動發藥機與信息處理系統”（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的“盒裝藥物自動售藥機”，采用矩陣型布局出藥器。三、結合國情設計和制造適合的自動化藥房階段，如原理為根據藥品包裝盒的參數將藥品分配至自動發藥機中，能一次性出庫各種類型的藥品的系統，通過計算機操作直接對接到門診信息系統[4]。例如，浙江大學附屬邵逸夫醫院配備的自動發藥機[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，設計了整筐出藥裝置[6]。

1.2.2 國外發展

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調動作的機械手實現藥品的出庫、入庫，可以實現藥盒的密集存儲與集中管理，但該技術效率低，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，依靠動作機構控制出藥量及種類，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，實現藥品的灌裝，封口，貼標簽等自動化。

（4） 數控回轉柜式自動化藥房，德國Hanel公司的產品是典型。將儲藥斗鉸接在回轉式的鏈路上，出藥（儲存）時儲藥斗按照計算機管理系統發出的指令回轉到指令位，等待藥劑師拿取（放入）[7]。

總體而言，國外技術發展較早，技術水平提升較快，發展至今已經趨于成熟與完善，值得我國借鑒學習。

2 研究內容

該新技術包括前端、識別、稱重、傳送、打包五個部分。醫生通過前端輸入所需中藥，機器通過對中藥的識別技術分別從中藥儲存設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實現中藥數據庫的模擬搭建，Java實現醫生操作前端的模擬搭建，建模的平面以及運用skatch up實現立體化的模擬搭建。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節，該理論模型預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、運用自動化技術完成抓取、選用高智能程序處理傳遞和打包，以實現新時代創新型高精度全效率中醫藥采配裝一體化。

2.1 前期理論模型的搭建

2.1.1 中藥識別

依據中藥的質量以及形狀將中藥原料分為三個大類：質量大的中藥（可依靠自身重力從出藥口滑落）；質量較小的中藥（需要依靠外力作用才能從出藥口滑落）；粉末狀的中藥。設計了三款中藥儲存設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，用于過濾中藥存放產生的中藥渣，藥渣通過過濾網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置中藥出藥口，由于存放盒有一定角度非平放，質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。現今科技隨著發展，計算機技術已經可以區分形狀各異的中藥藥材。使得中藥自動分裝成為可能性，現今的識別技術對于物體識別十分準確，由于部分中藥原料產地不同、形狀各異容易形成錯判誤判的現象。為了減少此類現象的發生，結合現今中藥采取分類擺放的模式，將識圖技術變為輔助工具用于記錄和校對是否準確取拿藥物，而擬定使用數據庫系統來實現中藥的識別。

第一是收集數據，收集出中藥的數據，將中藥分為重、輕及粉末狀三類，將中藥的數據保存于數據庫系統中。

第二是數據與中藥的對應，實現中藥的識別。

第三是將中藥原料按固定位置保存在設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） 首先結合數據庫系統，調取數據庫里的大數據，讀取病人所需的藥材。

（2） 再對每種藥材分別進行稱取，實現自動化取藥。

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，擬定將質量測量裝置安裝在中藥存放盒內，用于測量整個中藥存放盒以及中藥的質量（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量的差值來代替所需中藥質量，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，（將設置一定范圍的誤差值）在稱取完畢后由傳送系統傳送、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自動化。

2.1.3 中藥傳送及打包

項目的研究內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，經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，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、數量、藥效、服用注意事項。

編寫程序，程序主要的指令是根據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處最近的，依次往遠推進。這就需要在啟動傳送帶之前，系統先對藥方中的藥材所在位置離出發處的距離長短（到達所需不同藥材的存放裝置所需時間長短）進行排序，然后再調用存儲不同位置間運行時間的數據庫檢索數據、生成傳送帶運行任務：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 理論模型模擬實現階段

該項目于理論模擬的初步構建后進入理論模型模擬實現階段。該階段擬實現了模擬中藥數據庫的搭建、醫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建。

該項目在模擬理論階段著重考慮到機器的理論模型構建，在理論模型模擬實現階段更加著重于理論模型模擬實現的細節內容的理論構建。

該項目在理論模型模擬實現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—質量大、質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上利用構建中藥數據庫，用于模擬醫院所需的中藥藥材數據庫。該項目在模擬搭建醫院中藥數據庫時考慮到不同的人員操作權限的不同為該數據庫設置了三種不用的權限設置，并且在已有模擬中藥數據庫的基礎上再分別對質量大的、質量小的、粉狀的中藥分別建立模擬中藥數據庫。

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

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

該操作系統可以實現主治醫師與本項目產品的人機交互，強化了本項目產品的功能應用，實現處方開具與藥品打包的同時進行，為醫護工作者的工作提供了便利，也極大地簡化了患者就醫流程。

其流程為醫師通過診斷，完成對病患情況的了解，隨后通過該操作系統連接中藥數據庫并開具診療單后交予后臺程序，最后送至抓取系統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取。

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

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，故將原模型的設計更改為儲藥盒平置并將其中的過濾網改為斜置（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域（注：3D模擬搭建對傳送帶的構造不予體現，以留白區域表示）。在傳送帶的左側搭建分為兩層的四個長方體裝置作為輕質量中藥存放空間；在傳送帶的右側搭建分為兩層的四個長方體裝置作為重質量中藥存放空間；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八個長方體裝置，即頂部長方體裝置左下的寬與左側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上層長方體裝置左上的寬銜接。至此，完成了擬實現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上，對存放輕質量中藥、重質量中藥、粉末狀中藥的裝置進行內部處理。對于左右兩側的存放裝置，擬在最外層的側面裁剪出一個拱形輸出口，同時擬在裝置內部構建斜面平臺，用于輸出輕質量與重質量藥材。對于存放輕質量中藥的裝置，擬在最里層的側面添置風扇，以便更方便地將輕質量中藥材送至傳送帶上。對于存放重質量中藥的空間，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，完成了擬實現的中藥存放裝置的內部模擬搭建。綜上演示，完成了所研究項目的理論基礎上的實體模擬搭建。

3 總結

隨著現代醫療技術不斷進步、人們生活質量的提高和傳統中藥文化的大力弘揚，越來越多的人更傾向于中藥治療調養，此理論模型能夠幫助傳統的中藥處方抓藥文化不斷傳承發展，正如國外有學者指出，中醫理論包含若干諾貝爾獎級的問題，中國要獲諾貝爾獎，最有希望的是中醫藥，中醫將日益國際化[8]。中醫只有主動迎接挑戰，才能盡快實現中醫藥現代化[9]。

此理論模型在設置藥物存儲箱時，在藥箱底部添加了過濾網來篩掉中藥殘渣，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與機器硬件相結合，統一管理中藥抓取的不同環節，致力于實現醫院內部中藥抓取的自動化和便捷化，為未來醫院中藥抓取的智能化發展提供經驗。

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，有利于優化藥劑師的工作環境，方便醫生工作，減少患者取藥的等待時間，體現了科技服務人類的人文理念，促進社會醫療事業的發展與進步。