我院的智慧门诊药房建设项目,包括从武汉库柏特科技有限公司引入的8套发药窗口药品自动核对机,2台快速发药系统用于盒装药品的存储和调配,1台高速发药系统用于高频次用量大药品的发放,2套直发药品传输系统,2套预配药品传输系统,2套药筐传输系统,1套药品缓存箱式二级库,2套全自动补药机,1台智能麻醉药品和精神药品(麻精药品)柜,1台智能存取柜,1套配药单打印系统及药房管理软件等子系统。

其中发药窗口药品自动核对机用于药品与处方信息自动比对。快速发药系统与高速发药系统拼接安装,软件连通,构成发药系统。直发药品传输系统用于整个处方药品完全由发药系统发出时的药品输送,将药品输送至发药窗口,由窗口药师发放至患者。智能麻精药品柜、智能存取柜、药品冷藏区、药架存储区用来存储尺寸和存储条件不宜放入发药系统的药品。包含麻精药品、智能存取柜药品、冷藏药品区药品、药架存储区药品,除去该部分之外的药品由发药系统发出至药筐,药品与药筐一起经预配药品传输系统传输至预配缓存区,药师将处方内其他非发药系统发放的药品从智能麻精药品柜等设备中取出并放入预配缓存区对应的药筐,完成预配药品调剂。配药单打印系统用于自动打印配药单,药师根据打印的配药单调剂少量不在发药系统内的药品。药筐传输系统用于将完成预配药品调剂的药品及药筐传输至发药窗口,并将发药窗口的空药筐传输至发药系统出药口,用于后续预配药品传输使用。药品缓存箱式二级库用于存储由医院一级库调拨至门诊药房的药品,根据调度指令出库药箱传送至全自动补药机。全自动补药机用于发药系统自动补药。药房管理软件用于智慧门诊药房建设项目所含所有设备的管理和调度。

智慧门诊药房整体布局分为缓存区、调剂区、发药区3个主要部分,整体布局见图1。

药品配送进入药房后会存储在缓存区,缓存区包括药品缓存箱式二级库、药架缓存区、冷藏药品区。药品缓存箱式二级库用于发药系统全自动补药的药品缓存;药架缓存区对常温药品进行药品存储;冷藏药品区负责冷藏类药品的存储。

调剂区包括发药系统、全自动补药机和智能存取柜。发药系统与医院信息系统(hospital information system,HIS)连通,依据HIS中的处方信息自动出药,经直发及预配药品传输系统传输至发药区。发药系统、全自动补药机和药品缓存箱式二级库通过自动化传输线对接连通,药房管理软件实时后台统计当前发药系统内药品的库存状态,对达到补药要求的药品下发补药指令,药品经药品缓存箱式二级库、全自动补药机自动补充至发药系统。智能存取柜存储低频次药品。

发药区布置直发及预配药品传输系统和药筐传输系统的出口,药师从出口取出药品及药筐,将药品置于发药窗口药品自动核对机操作台上,由系统内的深度学习物体识别算法自动识别药品并与处方比对,药师确认无误后发放药品给患者并提供药事服务。

智慧门诊药房以智能调度、3D视觉引导机器人抓取和基于深度学习的物体识别等人工智能技术为基础。智能调度指根据药房历史发药数据、发药系统各药品实时库存量,智能预测各药品的发放需求,下发指令由药品缓存箱式二级库和全自动补药机及时补药,维持发药系统各药品库存均衡。使用3D计算机视觉技术可计算药品3D位置和姿态,引导机械臂以最优无碰撞路径进行抓取补药。基于深度学习的物体识别技术实现对药盒的准确定位与类别识别^[8,9],通过对目标分割定位算法模型进行压缩优化,使药盒定位耗时由优化前的220 ms缩短至30 ms;基于残差注意力模块^[9]构建药品识别网络,提高模型对细微差异的判别力,可有效区分相似的不同类别药盒和破损、褶皱的同类别的药盒,识别准确率达100%。

智慧门诊药房的全流程智能化由智能化设备实现。药品缓存箱式二级库实现入库药品的智能化调度;全自动补药机与发药系统实现药品的自主智能化补发药;发药窗口药品自动核对机实现处方药品的自动核对。智慧门诊药房全流程图见图2。

药品缓存箱式二级库由高密度货架、标准储药箱、多层背篓式AGV、自动输送线和调度软件组成。药品入库时,药师将拆除大包装后的药品放入药箱内,并录入药品编码,将药箱放置于缓存货架,AGV根据调度软件指令将缓存货架上的药箱放置至货架上的最优空位。药品出库时,AGV根据调度指令从货架取药箱,放置至自动输送线入口,药箱经输送线传输至全自动补药机。AGV根据调度软件指令从自动输送线出口取回从全自动补药机退出的空药箱并送入药品缓存箱式二级库。

全自动补药机内含3D结构光相机、6自由度串联机械臂。通过3D相机和深度学习物体定位识别技术获取药箱内药品的位置、姿态和类别。通过快速手眼标定技术,实现相机和机械臂的手眼协调。通过抓取规划技术,对药箱内药品按照可抓取性进行最优排序。通过实时运动规划技术,机械臂以无碰撞的最快路径吸取药箱内特定药品,并补入发药系统。

发药窗口药品自动核对机是一个使用计算机视觉技术辅助药师核对药品的智能设备,其安装在药房窗口的工作台内,空间占用小,以方便药师使用操作。

经过上线运行的近半年时间,我院智慧门诊药房在药品存储、药品补药、药品调配和药品核对上,相比传统药房及自动化药房有全面的改进,见表1。

智慧门诊药房通过药品缓存箱式二级库的药品自动管理,全自动补药机中的药品识别和发药窗口药品自动核对机的药品核对三重确认提高发药准确率。通过不断积累的药品图像数据,形成真实、多样的样本数据,并对其自动筛选,挖掘对深度学习模型准确率提升最有价值的数据子集,形成有效高价值密度的数据库,使用该数据库不断训练升级深度学习模型,使得深度学习模型达到优于人工的识别成功率。引入智慧门诊药房后,使用药品自动核对的药品调剂差错降低至零。

智慧门诊药房的入库、调剂和发药全流程自动化和智能化,保证发药系统有合理的库存量,减少发药系统缺药等待时间,减少药师在药房内往返配药的动作,提高调配发药的整体效率。发药系统的发药速度为2500药盒·h^-1,能够满足高峰时段的发药要求。

我院引入智慧门诊药房后,药品补配人员减少2人,后台调配人员减少3人,药房人员由13人缩减至8人,减少了药师手工配药的工作量,发药窗口药品自动核对机辅助药师核对药品,使得药师将主要精力用于药事服务。