一种取样管条码信息无纸化打印装置的研制

朱晓红，哈小琴，王 璐

（联勤保障部队第940医院，兰州 730050）

0 引言

目前，各大医院都投入了大量检验设备，如Sysmex XE2-100全自动血液分析仪、迈瑞BC-6800全自动血液细胞分析仪等，由设备代替人工已成趋势。检验设备采用一次性使用取样管，其样本信息由粘贴在取样管外壁的条码标签携带，于是就产生了与之配套的条码打印机[1-2]和贴标机[3]。

条码打印信息源自医院信息系统（hospital information system，HIS），由专用条码打印机打印不干胶条码标签，自动贴标机按照设定的贴标位置完成贴标。条码标签的内容除了条码本身之外还可以有患者姓名、性别、年龄、科室、床号、ID编号等。患者的样本信息存储于实验室信息系统（laboratory information system，LIS）数据库，留取样本在取样管内，检验设备对样本的检验过程中需要及时与LIS进行数据交换，这种不干胶条码标签就是唯一的纽带和标识。

但这种不干胶条码标签存在以下不足：（1）易调换。患者取样管标签可以揭下来对调。（2）易篡改、污染。纸介标签容易人为改动或者被污物污染。（3）易脱落。受潮或者浸水容易使文字信息层脱落。（4）采用纸介标签检验成本高，不利于环保。而无纸化打印可以解决以上问题。无纸化打印就是将字符、图案等信息直接在最终端呈现，无需纸张作为介质，其核心技术日趋成熟，应用越来越广泛，涉及行业也越来越多，因此研发一种取样管条码信息无纸化打印装置具有较好的实用价值。

1 设计

1.1 设计要求

（1）能够充分利用医院现有的LIS数据库实现无缝通信，读取患者条码打印信息。（2）能够不更换目前使用的取样管，继续使用如BD等一次性取样管[4]。（3）标签的尺寸、位置能够与现行的不干胶标签的要求保持一致。（4）条码与取样管应为一体，且两者无法剥离开来，以解决现行标签易调换的问题。（5）生成的标签物具有防水、防油功能，表面有类似塑料油腻质感，常用的工具无法书写，以克服现有条码标签易篡改、易受潮脱落的不足。（6）实现无纸打印，不需要贴标机器，且有利于环保。

1.2 设计思路

（1）利用电喷绘原理实现条码标签直接喷绘。（2）取样管后续订货出厂不再粘贴厂家标签，使用研制的专用打印装置按照标签要求和标签位置要求直接在取样管外壁上喷绘条码等信息。（3）定制专用配方的喷绘墨水，实现防水、防油、防涂改，且还需满足快干、环保要求。（4）满足给圆柱体表面喷绘的要求。（5）能一次性放置一定数量的取样管，且能够依次喷绘。

1.3 装置设计

1.3.1 结构设计

打印装置由喷绘机构、驱动机构、传动机构、控制系统4个部分组成。喷绘机构主要由相对于取样管圆柱面，能够调整距离的垂直导柱和可以沿着取样管轴线方向移动的纵向导柱以及弧形面喷墨打印头组成。驱动机构由伺服电动机、编码器、联轴器等组成。传动机构主要由主动链轮组、从动链轮组、链条、齿形传动带组成。控制系统主要由人机界面、计算机主板、驱动功率板、传输线缆组成。如图1所示，机构支架的一端设有3个同轴设置的主动链轮组，另一端设有相对应并同轴设置的3个从动链轮组。主动链轮组连接有伺服电动机，伺服电动机内置编码器，用于精确带动主动链轮组转动；主动链轮组和从动链轮组之间通过齿形皮带传动，链条上滚子之间的凹槽处形成取样管定位托，可对取样管起定位作用，用于取样管的固定；链条左端的上方处有取样管仓夹，取样管仓夹的底部设有出管口，取样管可从出管口掉出并落至下方的取样管定位托中。为增加取样管仓夹的容量，位置取样管整齐放置于格挡中。弹出气缸负责将打印好的取样管弹出，掉落到取样管接盘内。链条右端的上方设有喷绘机构[5]。

图1 无纸化打印装置设计草图

机构吊架的底部设有垂直导柱，垂直导柱上套接有横向托架，横向托架可沿垂直导柱上下移动，用来调节喷墨打印头与取样管的圆柱面之间的距离。连接在横向托架的纵向导柱水平放置，并且与取样管的轴线平行。纵向移动托架与纵向导柱连接，并可以沿着纵向导柱移动，以实现喷墨打印头沿着取样管轴线方向打印的动作。2个托架均由电动机带动齿轮，通过与导柱上的齿条啮合实现线性运动。

1.3.2 喷绘机构设计

喷绘机构的主体是喷墨打印头，喷墨打印头结构及工作原理与常规喷墨打印头类似，都是利用打印电脉冲激发压电陶瓷电极产生机械运动，从而改变墨腔内部压强，实现喷墨。本装置的喷墨打印头利用此原理加以定制，如图2所示，其底部为圆弧形。喷墨打印头包括与取样管相适配的弧形喷头面，喷头面内设有周向排布的喷墨管和墨水腔，外侧设有陶瓷基板。墨水腔用于存放打印墨水，墨水腔的顶部设有震动隔膜，震动隔膜上设有压电陶瓷电极，震动隔膜通过挤压墨水腔将墨水挤出完成打印工作。喷墨管与墨水腔的底端相连接，且喷墨管沿喷头面板的周向交错设置2排，目的是使打印速度更快。而喷头面的弧形可使打码更清晰，图案不变形，效果更好。

如图1（b）所示，喷绘机构横向托架的下方设有用于探测取样管的红外传感器[6]，后方设有用于推出取样管的弹出气缸，对应弹出气缸位置处设有取样管接盘。红外传感器检测有无取样管反馈给控制系统，防止出现错误操作。

1.3.3 装置外观设计

装置使用轻质的铝镁合金空腹型材作为骨架，扣板采用铝镁合金的薄板折弯而成，在保证机械强度的同时还减轻了质量，方便搬用。在取样管接盘同侧设置了操作触摸屏，方便用户进行操作。本装置还设置了前门和搬运扣手，以方便检修和搬运。

图2 无纸化打印装置打印头截面示意图

2 使用方法

使用本装置时，将取样管放入取样管仓夹内，在重力的作用下取样管通过取样管仓夹底部的出管口逐个掉落至链条上的取样管定位托中。伺服电动机带动主动链轮组转动，在从动链轮组的协同下，3组链条同步运动，取样管仓夹内的取样管不断落入取样管定位托中，当取样管定位托移动到横向托架下方时，红外传感器探测到取样管的位置并反馈到单片机控制系统[7]；控制系统下达停止命令，伺服电动机按照编码节点停止，保证了位置的精确。同时控制系统向喷绘机构发送打印字符及图案信息，横向托架带动喷墨打印头通过垂直导柱向下移动，并在移动至接近取样管的位置时停止，然后纵向移动托架带动喷墨打印头沿取样管轴线的方向移动并对取样管进行打码喷墨。打印时控制系统通过电极驱动震动隔膜挤压墨水腔，通过喷墨管喷出至取样管外壁上完成打码。打码后控制系统控制喷墨打印头向上移动，并控制伺服电动机重新启动，对其他的取样管继续打码。当完成打印的取样管移动至与弹出气缸相对应的位置时，伺服电动机停止1.2 s，弹出气缸将取样管从取样管定位托内弹出，并掉落至侧下方的取样管接盘中，至此取样管的条码信息打印任务完成。

3 应用优势

本装置经过多次小规模试用，不断地完善机械结构、优化控制软件，实现了一次性直接打印到取样管外壁的目的，传递信息的效果与传统纸介标签相同。本装置具有以下优点：（1）一次装管1 000支，2台设备就能满足我院检验科1 d的标本量；（2）缩短了流程，将条码打印和条码贴标系统合并，降低了检验成本；（3）实现了标签无纸化，节约了纸张，有着很好的环保效果；（4）条码标签和取样管连为一体，不会发生错位、标签损坏或者丢失情况，缩短了流程，降低了标签失误率，提升了医院经济收益。

4 结语

目前，不干胶条码标签在医疗系统应用相当普及，但其存在的不足也逐渐暴露出来。而本文研制的无纸化打印装置配套定制的墨水、喷墨打印头，通过控制系统将条码标签打印和条码标签贴标合二为一，解决了不干胶标签容易被涂抹、丢失、篡改的问题，大大提高了医院现行临床检验流水线[8]的工作效率。伺服电动机内置编码器[9]，按照链条节距[10]设置节点，每次转动到停止都是节点的整数倍数，保证了打印精度，大幅度降低了打印装置的生产成本。但本装置也存在一些不足：一是与现有条码设备一样，受制于取样管尺寸限制；二是必须借助于医院LIS完成工作，系统独立性不足。下一步还需要克服取样管尺寸的限制，开发出独立的系统，以提高装置的应用范围。