智能供血系统构建研究*

——孙 革 洪文旭 罗子豪 黄军伟 刘司真 周长亮*

随着我国城市化进程的加速，血液采集量和使用量均大幅度上升[1-2]，这对各地采供血机构的管理提出了更高要求。当前，血液存储、发放、报废等过程基本由人工完成[3]，而人工作业的误差难以避免，导致血液信息可靠性存在隐患；人工作业也会导致血液在常温下暴露时间较长，对血液质量产生不良影响；现行作业方式还存在人员频繁进出冷库，血液存储温度不稳定等问题。为解决上述问题，深圳市血液中心以保证血液安全为目的，研究构建了智能供血系统。

1 系统设计

1.1 系统概念

智能供血系统强调整体思维和系统设计，涉及综合机械制造、自动控制、智能识别、制冷、软件等多个学科，对相关技术进行高度集成，用机器取代人，通过智能设备控制平台管控各终端设备运行，并与血站采供血管理软件进行数据交互，实现自检验后袋装血液贴标、装盒、装筐、存储、分拣出库等全过程自动化。

1.2 系统设计原则

智能供血系统设计遵循如下原则：(1)符合国家血液管理法规要求，并尽可能与现有作业流程吻合；(2)具有高度运行可靠性；(3)具有明显高于人工作业的运行效率；(4)组成系统各终端设备除可以联动运行外，还可以独立运行并具有实用功能；(5)智能设备控制平台可以与血站各采供血管理软件进行数据交互。

1.3 系统构成

如图1所示，智能供血系统为模块化设计，各设备之间由输送带连接，并通过智能设备控制平台实现智联运行。智能设备控制平台将袋装血液的运行数据与血站的采供血管理软件数据进行交互，使得袋装血液物流和信息流同步，从而保证血液信息安全。

2 系统功能

2.1 多功能贴标机

2.1.1 设计目的 多功能贴标机的主要功能是给袋装血液贴标和进行二次包装(装盒)，是系统中的前端设备，主要负责血液管理前期工序。二次包装为硬质盒子，由透明塑料模压而成，其目的是避免袋装血液破损，并为之后的工序实现机械化提供作业条件。

2.1.2 结构和工作原理 多功能贴标机主要工序为装盒、扫描献血码、打印贴标、五码(献血码、滤白天平ID码、物料ID码、离心机ID码、操作者ID码)核对、不合格血液剔除和覆膜等，包装盒在多段式输送带上移动。输送带启动，输送带上方的扫码枪扫描血袋献血码，打印机即时打印对应标签，随即将标签贴在血液袋上，智能条码扫描摄像机对血袋标签上的5个条形码与电脑系统资料进行核对，不合格袋装血液被机器推杆推离输送带，合格品被覆膜，最后送入周转筐或传送带。

2.2 自动装筐机

2.2.1 设计目的 实现自动分拣需要两个基本条件：一是袋装血液包装有确定的规格和形状；二是该包装被置于周转筐的确定位置。后者的工作必须由机器完成。由此，需要设计专用自动装筐机，为系统实现袋装血液按订单自动分拣提供条件。

2.2.2 结构和工作原理 自动装筐机上设置读码器和机械手，可同时放置多个空的周转筐。周转筐被设计成若干大小一致的空格，以方便机械手将包装盒依次放入空格中。机械手将空筐装满后，周转筐被自动装置推移到机外传送带上。

血液自动装筐机由输送带、扫码机构、机械手、周转筐工位等组成。包装盒经扫码合格后，由机械手将包装盒放入周转筐空格，筐满后被自动推入到输送带上，机器将检验不合格品放入机内缓存区。每个筐位都可以自定义装载血液类型，可按血型分类装载，也可混合装载。由于软件系统已将包装盒信息与周转筐上二维码关联，后续设备通过扫描周转筐二维码，即可识别出筐内所有血液制品的血液信息及对应位置信息。

2.3 自动储血库

2.3.1 设计目的 按血液存储和管理规范要求，全血、红细胞体外保存温度为2℃～6℃,冷冻血浆保存温度为低于-18℃[4-5]。目前，国内多数血站血液存储常规做法是将贴标后的血液袋放入筐内，由人工转运并送入冷库货架，其主要缺陷是存取货时频繁开门，存在工作环境差、易出错、温度不稳定等问题。设计自动储血库的目的即解决上述缺陷。在系统中，自动储血库与自动分拣库紧密相连，为自动分拣库提供待分拣血液，同时为分拣好的袋装血液提供缓存空间。

2.3.2 结构和工作原理 保温结构执行冷库设计规范[6]，温度执行“血液存储要求”,为-18℃以下。为提高安全系数，自动储血库库温设计为-25℃±1.5℃。自动储血库主要结构为保温库体、自动库门、不锈钢货架、行走机器人、库内传送带和工作柜等。行走机器人可以沿着库体中间巷道行走，存入或取出左右两侧货架上的周转筐。传送带与库外工作台相连，与行走机器人配合开展工作。当需要储货时，自动库门开启，工作台读码器读取周转筐二维码，机器人将传送带上的周转筐移送至货架，通过电脑记录其位置信息。当需要取货时，系统反向动作。自动储血库内的传送带与巷道平行等长，减少了行走机器人的移动量，可以实现连续进出货，提高了效率，降低了能耗。自动储血库侧面设置两个供储血筐进出的电动门，方便与自动分拣库对接。

2.4 自动分拣库

2.4.1 设计目的 人工拣选袋装血液，除工作量大、易出错外，血液还会较长时间暴露在常温下，对血液质量造成不良影响。设计自动分拣库的目的是以机器取代人，实现按订单按袋快速分拣出库。它是系统中的末端设备。

2.4.2 结构和工作原理 自动分拣库被安装在自动储血库侧面，主要由入口输送带、出口输送带、分拣筐工位线、储血筐工位线、机械手等组成。系统接收订单要求后，按需求开展数据运算，对储血筐进入分拣库的先后顺序进行排列，储血库中的机器人依排序指令将储血筐依次送至分拣库工位线上，将空的分拣筐送到另一条工位线上，机械手根据电脑指令从储血筐中把所需血液抓取到空筐内，分拣筐装满或订单完成后，从分拣库出口再次进入储血库缓存或直接出库。

图2 智能设备控制平台示意图

2.5 智能设备控制平台

2.5.1 平台功能 智能设备控制平台有两个功能：一是对接智能供血系统各终端设备，对其进行管控；二是对接血站采供血管理软件，实现智能终端与血站业务数据交互。平台可对接血站不同类型和不同版本的采供血管理软件，具有一定通用性。

2.5.2 平台结构和性能 如图2所示，智能设备控制平台通过消息总线与智能终端上位机连接，上位机订阅指令通道，响应平台发出指令，返回执行结果，实现指令异步执行，还向总线发布时间系列数据，实现数据流采集。平台BOS调用相应组件接口，下达指令，组件把指令发布在总线上，供智能终端上位机执行。业务组件订阅相应指令返回通道，获得执行结果并将数据反馈给BOS。上位机发布数据请求，从业务组件处得到业务系统数据。平台研究遵循统一性、开放性、安全性原则，为行业数据接入奠定了基础。数据安全选择基于数据库身份验证来实现安全性，其中，平台内的用户信息对应基础数据库中的数据元素。平台加强了现有数据安全策略，并符合行业标准要求。平台使用 SSL/TLS对从客户端到平台、平台到数据库的传输进行加密，帮助管理者抵御来自外部数据对系统的干扰。

3 系统测试

智能供血系统接受全面测试，对应标准分别为国家相关规范和标准、产品开发单位企业标准，同时满足设计指标和系统设计原则要求。

(1)效率测试。效率测试分别为贴标(装盒)速度、装筐速度、入库速度、出库速度、分拣速度等。单机测试时，效率较常规作业分别提高30%～70%，联机测试所获测试值较常规作业提高约50%。

(2)安全测试。使用模拟冷冻血浆和模拟红细胞，分别进行破损率测试和常温暴露测试。通过长时间连续运行，测得每千袋破损率和血液平均常温暴露时长数据，将之与设计指标进行对比，设计指标中破损率较常规作业降低80%，常温暴露时间降低50%。

(3)自动储血库库温测试。依据冷库设计规范和血液存储要求，分别以空库和满库进行温度测试，在设定高作业频率的情况下，库温达标且温度波动值不大于±1.5℃。 (4)联动测试。各终端设备接受智能设备控制平台指令并反馈信息，实现袋装血液在系统中流畅运行，无停顿、卡滞现象；智能设备控制平台分别与市场常用两种采供血管理软件进行数据交互，系统能够正常运行。

测试结果表明，整个系统具有高可靠性，作业效率明显提升，血液数据方便追溯，血袋破损率大幅度下降，血液暴露于常温时间缩短，存储温度更稳定，所有指标均达到设计要求。

4 结语

当前，国内各血站由于血液存储、发放、报废等过程基本由人工完成，除劳动强度大以外，在血液安全方面还有血液信息传递错误风险、血液存储温度波动大等缺陷。对此，本研究探索构建了智能供血系统。该系统用机器取代人，实现了袋装血液贴标、装盒、装筐、存储、分拣出库等全流程自动化。全流程自动化不仅减少了劳动强度，提升了效率，而且保证了血液信息安全和温度安全，这为下一步血液大数据应用奠定了可靠基础。

相对于以往行业内局部改良的做法，该系统基于整体思维、系统设计理念，使血液管理过程真正实现了全系统智能化运行。该系统亮点较多。如加入智能设备控制平台，除管控各终端设备外，还衔接多种采供血管理软件，从而实现袋装血液信息与采供血管理系统数据同步；再如，各终端设备既可以联动运

行，又可以单独使用，满足不同用户需求等。

当然，该系统也有一定不足。如，系统将血液管理作业流程分解为4个模块，据此设计4种终端设备，该设置是否为最合理方案，有待实践检验。下一步有两个工作重点：一是考虑把智能供血系统判定不合格血液再次导入系统，进行二次识别处理或予以低温暂存，择时人工处理，从而进一步提高效率；二是考虑在周转筐上设置RFID来替代二维码，以消除凝露现象对二维码识别的干扰，进一步提高识别准确度。