一款医院采集器自取机的设计与应用

胡佳璐，潘雯慧，黄婕芸，顾 杰，袁 静

(上海健康医学院，上海 200000)

0 引言

随着科技的进步，自动化技术在各大领域的应用尤为广泛，尤其是在生物医药领域。对于医务人员来说，自动化技术大大减轻了他们的工作压力，降低了劳务成本。但医院里的自动化设备仍不够齐全和完善，面对如此庞大的市场，我国还需要继续完善自动化技术的推广和应用。笔者观察到，医院的采集器是由护士分发给病人，采集器呈现敞开状态，病人拿取时秩序较混乱，分发速度慢。正是基于对减轻医护人员工作量、及时对采集器消毒、保证采集器处于无菌状态，以及在疫情期间减少医护人员与病人间的接触、维持病人拿取采集器时的秩序等各方面的综合考虑，笔者设计了一款采集器自取机。

1 采集器自取机的设计方案

1.1 设计背景

作为医学专业的学生，笔者有机会实地考察了医院分发采集器的方式，发现其中存在一些不如人意的地方。本着为患者带来一种更高效、更卫生地获取采集器方式的目的，笔者受市面上自动贩卖机运用的启发，同时深入了解了机械臂、芯片技术和消毒技术在医学领域的应用现状，设计了这款采集器自取机，并认识到了其在医学领域应用的合理性与可实施性。

1.1.1 自动贩卖机

自动贩卖机起源于公元1世纪，一直发展到现在，成为一种代替人力、方便交易的全新商业零售模式。在医学领域，非处方药自动贩卖机逐渐投入市场，供居民自行购买药品，呈现了贩卖机的便利性、自动化与个性化。同时也有论文研究推出了口罩自动贩卖机，通过自动贩卖机的形式方便人们在疫情期间购买口罩[1]。

1.1.2 机械臂

不少科学家与医学家致力于研究机械臂在医学上的应用，发表了不少关于此方面的论文。例如将机械臂应用到神经外科手术中，利用六轴机械臂精准定位来辅助手术导航定位系统，完成机械臂在手术中的辅助作用，并提升了手术的效率[2]。机械臂还广泛应用于康复医学中，机械臂被设计为穿戴式，帮助患者进行交互式康复训练，例如外骨骼机械臂，它基于仿生学与人体工程学的设计辅助患者进行康复动作[3]。

1.1.3 芯片技术

将芯片读取信息功能应用于医院的设备中，有利于患者信息的保存和调取。最典型的例子是医院的自助机，它能够读取医保卡上的芯片，调取出患者的信息，完成自助挂号、缴费、取报告等一系列操作。医保卡采用晶圆封装芯片，保存着患者基本信息和病史。医生可以通过读取医保卡上的芯片，看到患者的病史及检查情况，并记录会诊的结果[4]。

1.1.4 消毒功能

经过研究发现，常用在医学领域的常规消毒方法有压力蒸气灭菌法、煮沸消毒法、紫外线消毒法等。压力蒸汽灭菌法是一种临床应用最广、效果最为可靠的首选灭菌方法，是利用高压下的高温饱和蒸汽杀灭所有微生物及其芽胞，常用于医疗器械的消毒灭菌中。除此之外，还有很多消毒技术产品的应用，例如戊二醛用于内窥镜消毒，紫外线杀菌灯用于室内空气消毒。

1.2 产品设计模型

如图1所示，笔者设计的这款采集器自取机在外形上类似于自助贩卖机，整体呈长方体，上半部分为显示器和读卡器，下半部分为储货区和出货口。机器内部分为3个部分：取货和出货部分、消毒部分和读卡部分。这3部分各司其责，又合作完成自取机的应尽功能。

图1 采集器自取机模型图

1.2.1 取货和出货部分

机械手臂在静止时处于收缩状态，位于机器货柜下方。采集器自取机在读取患者信息后由中央主板发出指令，位于机械手臂内的链条带动齿轮使手臂伸长，露出夹手，通过机械手臂与柜体连接的滑块带动手臂移动，到达用户所选取的商品面前，采集器背后的推板将采集器推至夹手，夹手轻夹固定，再由滑块带动机械手臂移至机器右侧，准确到达红外线扫描口，红外线扫描成功并贴上附有患者信息的贴纸后，会将采集器信息实时同步到数据库，并在机器屏幕显示器上提示，接着感应门在收到指令后自动打开并伸出托板，机械臂将采集器放置托板上，由托板后的小推块将采集器推出。在出货后，机械手臂回至原位，等待下一步指令，同时感应门上的红外线感应到采集器已被用户取走后，托板收回，感应门关闭，至此采集器出货成功。

1.2.2 消毒部分

在采集器的上下部安装高臭氧紫外灯；“臭氧+紫外线”消毒工作原理通过紫外线灯管在工作时发出强烈的短波紫外线，引起细胞内特别是核酸、原浆蛋白与酶的变性。由于紫外线在空气中能使氧游离，从而产生臭氧，臭氧是一种强氧化剂和杀菌剂，在它极强的氧化作用下能破坏细菌的结构与氧化酶，将它们全部杀死，起到杀菌消毒的作用。

1.2.3 读卡部分

患者可以通过将医保卡插入读卡器中以及刷磁卡、扫描电子医保卡或身份证等方式进行信息读取。身份证芯片信息的读取涉及到无线射频识别技术，利用射频信号和空间电磁耦合实现无接触信息传递，当身份证在读卡器的识读范围时，阅读器自动以无接触的方式将身份证中储存的信息读取出来。

1.3 产品使用方式

考虑到患者的年龄、体力、文化程度及学习能力等各方面的因素，笔者设计的采集器自取机必须要便捷，且易操作。其具体使用方式如下。

第一步：患者将医保卡或磁条卡插入机器上的卡槽内，在显示屏上点击“获取采集器”按钮，屏幕上会即刻显示出患者信息和所需的采集器。第二步，当患者确认信息无误后，点击“确认”选项，显示屏上会显示等待出货的提示。第三步，自取机内的机械臂根据收到的患者信息，拿取对应的采集器，并将采集器放置于出货口。此时，出货口的红灯亮起，患者看见亮灯提示后就可以取走采集器。操作流程如图2所示。

图2 操作流程图

2 产品优势分析

本项目设计的采集器自取机主要优势为卫生与高效。自取机内部装有高臭氧紫外灯进行杀菌消毒，以保证采集器的无菌状态，避免了检验结果会产生的误差。自取机采用自动化模式，加速了病人拿取采集器的效率，通过病历卡读取信息，准确地在采集器上粘贴病人信息，以减轻医院劳务负担。院方无需安排人手去分发采集器，也无需担心采集器受到污染等储存问题。

由于医院的检验处人流量较大，有验血与等待结果的病人，为了避免人群拥挤时拿取采集器的混乱，该产品通过自动化模式能够快速并高效地分发采集器，减少不必要的人流拥挤。最后，和医院传统分发采集器的方式——安排志愿者或护士来分发对比，采用采集器自取机可以有效解决采集器容易受污染的情况，分流了采集器受用者的排队压力。对于患者来说，自助机能节省时间，提高效率，避免排队和奔波；对医院而言，自助机分流了人工窗口的患者，减轻了人工窗口的压力，降低医院人力成本及管理成本，提高医院的运作效率，保障医院高效有序的运行。机器的质量也经过重重筛选和检验，能够经受长时间的使用。

目前市场上与笔者设计的采集器自取机有相似之处的是自助贩卖机与医院使用的自助机(见表1)。常见的自助贩卖机的工作原理有3种：第一种为圆柱型商品，如易拉罐、饮料瓶等，使用电磁阀带动翻板的驱动方式；第二种为六方体型商品，如香烟、纸盒包装品等，使用微电机带动连杆平推的驱动方式；第三种为对薄形片状商品，如磁卡、票券等，使用微电机带动捻拉机构的驱动方式。按照上述原理，可使用第一、第二种方式，但以上方式会导致物品出货时容易造成损害，所以使用机械臂取出物品的方式来防止物品受到损坏。其次，采集器自助机的拿货口相较于普通的自助贩卖机高，患者不用蹲下取货，方便了部分身体不适的患者。采集器自取机采用与医院自助机一样的读取患者信息的方式和使用方式，使用医院现有信息系统(HIS)，能快速调取患者信息，查询所需物品，保证机器的准确性和高效性[5]。

表1 自助贩卖机、自助挂号机、采集器自取机对比图

3 前景展望

本项目针对医院分发采集器混乱低效的问题，通过自动化技术和消毒一体化技术，设计出一款减少医护人员工作量的机器。同时通过机械臂在医学领域的应用、消毒功能在医学领域的应用、自动贩卖机的应用、芯片读取信息的应用，完善所设计的机器。它可以帮助医院更高效地完成检验前的部分工作，减轻医护人员的工作量，同时保持卫生、安全，保证医院检验的效率。项目预估可与医疗器械企业或工厂合作制作出机器，投入试验，确保机器各项符合标准后，将投入市场使用。