慢性病老年人健康管理智能药箱设计＊

张圆圆，田 航

（郑州商学院，河南 郑州 451200）

随着中国经济的快速发展及医疗与科技水平的大步提升，中国老龄化人口占比逐年增大，截至2021 年在中国总人口中约占比18.7%，人口老龄化的社会现状与趋势为中国社会发展带来了一系列问题，其中老年人健康管理和医疗服务面临着严峻挑战，特别是空巢老人与独生子女的增多使老年人的健康状况无法得到保障[1-3]。另一方面，随着生活水平提升，食物供应越来越丰富，人们偏离平衡膳食的事物消费行为日益突出，且随着慢性病患者生存期的不断延长，加之城镇化、工业化进程加快和行为危险因素流行的影响，中国慢性病患者不断增多，特别是老年人发病呈上升趋势[4-5]。据中国慢性病报告可知，73%的糖尿病患者患有1 种以上的并发症，其中60%的患者合并高血压及心脑血管病变。因此，慢性病患者为了控制病情，往往需要服用多种药物来控制多种并发病[6-7]。

由于需要经常就医买药而花费的时间成本较高，并且部分慢性病病如糖尿病需终身服药，老年人服药会出现药品管理不善、忘记服药或服药数量不对等问题[8-9]，慢性病患者对于人性化的药箱需求迫切，现有药箱产品多为语音定时提醒功能药盒，附加功能价值较少，无法为老年人提供健康管理与医疗帮助相关服务[10-12]。因此本文从服务于老年人慢性病服药管理和健康机制的建立角度出发，基于物联网及云计算技术，设计具有自动出药、服用提醒、药物分类管理等功能的家用智能药箱，并搭载移动端APP，建立老年人与子女、陪护人员之间的服务链条，提高老年人医疗服务的便捷性，为老年人在慢性病管理方面上提出更加人性化的机制。

1 系统整体方案设计

根据目前老年人慢性病药物治疗中的药物管理需求，结合市场已有智能药箱的功能情况，提出家用智能药箱系统的健康管理与医疗服务2 部分功能。基于功能需求，本文设计了家用智能药箱的硬件与软件2部分，系统方案如图1 所示。其中硬件结构部分结合微型计算机、4G 通讯及传感器技术，可以实现药物分类存储、自动出药、服药提醒等功能。软件部分采用Java 语言与Android 环境进行开发，通过交互设计与UⅠ界面[13-14]，实现用户与医疗相关信息录入、病历档案管理查看、家人管理等功能。采用互联网技术实现APP 软件前端与后台数据库的数据交互传输及存储。在硬件智能药箱与软件运行所产生的数据基础上，通过云服务器存储与计算，对老年人健康状况进行长期跟踪与监测，最终实现对慢性病老年人健康的管理。

图1 家用智能药箱系统功能方案设计

2 智能药箱结构设计

由于老年人面对新事物学习过程相对较长并且触屏容易出错，因此操作实践要做到直观便捷，在硬件设计时尽量减少复杂设置[15]。家用智能药箱硬件部分基于简约与人性化原则设计，采用SolidWorks 进行整体三维图设计，效果如图2 所示。智能药箱硬件主要由微型计算机、通讯模块、药物储存装置、药物下落装置、药物计数装置、药物传送装置、语音播报器及出药口组成。

图2 智能药箱硬件结构三维图

药箱上层为不同种类药物的储药装置，储药盒由转轴带动，药物在离心力作用下进入下落装置中，此时光敏传感器检测不同种类药物数量并与设置值对比从而控制电机启停。通过传送履带装置将所有药物传送至出药口，并语音播报出药信息提醒服药。为了满足不同慢性病的药物管理需求，上层储药装置可以进行快速更换，采用封闭式设计，可以有效防止药物污染，同时在药物不足的情况下可以提醒用户增添药物。药箱侧面装有微型计算机与通讯模块，实时控制定时出药情况且记录药物服用情况，并基于4G 通讯技术将记录结果传送至云服务器，为记录与跟踪慢性病老年人的药物管理提供数据基础。

3 智能药箱软件系统

移动端APP 使用对象主要是患有慢性病老年人的子女或亲人，鉴于老年人对智能数字化产品的接受程度相对较低，因此需要家人在医疗健康服务方面提供帮助，节约时间和精力成本，并在一定程度上增加情感交流。根据对老年人看病就医和健康管理方面存在问题的调研分析，比如老年人家人在就诊服务时无法长时间陪诊，对老年人相关疾病数据记录不清楚，医务人员不能与患者紧密沟通病情，没有及时在线回复患者或家属问题的通道。基于以上部分问题，结合目标对象老年人本身健康管理需求，本款APP 的设计采用React Native 框架，总体目标是加强健康管理的同时提供部分医疗服务帮助，并在老年人情感上增加精神关怀，总体界面板块划分如图3 所示。

图3 智能药箱软件界面划分

搭配药箱使用APP 时，首先需要通过注册登录设置基本信息，如图4 所示。然后在我的基本信息中可以进行家中老年人的身份信息添加，点击具体家人可以进行就诊医院和社保单位信息输入，支付信息用于绑定银行卡并设置方式，在设置和反馈中可以进行如头像、账号密码等管理，还可以对APP 使用过程中产生的问题进行反馈。

图4 基本信息界面

APP 与药箱硬件结合实现药物管理，针对慢性病用药进行记录，实现用药监测。用户完成基本信息输入后，更换底部导航可进入健康管理模块首页界面，如图5（a）所示，界面上方显示慢性病家人基本信息，并可以通过滑动方式进行切换身份。点击药品管理模块可将家人慢性病所服用药品的生产厂家、药品名称、每瓶剂量等信息输入药品管理模块，并记录所倒入的药箱硬件储药盒编号，设置服用药物的详细信息并可以添加多种药物，如图5（b）所示。

图5 健康管理模块界面

4 智能药箱使用测试

为了验证智能药箱软硬件功能的可用性与自动定时出药的准确性，进行了样机制作并发布APP，设计验证方案对主要功能进行测试，如图6 所示。其中可靠性主要对提醒服药功能和药箱出药功能进行测试，通过云服务器端后台串口与4G 通讯模块建立连接，每台药箱样机的设备编码由4G 模块唯一确定并与用户信息一同存储于数据库，在APP 的药品管理模块中设置不同服药时间，设置信息基于MQTT 协议下发到药箱控制器，记录10 次不同的设定时间下2 只药箱是否定时播报并自动出药；准确地对同一药箱不同编号出药口出药数量进行测试，在APP 中添加4 种药物至4个出药口，并设置同一出药时间，每种药物每次出药剂量不同，记录10 次不同的设置得到的出药结果。

图6 智能药箱可用性及准确性测试方案

根据实验方案， 2 只药箱编号分别为HNZZ00000001、HNZZ00000002，储药盒均为1 号，出药剂量为10 mg，即2 片药品。由2 位实验人员登录APP，在APP 中分别设定药物装于不同编号的2 只药箱，并各自设定从10：05—10：32 每间隔3 min 的出药时间，再由2 位实验人员分别记录2 只药箱是否语音提醒服药和自动出药，并记录出药时间。通过试验测试得到的不同设定时间下的结果如表1 所示，表中数据表明，智能药箱在不同设定时间下的提醒功能与自动出药成功率达到100%，将2 只药箱10 mg 即2 片药品出药所需的时间进行数据处理，可以得出2 只药箱处理时间平均差值约为2 s，具有较高的可靠性。

表1 不同设定时间下的药箱提醒与出药结果

表1（续）

在准确性测试中，在编号为HNZZ00000001 的药箱中装入4 种药物，设定同一出药时间，进行为期3 d的自动出药，记录数据如表2 所示。从表中记录的数据中可以看出，3 d 的测试，4 个储药盒均能实现出药成功，并且所用时间平均差值在1 s，说明智能药箱的准确性较高，能够在实际使用中达到慢性病患者所需的不同药物的定时定量自动出药。

表2 同一药箱不同储药盒出药结果

5 结论

智能药箱作为慢性病老年人药物管理助手与健康服务伙伴，对于长期服用多种药物的患者应用需求较大。本文针对现有药盒附加功能少的现象，结合老龄化的慢性病患者对于多种药物服用中产生的问题，首先基于药箱功能需求，采用SolidWorks 工具设计3D模型，并基于传感器、4G 通讯和微控制器技术搭建智能药箱硬件产品；采用APP 流行框架React Native 设计编写APP 程序，基于JS 技术与SQL 数据库交互数据，实现对APP 中信息存储和药物相关数据的管理；在软硬件设计搭建完成基础上，进行可用性和出药准确性的测试。结果表明，智能药箱硬件产品整体结构紧凑、成本较低、自动化程度高，软件APP 操作简单、扩展性好，可以根据健康档案和药品记录长期进行病情跟踪，为老龄化的慢性病患者家属提供了了解和帮助家人治疗慢性病的渠道，也为慢性病患者的健康管理提供软件基础与技术保障。