健康龙江-5G数字智慧药房示范应用

产品功能及原型设计理念和框架
1、项目实施背景
1.1政策导向
2010 年 12 月 3 日，卫生部出台《二、三级综合医院药学部门基本标准（试行）》，要求三级综合医院药学部门逐步配备全自动分包装系统、自动化调配配方系统和药品管理信息系统。 2011 年 4 月 12 日，卫生部发布《关于在全国医疗卫生系统开展“三好一满意”活动的通知》，并制定了《全国医疗卫生系统“三好一满意”活动 2011 年工作任务分解量化指标》，明确提出“合理安排门急诊服务，挂号、划价、收费、取药等服务窗口等候时间不得超过 10分钟”。
因此，随着药品品种、数量的迅速增加和医疗服务质量标准的逐步提升，传统的药品管理模式已无法满足患者对医院发药效率的要求，智能化药品管理成为医院降低运营成本、提升运营效率和服务质量的重要手段。
1.2行业需求
1.2.1提升发药效率，提升患者满意度：
传统的医院门诊药房主要通过药师来人工取药和发药，耗时长（患者排队等候人数较多）、效率低、且药师任务繁重。
智慧药房项目可较好解决这一痛点。在哈医大四院建设5G数字化智慧药房后，平均处方处理速度可由原 60 秒/张缩短至 8-10 秒/张，正常工作日每个窗口可处理处方数由 400 多张增加至800多张，高峰时可达到1000多张。通过智能化的管理，基本实现“0”排队现象，为患者提供更好的门诊环境及服务。
1.2.2提高发药准确性，保障患者用药安全
传统医院门诊药房通过药师进行人工取药/发药时，发药准确率无法得到保障，无法进行精细化药品供应链管理。药品一旦发放出现错误，可能导致较为严重的后果。
通过对5G数字智慧药房项目实施前和实施后门诊药房调剂内差率进行对比可发现，实施前内差率为1.33%，实施后内差率为0.18%，P<0.05，差异有统计学意义，实施后门诊药房调剂内差率大幅下降，保证患者用药安全有效。
1.2.3降低人力成本，让药师回归本职
在“医药分开”改革的大背景下，国家陆续推出药品集采、取消药品加成等系列政策，医院药房逐渐从“盈利中心”转为“成本中心”，这也促使医院管理者对其重新定位，对于降低成本、提升效率有了更高的追求。
5G数字化智慧药房项目可节省人力成本（如门诊药房药师人数由实施前的10人减少至7人），让药师有更多的时间来指导患者合理用药，发挥其在药学领域的专长。

2、项目总体设计
2.1 设计思路
以院内5G专网为传输脉络，保障处方数据不外流，诊疗信息无延迟传输；以院内私有云为承载搭建数字化智慧药房系统，结合视觉识别算法赋予平台AI智能视觉复核功能，实现处方订单数据同步，建立了“慧眼+智脑+巧手”的5G数字化智慧药房系统。

2.2原型设计理念和框架
5G数字化智慧药房系统与医院HIS系统对接，实现处方订单数据同步，建立了“慧眼+智脑+巧手”的药房多维感知系统、任务规划系统与灵巧抓放系统，实现从多维度对药房动态系统的智能感知与规划运作，突破了智能二级库、智能补发药一体机、基于AI的智能3D视觉复核系统等核心关键技术，实现药房整体自主可控，填补了该领域的国内空白，解决了传统药房人力成本高，发药时间长，期效管理、库存管理、信息化管理率低等“卡脖子”核心问题，为我国智慧医疗提供了示范案例，其技术先进性体现在：
（1）建立药物输送全过程智慧补发药系统的故障监测与预警、修复与应急联动模型，以解决智慧药房故障率较高的问题。采用多种传感器（视觉、红外、力觉）分布式设计，建立药物输送过程中药物的种类识别、数量监测、建立故障和风险应对知识库，实现故障自动修复或指导人员修复；
（2）提出基于时间最优的多任务规划策略，提高补药发药效率。基于药品管理数据库，实现补药和发药的灵活调度，根据当前处方单和药品所处空间位置，进行任务分配和多机器人协同调度，实现高效率、高稳定性的药物取放和输送；
（3）基于AI智能视觉复核系统、多层卷积神经网络算法提升药品复核精准度，基于高精度高可靠性3D成像技术、手眼协调技术、3D位姿估计技术，实现零差错补药、拣药、发药；
（4）采用箱式AGV自动搬运实现24小时不间断补药，实现智能化调配、管理，有效控制差错发生率。
2.3 项目建设内容
（1）院内5G专网建设
5G网络本项目数据正常流转的基础，我们为医疗机构按需提供5G网络切片服务，确保药房管理系统专网专用，避免不同业务之间在资源抢占中的相互影响，可以实现业务的高可靠性、高安全性和服务 SLA 的保障，不与互联网有交互。确保了医生处方数据不外流，诊疗数据及时送达，确保了医院HIS系统与智慧药房系统的无延迟数据交换。

（2）智能补发药一体机
该一体机可自动完成补药和发药，快速高效，24h无人值守，发药机每小时可以处理500个处方单，发药速度2500盒/小时；全球首创的智能机器人补药系统，可实现800盒/小时的行业内最快补药速度；行业领先的人工智能技术：3D视觉定位+机器人智能抓取+2D智能视觉复核，确保100%补药准确率；可随时自动盘点药品数量，自动校正库存且不影响发药，30min内完成机内药品盘点。
（3）智能二级库
采用箱式AGV自动搬运，系统自主调度，无需人工干预，智能二级库可连通补发药一体机，实现24小时不间断补药；自主调度规划，可根据发药机的药品消耗自动生成请领计划并自动发送，实现库存实时管理；合理规划容量可满足医院门诊多天使用，减少拆箱入库作业频次，提高药房的作业效率；可根据药房面积大小定制化布局，快速部署； 智能化调配、管理，有效控制差错发生率，使患者用药更安全。
（4）基于AI的智能视觉复核系统
该系统与医院HIS系统进行无缝对接，实现处方订单数据同步，以处方为单位进行复核，同时进行多个药盒的品规和数量判断，基于人工智能的视觉识别算法，实现基于视觉图像的多个药品的智能识别，通过技术化手段提升药师发药前的复核准确度，避免因疲劳、灯光及其他原因引起的药品多发少发或者错发等现象，大幅提高用药安全度。


图2 原型设计理念和框架

创意特色及技术性能
1、项目的新颖性，产品设计的独特性、创造性
（1）解决传统药房人力成本高，发药时间长，期效管理、库存管理、信息化管理率低等“卡脖子”核心关键问题，实现智慧药房整体自主可控，填补该领域的国内空白；
（2）打通药房的信息流与实物流，实现药房管理智能化、调剂自动化及服务专业化，实现彻底解放人工、发药基本零错误率、大幅降低药房运营成本，全面提升湖北乃至全国整体医疗水平；
（3）实现药品的自动存取和发放，有效解决患者排队取药问题，降低病人在医院就医用药环节交叉感染的风险，能够适应当前常态化疫情防控需要，提升医院智能化水平，助力湖北完善医疗卫生服务体系，打造智慧安全医疗。
2、技术深度、复杂度、合理性、先进性
零接触式智慧药房相较传统补发药效率提升3倍以上，发药效率2500盒/小时、补药效率800盒/小时，节省人工成本80%，实现彻底解放人工、发药基本零错误率、大幅降低药房运营成本及疫情期间的交叉感染风险，是一套高效率、高可靠性零接触式智慧药房智能补发药一体机系统。
本项目基于以下技术创新形成护城河，填补国内技术空白，相关产品如智能补发药机、3D高精度视觉识别相机等产品已获得CE认证，创新点如下：
（1）建立药物输送全过程智慧补发药系统的故障监测与预警、修复与应急联动模型，以解决智慧药房故障率较高的问题。采用多种传感器（视觉、红外、力觉）分布式设计，建立药物输送过程中药物的种类识别、数量监测、建立故障和风险应对知识库，实现故障自动修复或指导人员修复；
（2）提出基于时间最优的多任务规划策略，提高补药发药效率。基于药品管理数据库，实现补药和发药的灵活调度，根据当前处方单和药品所处空间位置，进行任务分配和多机器人协同调度，实现高效率、高稳定性的药物取放和输送；
（3）基于AI智能视觉复核系统、多层卷积神经网络算法提升药品复核精准度，基于高精度高可靠性3D成像技术、手眼协调技术、3D位姿估计技术，实现零差错补药、拣药、发药；
（4）采用箱式AGV自动搬运实现24小时不间断补药，实现智能化调配、管理，有效控制差错发生率。
3、在市场中的领先程度
以医院需求为指引，通过自主创新开发了拥有智能补发药机、智能二级库、AI智能视觉复核系统的零接触式智慧药房，使其可实现自动补药、发药协同进行，利用人工智能算法与采集的智慧医疗海量药品大数据，进行24h无人值守且精准不间断补药，通过视觉识别复核系统与医院HIS系统无缝对接，实现零接触式智慧药房的场景应用，大幅提升了医院药房整体工作效率，降低了运行成本，成为细分领域的应用示范标杆。
目前，哈医大四院5G数字化智慧药房为医院节约了大量人力成本，提高了药品利用率，精准把控药品、物资需求和消耗，降低库存浪费，减少药品污染，降低药房占地面积，大幅降低药房运营成本，受到了客户的一致好评，成为智慧医疗细分领域的应用示范标杆，
因此，本项目的推广应用将有效推动该技术临床应用和产业化进程，对我国智慧医疗行业具有重大意义。

与5G结合性及强相关性及产业联动效应
1、对5G技术发展的预期影响
随着5G与AI的融合加深刺激了越来越多的智慧医疗应用场景，本项目人工智能遥操作超声扫描诊疗机器人，未来的应用落地将5G医用机器人、远程会诊、远程手术、紧急救援、AI辅助诊断、远程医疗教学等应用发挥价值最大化，助力我国实现5G+AI在智慧医疗领域呈现出技术先进、性能优越、效果明显的医疗服务新业态。
2、产品规模化生产后对产业链的影响
促进“产学研检用”的全流程协作。在医疗产品的科研攻关项目上，打造由企业牵头，重点医疗机构、检验机构、高校院所深度参与的产学研检用全流程协作。未来，将在技术突破与产品推广的进程中建构更加深度、完整的生态伙伴集群。
5G与AI、大数据、先进计算、区块链等技术的融合度（必填，与5G相关技术特性的融合度及相关性；以5G为基础，与AI、大数据、云计算、区块链等新技术融合发展催生新概念、新技术、新应用和新业态）
本项目建设过程中的核心部分为利用5G技术进行数据采集与加工。人工智能技术能赋予药品的流通更大智能性、柔性和适应性，而人工智能技术的原料是数据，需要基于数据驱动，建立装备设计-研发-升级的闭环迭代系统，实现数据-信息-价值的高速循环流动增值，其中包含三部分内容：
融合一：5G+物联网实现智慧药房高速数据采集与反馈
5G物联网技术应用于智慧药房项目中的AGV复合机器人、3D视觉复核系统、多个机械臂及智能夹爪、前台2D视觉复核系统等全运行流程中的关键设备，以及视觉监控、力觉、位置传感等多维度感知运行保障系统。一方面，依靠5G+物联网的高速通道实现设备运行数据流的快速传输，为智能AI调度提供基本的技术条件；另一方面，5G的加入使得系统的运行保障系统可以更快速地反馈设备异常信息，助力AI感知算法提前预测运行风险。
融合二：5G+医疗信息大数据驱动智慧药房闭环迭代
如果说人工智能算法平台是大脑，5G就是联通四肢脏器的神经。人工智能技术的原料是数据，5G助力数据联通汇流至AI神经网络，形成完整的智慧药房运行模型，赋予药品的流通更大智能性、柔性和适应性，助力智慧医疗产业建立设计-研发-升级的闭环迭代系统，实现数据-信息-价值的高速循环流动增值，其中包含三部分内容：
第一，产线数据在线采集与存储技术。7*24小时运行的系统会生成海量数据，数据采集存储需要考虑成本、性能，因此需要借助机器学习等预测技术有选择性地高效采集存储关键数据；
第二，海量多样性产线数据分析技术。不同设备生成大量的多模态、多维度数据，需要强大的无监督深度学习、流形学习等数据分析技术，分析出用于指导设备更新迭代的有用信息，需要提取、清洗、规范化特定数据，用于设备智能算法的更新迭代；
第三，基于数据的软件系统的快速更新与部署技术。需要建立软硬件一体的智能算法快速训练与部署平台，能高效易用地完成智能算法模型的增量更新与在线部署。三部分需要整体设计研发，完全打通，保证兼容性、易用性和高效性。
因此，需要建立数据驱动的装备设计-研发-升级闭环迭代系统，采集多样性药品备货数据、使用工况等，进行无监督深度学习，供以迭代优化调度识别控制系统，更精准服务于当前的应用场景。
于零接触式智慧药房而言，利用人工智能视觉识别算法提高药品智能复核准确度，使补药、发药做到万无一失是最为关键的。截至目前，智慧药房已实现零差错连续发药15亿盒；对患者而言，让“机器跑”、“信息跑”代替患者跑，大幅减少患者跑腿距离和等待时间的同时，更提高了其用药安全性、获得感和满意度。
融合三：依托5G+AI智能识别保障智慧医疗设备运行安全
依托5G的高速通讯与提供的海量数据配合AI智能识别算法，通过不断地对智慧药房核心设备进行高密度监测，经由图像识别、数据分割等技术，抽丝剥茧地提取设备运行的早期故障特征，建立疲劳模型后可以对运行状态进行实时分析诊断并提前预警，使得智慧医疗设备效率下降、停机等问题对医院运行机制的影响最小化。

项目的价值以及市场需求、分析市场容量
市场容量分析
随着国家对医疗卫生事业投入的加大、卫生医疗服务机构数量的增多、卫生医疗服务机构药学服务转型等多项政策的推动，中国卫生健康统计年鉴数据显示，2010年至2019年政府卫生服务支出由2565.60亿元增长至7428.5亿元。据国家统计局披露，2021年中国医疗卫生机构数量达103.1万个，较2020年增加了0.80万个，同比增长0.78%，其中医院3.7万个，基层医疗卫生机构97.7万个，专业公共卫生机构数1.3万个。预计2022年将继续保持平稳增长，数量将达104.4万个。在这其中，三级医院及社区卫生服务中心增长尤其明显，智慧药房需求将保持高速增长，市场渗透率会迅速提升。着眼逐年增长的医疗机构数量和医疗财政支出，智慧药房业务上升空间可观，以此测算国内2025年及2030年智慧药房项目的可及市场分别超80亿元和200亿元，增长潜力较大。
产品市场定位
合作伙伴提供的智慧药房整体解决方案在行业细分领域下的国内市场占有率为100%，当前以三级医院的智能化改造作为突破口，同步着手于联合行业下游经销打开下沉市场，标准化与定制化相结合的组合推广模式，进而形成阶梯式的产品定价，整套价格根据客户的需求、预算等因素不同，可满足不同规模医院的智能数字化需求，实现国产替代。
项目社会效益分析
该产品解决了传统药房人力成本高，发药时间长，期效管理、库存管理、信息化管理率低等“卡脖子”核心问题，实现药房药品从流通渠道到医院药房到终端应用环节的端到端物流管理、精益化流程和数字化监控，打通药房的信息流与实物流；实现药房管理智能化、调剂自动化及服务专业化；实现彻底解放人工、发药基本零错误率、大幅降低药房运营成本；实现机器人与自动化装备协调补发药，突破国产化智能药房基本处于半自动化阶段的瓶颈，摆脱对进口产品的依赖，填补国内空白，降低医院采购成本，推动零接触式智慧药房在国内更多落地。

商业模式
1、市场定位和开发策略、产品获利方式和发展规划
通过零接触式智慧药房的前期推广与示范应用，收集了总结经验推出了通用版智慧药房整体解决方案，可根据不同规模和特异化需求对药房进行模块定制，衍生出细分领域药房管理智能化产品，目前零接触式智慧药房整体解决方案可覆盖的应用场景不仅包括大型三甲医院门诊药房、社区医院药房，还有多台毒麻柜组合药房、智能针剂存取药房等场景。因此，本项目的成功应用更是从应用者的角度辅助聚焦了零接触式智慧药房产品未来的发展方向，如产品模块组合推广、产品布局、产品定价等方面都有了更为明晰的定位：
（1）产品采用标准化与定制化相结合的组合推广模式，形成阶梯定价以满足不同规模的改造需求。
将智慧药房的功能模块拆分进而标准化，形成阶梯式的组合定价，便于满足不同规模医院的智能数字化需求，以小步快跑模式渗透市场，主要包括三级医院、基层医院及社区卫生服务中心等。
（2）采用成本领先战略形成标杆效应，联合产业链下游经销商提升市场渗透率，占据品牌高地。
在哈尔滨医大四院搭建智慧药房整体解决方案示范应用场景，形成标杆效应辐射周边，同质优价的差异化战略反国际垄断，填补国内技术空白。
（3）同心多样化与水平多样化的策略布局新产品，赢得市场份额。
基于新产品（智慧药房）+新市场（药房智能改造需求）突破市场赢得先机，随后开展同心多样化+水平多样化相结合的增长策略，围绕智慧药房布局与现有技术有协同关系且医院有需求的新业务与新产品，如发热门诊药房、麻精药房、专科住院补发药机、静配中心等新产品。