中药品质问题的物联网解决方案

■ 张如月，李卫星

（1.广州中医药大学，广东 广州 510006；2.太原城市技职业术学院，山西 太原 030027)

中药的品质直接关系着中药临床用药的安全与效果。决定中药品质优劣的因素非常复杂，产地、生产条件、流通环节、存储环境、后续人为因素、传统习俗等都会影响到中药的品质，所以解决中药在各个生产销售环节中存在的问题，是当前我国中医药领域亟待解决的疑难问题。物联网（Internet of Things，IoT）是指通过信息传感设备，根据协议规范，在物体与物体之间，物体的控制节点之间，物体与网络之间进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。其最大的便捷之处在于，物联网使得任意节点之间进行信息沟通和交换的可靠性和及时性得到了保证，为我们及时分析影响中药品质的可能因素提供了解决方向和手段。将物联网技术应用到中药产业领域，专业人士已经做了很多有益的尝试和探索，也取得了一些成绩，但是仍然存在着很多不尽如人意的地方，本文将针对这些不完美的地方做进一步的理论探讨。

一、当今中药产业中待解决的问题

（一）中药的品种

中药的品种直接关系到中药临床用药的安全与有效，是保证中药质量的前体。我国幅员广阔，物种繁多，往往来源同一资源品种的药材在不同地区使用不同的中药名，或同一名称的中药材各地使用的资源品种不同，存在同物异名，同名异物的现象，如全国以“贯众”之名药用的植物就有11科、18属、58种之多。而古代的本草典籍对于中药品种的记载较为粗略。同时，药典收载的部分中药存在一药多源即一种中药来源于2至多数不同的原植物的问题，更增加了误种、误采、误收、误售、误用的可能性，在一定程度上造成了药材流通市场上鱼龙混杂、伪劣药材蒙混过关的现象。

（二）中药的产地

不同产地生产的同一种药材，因不同气候、土壤、降雨、光照、水质、生态环境等因素的影响，其药效差异是千差万别的。中医用药临床疗效与道地药材的质量关联紧密，道地药材是指历史悠久，品种优良，产量宏丰，疗效显著，具有明显地域特色的中药材，如广州石牌产的藿香、广东新会产的陈皮、江苏太仓产的薄荷、江西清江产的枳壳，以及“四大怀药”和“浙八味”等都是著名的道地药材。道地药材作为一个约定俗成的古代药物标准化的概念，既是一项辨别优质中药材质量的综合标准，也是一项控制药材质量的综合判别标准，因此，确保医药市场上流通的道地药材来源的真实性是控制临床用药疗效的关键。

（三）中药的栽培

中药栽培过程中植物的生长发育与栽培技术影响中药材的质量，是中药质量的源头问题。在植物生长的不同阶段，药材活性成分的积累与有效成分的分布都存在差异。对于多年生药用植物，有效成分的含量亦会随着生长年限而变化，如一至四年西洋参产量和总皂苷的含量随生长年限的增加而增加；而一年生柴胡的柴胡皂苷含量远高于二年生的柴胡。此外，植物生长过程中光照、水分的影响，肥料、微量元素、激素或生长调节剂的干预都是影响中药质量的重要因素。近年来，随着生态环境等问题的日益严峻，由于药材栽培中存在土壤及水质等生态环境遭到污染造成的中药中农药残留量和重金属含量超标的问题已成为目前亟待解决的问题。

（四）中药的采收

民间有采药谚语：“春采茵陈夏采蒿，知母、黄芩全年剖，九月中旬采菊花，十月上山采连翘。”中药质量的好坏取决于有效物质组成及含量的多少，而有效物质组成及含量的高低与采收季节时间及方法有着密切的关系。槐花中芦丁的含量在花蕾期可达28%，花期则急剧下降；甘草中甘草酸的含量在生长初期为6.5%，开花前期为10.5%，生长末期为3.5%。所以适宜时间的采收可以确保及提高中药的质量。在药材采收时应综合考虑药材产量、有效成分含量、毒性成分含量等，以确保疗效最大化的同时毒副作用最小化。

（五）中药的贮藏

中药品质的好坏不仅与采收加工有关，而且与药材的贮藏保管是否得当有着密切的关系，不合理的贮藏方式会造成不同程度的变质现象，影响药材有效成分含量，降低质量和疗效。在中药的贮藏保管中常发生虫蛀、霉变、变色、走油、风化等变质现象，严重影响中药的品质和临床疗效。在中药的贮藏保管和变质防治中，除防治霉变和害虫外，中药贮藏仓库的管理极其重要。依照《药品经营质量管理规范》，应建立严格的日常管理制度，经常检查，确保干燥、清洁、通风，堆垛层不能太高。应即时监控外界温度、湿度变化，及时采取有效措施调节室内温度和湿度。此外，药材放入仓库前应详细检查有无虫蛀、发霉等情况，并根据药材本身的特性分类保管。

（六）中药的囤炒

随着商品经济的发展，在药品市场中存在一定的垄断炒作的现象，严重威胁药品市场的规范健康运转与中药质量的保证。中药材与生鲜农产品一样与民生息息相关，但的不同之处在于其在适当的温度下能够贮存较长时间，具有一定的囤积空间。如三七等名贵药材，其总产量不大，遇到旱涝等自然灾害，极易出现供不应求，少数有一定经济实力的公司或个人就可以轻易囤积居奇以牟取暴利，造成药材价格暴涨，破坏中药材市场秩序，进而导致假药的泛滥。

二、现今的物联网发展状况

（一）物联网现状概述

物联网技术作为重要的第三信息技术，是在计算机技术和互联网技术后的一项重要技术。物联网技术最早于1999年在麻省理工学院被提出，2005年开始普及，在2009年获得快速发展。之后搭载计算机技术、感应技术以及智能化技术在各个经济发展领域发挥的作用越来越重要。

物联网有多种解决方案（见图1），从5G到LTE，从EMTC到NBIOT,每种解决方案都有其适用场景和优缺点。

图1 物联网的多种解决方案

5G网络的终极目标是提供移动超宽带、紧急通信和万物互联三大应用服务。但是无论是从3GPP的规范看、还是中国的行业标准看，中国目前的5G网络只能提供移动超宽带服务，并不支持万物互联业务。所以我们只能从现有可用的物联网解决方案中选择最佳解决方案。

现有的物联网解决方案根据使用带宽的不同分为宽带物联网和窄带物联网。这两种解决方案从响应速度上看，宽带物联网完胜窄带物联网。但是从成本、覆盖范围、能耗等方面则是窄带物联网占优。尤其是三大运营商采用的NBIOT，中国对其的知识产权和专利占比较高，所以本文专门讨论NBIOT作为物联网对中药物流问题的解决方案。

NBIOT有四大技术特点：低功率、大连接、广覆盖、低成本。其中广覆盖是通过反复重发获取发射增益的，所以不适合需要响应速度较快的场景。而大连接则是低成本的的有力保证，但需要二次唤醒，也降低了终端的响应速度。但是低功率、广覆盖、大连接这三个特点都有效地降低了应用成本，而低成本这一特点在商业应用中是非常重要的。

（二）物联网架构

物联网的网络架构一般可以分为4层：传感层、传输层、信息存储层和分析应用层。传感层感知外界环境、采集外界信息，例如温度、湿度、空气质量；传输层是用来传输感知层采集到的数据，以实现物联网内部信息互通和集中管理；平台层用来存储传输上来的信息数据，通过运营商或者厂商数据，进行数据整合；分析应用层是结合大数据分析和后台处理的关节节点，也就是各种具体的应用场景。

由于我们直接采用三大运营商提供的现成解决方案，我们将网络结构简化为下面三部分：（1）NBIOT传感采集设备——经过现场验证的解决方案，具备适用性和可靠性；（2）运营商提供的NB网络——经过现场验证的解决方案，具备适用性和可靠性；（3）应用厂商的应用平台——硬件解决方案具备适用性和可靠性，但应用软件部分需要开发和定制。可以看出，采用NBIOT物联网解决方案，技术难度是较低的，大部分都有现成的、经过现场实际应用验证的解决案例。真正需要投入开发的只有针对性解决方案部分。

三、现有物联网对中药领域问题的解决方案

在现有的中药领域的物联网解决方案中，主要使用的技术包括：RFID、信息采集设备、信息传输网络、GPS系统。例如，利用RFID的电子识别ID,解决道地药材的身份准确性问题；采用RFID添加必要信息解决配料的准确性问题；采用信息采集设备解决生产流程的准确性问题；采用GPS系统解决流通环节的溯源可靠性问题。

我们进一步将影响中药品质的问题对应总结为四大类：地理位置不清晰；生产条件的易变性，包括温度、湿度、生产周期等；运输和保存过程中的条件，例如温度、时间；人为因素。物联网对这四个问题，已经有成熟的解决方案，需要我们做的只是简单的方案迁移使用：例如共享单车方案可以提供现成的地理位置识别问题；智慧农业方案可提供温度、湿度的信息采集；智慧冷链物流解决方案可提供温度和时间的信息采集。而人为因素的解决并没有太好的低成本解决方案。

四、现有物联网解决方案中存在的问题及改进建议

（一）问题分析

1.RFID可以保证其携带内容的正确性，但并不能保证该RFID和实际物品的一一对应关系，换言之可以把一个真实的RFID与一个假的药材对应起来。

2.GPS可以保证其携带的轨迹信息是正确的，但在轨迹正确的情况下也可能出现人为替换药材的情况，也就是说轨迹正确并不能保证物品真实。

3.信息采集确实保证了药品生产的品质稳定性，保证了存储条件的正确性，但是这一正确信息也可能嫁接到假冒的药材上去。

（二）解决方案

RFID+信息采集+区块链+全流程指纹库，四者一体化。全流程指纹库，指的是利用大数据技术，建立标准的生产流程相关特性数据库。如果某个药品的全流程采集信息与标准指纹库出现较大偏差时，需要进行人工核查。而在此过程中，每一个RFID对应的任何操作，都将被信息采集装置自动获取并上传到后台应用中心，并用区块链技术加密。例如从药品的生长阶段，我们即对该药品进行RFID标示，期间的生产信息，例如浇水、施肥、除草、温度、地理位置、周期等均被采集设备自动采集并上传到应用平台，同时采集设备自动对RFID采集匹配替代现在常用的人工指定匹配。后台在收到全部信息后，开始进行数据分析、匹配、加密处理，并与指纹库进行比对，例如，我们发现信息采集过程中出现中断或缺失记录，或者采集时长与指纹库中的标准时长明显不同，则需要我们进行现场抽检。例如在药品的运输过程中，GPS虽然正常，但在某一处停留时间过长，或者采集设备提示包装箱有开箱的情况，则需要我们进行现场抽查。因为后台信息存储采用了区块链技术，所以从理论上杜绝了虚假信息的可能性，从而保证了溯源的可靠性，当任何一个环节出现问题时，我们都可以做到真实溯源，查明原因。

针对囤积药品造成货源紧张的情况，物联网结合大数据分析，可以在早期就发现囤积苗头，尽早处理，避免人为带来的药品质量下降。在囤积现象发生后，也可以对整个的囤积流程进行追查，处理相关责任人，避免问题的二次发生。