基于图像式条码识别技术开发自动化血液制品出库工作站

傅钰斌 曾四海 汪传喜

血液制品的仓储出库管理是采供血业务的重要环节，是连接血液采集、检测、制备、供应以及医院血库的枢纽，对临床用血的安全和供应起至关重要的作用。针对血液仓储管理的特殊性以及临床用血缺口，研发新型自动血液制品出库工作站，解决制品生产效率低、质量难以靠人工化保证的问题，有效保证血液安全、提高出库效率、降低成本和周期，有利于提升临床用血保障能力。本设计采用物联网、图像式条形码识别、机械结构、数字化管理系统等技术。基于图像式条码识别技术开发的血液制品出库工作站的设计方案适合血液系统日常工作需要，能实现对血液制品血液制品的仓储出库管理更科学、更系统、更可追溯，进一步提高血液供应的安全和效率，从而缓解临床用血供应和需求之间的缺口，并在突发公共卫生事件下提高血液应急保障能力。

1 研制基于图像式条码识别技术开发自动化血液制品出库工作站的背景

临床用血供应和需求之间的缺口日益巨大，对血液供应的安全和效率都提出了更高的要求。随着医疗科技的飞速发展、卫生体制改革持续推进，我国临床用血需求逐年上升[1]。由于血液制品的环境敏感性强、保存条件特殊、追溯需求大等特性，其出库供应环节集中了血液质控各节点的主要矛盾，需要高质量、高效率的高科技保证。然而，我国采供血机构的血液制品物流体系及仓储管理，在自动化及信息化方面的发展比较滞后，无法满足现代临床用血供应的需求。以广州血液中心为例，2019 年发出675 804 袋合格血液制品，供临床使用。每周工作日的日发血量不少于2 500 袋，周末及节假日的日发血量在400～500 袋[2]。贮血发血部门员工人均工作量位列全国前列。

人工化程度过高，容易造成血液质量的波动，全国各地采供血机构的血液质量差错偶有发生。目前，广州血液中心的血液仓储出库管理停留在人工包装、分拣和发放的阶段，耗费的人力物力相当高。采用人工扫描血液制品条形码的方式对血液制品进行出库的管理，已日渐不能满足日常工作的要求。由于日常发出血液制品量较大，工作人员在日常工作中存在劳动强度高、血液制品出库效率低、工作压力大，易发生差错等问题。多数工龄较长的工作人员普遍出现不同程度的骨骼、肌肉劳损等职业病症状。在应对自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件等突发公共事件中，目前的血液制品出库管理模式对医疗机构进行血液保障显得十分落后，有必要采用先进的方式和设备进行改进和升级，以弥补存在的不足。

智能化出库工作站设计的出发点是促进血液的采集、制备、检测、贮存和发放的良性循环。目前，采供血机构出库业务的智能化程度低主要表现在自动化程度低和信息化程度低。各环节对储存环境的监控的自动化水平比较低，血液分拣、出库以手工为主的管理方式，几乎都没有完善的信息管理系统和基于全程冷链的物流管理平台。各环节应用各自的独立的物流管理方式，无法对各环节进行综合的跟踪、预警和追溯[3-5]。

目前单位实行分组轮班制，对传统的人工化分拣发放血液制品工作提出了新的质疑和挑战。由于人手不足，劳动强度过度，血液发放质量问题发生率明显升高。因此，为解决这几个问题，研发一种能够实现高出库效率、体积适宜的自动化、智能化、一体化的血液制品出库工作站，具有十分重要的现实意义。

2 血站使用的条码识别技术的现状

条形码技术作为一种自动识别技术，是迄今为止最为经济实用的一种自动识别技术，它具有输入速度快、可靠性高、采集信息量大、灵活实用等优点，目前已被广泛用于工业、商业、图书出版、临床医疗等各行各业。我国采供血机构从20 世纪90 年代末，开始引进、开发、使用计算机管理系统和条形码技术（主要采用一维条形码技术对献血员身份信息识、血液制备过程信息、血液检测信息进行识别管理）对采供血全过程进行闭环管理[6-9]。

目前我国采供血机构对一维条形码识别技术基本是采用光电识别技术，是采用激光器扫描条码的形式，通过黑白区域反射的光波不同，用光电传感器将光信号转换成电信号，然后通过整形电路将模拟电信号转换成数字信号，最后翻译成对应的数字及字符信息。通过该方法识别需要确定条码的起始位置、结束位置和扫描方向等，需要人工对准，自动化的程度较低。因光电条形码扫描器技术非常成熟、成本低廉且自动识别率能满足基本的录入要求，所以现阶段在应用仍处于主导地位，但该种条形码识别技术对有污染、破损的条形码识别能力差,要达到理想的识别效果对条形码印刷质量要求较高[10]。

3 图像式条码识别技术在血站日常工作中应用的优势

近年来，随着数字图像处理技术的发展，二维条形码的出现，以及在一些特殊应用场合,比如处理污损的条形码的需要，图像式条形码识别技术应运而生。图像式的条形码识别系统首先由图像采集装置采集有复杂背景的条形码图像，而图像采集装置主要是电荷耦合器件（chargecoupled device，CCD）图像传感器或互补金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor，CMOS）图像传感器等设备，然后利用图像处理技术进行条形码图像的去噪和分割处理，最后调用读码模块，读出条形码值并显示识别结果，在识读污损条形码方面图像式识读器更具优势[11]。

通过进行对比试验发现光电式条形码识别技术和图像式条形码识别技术，在识别条形码时间、扫描条形码效率、对条形码印刷质量要求等方面图像式条形码识别技术优于光电式条形码识别技术。综合多方面研究，从技术上分析图像式条形码识别技术具有发展成熟度高，条形码识别灵敏度高、识别时间短等技术优势，尤其是图像式条码识别技术对条形码图像的去噪和分割处理的优势，在识读污损条形码方面较光电式条形码识别技术更强。因此采用图像式条形码识别技术作为新型自动化血液制品出库设备的核心技术，符合目前条形码识别技术的发展方向。

4 基于图像式条码识别技术开发自动化血液制品出库工作站设计方案

图像式条形码识别技术、自动化输送设备技术和计算机控制技术为核心的三大技术，在物流运输、仓储管理、粮食储备、零食等行业应用以日渐广泛，具有技术先进、成熟可靠等优势，因此采用上述技术设计和开发自动化血液制品出库工作站具备可行性和可操性[12-13]。

4.1 工作站计算机控制模块

用于控制条形码识别、数据采集和处理、传输条形码数据信息、接收广州血液中心血液管理系统信息反馈、控制工作站传送带运转、控制机械臂工作。

4.2 血液制品输入输出端机械模块

为血液制品输入和输出通道，结构是传送带。其作用主要是传送血液制品，是将血液制品从入口端传送至出口端的一种机械装置。传送带的结构简单，其宽度大小适中、能满足各种类型血液制品的出库需要。主要结构由驱动装置、传动装置以及张紧装置组成。驱动装置是传送带的动力源，由电动机、减速器以及联轴器组成；传动装置主要由输送带、托辊、传动滚筒和换向滚筒组成；张紧装置是用来调节传送带的松紧度的。张紧装置能够保证输送带有足够的张力，使滚筒与输送带之间产生必要的摩擦力，还能限制输送带在各托辊之间的悬垂度，确保输送机的正常运转。驱动装置通过联轴器与传动装置上的传动滚筒连接，当电动机转动时，经减速器降速后，再由联轴器带动传动滚筒转动，当传动滚筒转动起来后，便能通过传送带上的摩擦力传送血液制品。传送带的始端和末端，分别安装光电传感器，起位置检测作用。

4.3 条形码识别扫描模块

主要分为两部分，分别是图像采集模块和条码检测识别模块，图像采集模块由安装在支架上安装数台工业用高级彩色/单色变焦全景相机在LED 照明扩展单元组成，支持人工控制摄像机获取实时图像。

条码定位译码模块能够在采集到的图片中，排除复杂背景的干扰，准确定位条码并进行倾斜和透视失真的校正。然后二值化后进行识别获取条码信息，并将采集到的信息数据通过网络通信模块传输数据至广州血液中心血液管理系统。条码识别扫描模块结构见图1。

图1 条码识别扫描模块结构示意图

4.4 声光报警系统

由蜂鸣器、红绿警示灯组成。当血液制品数据采集正常且符合发出标准时，显示绿灯；当血液制品数据采集异常或检测到该血液制品不符合发出标准时，蜂鸣器报警、红灯闪烁。

4.5 机械臂

结构为机械伸缩杆，用于将出现异常状况的血液制品推离条形码扫描区。

4.6 隔离区域

使用柔性材料作为内衬的箱型容器，用于收纳出现异常状况血液制品。

4.7 网络通信模块

对外传输和接收数据信息的通讯设备。

4.8 配套办公设备

包括显示器、出库单据打印机、台式计算机等办公设备和文具收纳装置。

4.9 设备主要数据

尺寸：（长×宽×高）不超过2 m×0.9 m×1.8 m；血液制品扫描速度：＞60 袋/min ；电源规格：220 V、50/60 Hz、2 KVA。

4.10 血液制品出库工作站结构示意图

基于图像式条码识别技术开发自动化血液制品出库工作站结构示意图、正面示意图、侧面示意图、俯视图，见图2～5。

图2 自动化血液制品出库工作站结构示意图

5 基于图像式条码识别技术开发自动化血液制品出库工

作站操作流程

图3 自动化血液制品出库工作站结构正面示意图

图4 自动化血液制品出库工作站结构侧面示意图

图5 自动化血液制品出库工作站结构侧面示意图

工作人员将血液制品放置于输入端入口，电机驱动皮带和滚轴组件将血液制品运输至条形码扫描区；扫描区内设置数台工业用高级彩色/单色变焦全景相机，对血液制品上的原始码、成品码、产品码进行高速拍照采集图像，采集所得条型码图像通过软件处理后，数据自动录入广州血液中心血液管理系统；血液管理系统对数据信息进行比对，作出数据信息反馈，符合发出标准的血液制品，通过皮带和滚轴组件输送出扫描区进入血液制品输出端，通过输送轨道直接放入送血箱。血液制品出库操作完成后，工作人员进行核对，无误后，进入血液管理系统确认，打印单据。

若出现血液制品上条形码未能在扫描区域识别、采集图像或血液管理系统数据信息反馈该血液制品不符合标准发出，工作站声光系统将自动发出警报，同时自动暂停输入端工作；工作站系统自动操作设置在扫描区附近的伸缩臂，将异常血液制品移出扫描区，进入隔离区；异常血袋移出后，工作站自行恢复工作。工作人员从隔离区取出异常血液制品，进行人工复核。

6 基于图像式条码识别技术开发自动化血液制品出库设备的意义和应用前景

我国各地采供血机构、科研、生产机构尚未有研发、生产自动化血液制品出库设备的项目和产品。采供血机构对自动化血液制品出库设备有实际的需求，同时设备的研制使用规范、操作流程存在空白，急需要论证和填补，因此研制自动化血液制品出库设备具有积极的现实意义，同时将产品和研发经验向全国采供血机构推广和应用，从而达到提升全国采供血机构血液制品出库管理水平的目的。

针对临床用血安全和血液应急供应两个社会焦点问题，该项设计的应用能有效提高血液供应的安全和效率，缓解临床用血供应和需求之间的缺口，有效保障医疗卫生事业的平稳发展，以及在突发公共卫生事件下保障社会整体和谐稳定。新型自动化血液制品出库设备具有在其他行业应用潜力和市场前景。只需对自动化血液制品出库设备外观设计、控制软件、操作流程进行适当的调整和修改，即可衍生出适合快递物流行业、医药行业、应急物资储备仓库等行业、单位的仓储物资自动化出库产品[14-15]。

自动化血液制品出库设备的研发是基于物联网的图像式条形码识别技术、自动化输送设备技术和计算机控制技术的融合，实现血液制品出库的高度自动化、智能化、一体化。其研究是应用技术和创新结构，以智能系统取代传统的人工扫描的方式，实现各类血液制品连续出库，满足目前乃至未来一段时间全国采供血机构的日常工作需要[16-18]。

实现对血液制品出库过程中采用自动化、机械化运输，能有效降低工作人员的劳动强度，维护工作人员的身心健康。自动化血液制品出库设备对于中等规模以上血液中心，中心血站具有很好的实际应用价值。它具有良好的发展前景，能从技术手段上最大限度地保证患者用血安全，还能促进全国采供血事业向自动化、数字化、智能化方向发展。自动化血液制品出库设备对血液制品进行智能化出库管理，能有效弥补人工操作的的缺陷，减少不必要的人为失误。实现对血液制品血液制品的仓储出库管理更科学、更系统、更可追溯，进一步提高血液供应的安全和效率，从而缓解临床用血供应和需求之间的缺口，并在突发公共卫生事件下提高血液应急保障能力。