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智能药物： 使用智能药盒改善医疗保健提醒和监控系统

摘 要

许多医疗错误是由于负责病人或老年人的药物的人每天必须处理分类大量的药片。本文包含概念、设计和创建一个药盒原型，旨在解决这个在医疗领域的缺陷，因为它有自动化整理药丸以及许多其他先进的特性，这个设备也可被以用于医院或养老院。这个药丸盒专门针对经常服用药物或维生素补充剂的患者，或可用于与患者打交道的经验更丰富的护理人员。我们的智能药丸盒是可编程的，医疗护理人员或客户能够确定药丸的数量和服药时间，以及每天的服务时间。我们智能的药丸盒里有九个独立的子盒。通过这种方式，医疗护理人员或客户可以设置9种不同的药丸的数据。当药丸时间设定时，药盒会发出声音和光源提示，会提醒客户或病人服药。应服用的警告将由患者持有的安卓应用显示。与传统药盒相比，传统药盒要求客户或护理人员每天或持续在单独盒子上粘贴好服药信息。而我们精明的药盒的使用必然能减少医护人员的使用，减少客户或病人对药盒的关注，省略很多必要的步骤。

关键词 智能药盒；物联网；医疗保健；服用药品提醒

介绍

可能有很多人需要不断的帮助，也许是我们的老人，家庭成员，或者是那些有特殊需要的人。老年人为了防止任何身体功能障碍或疾病，必须定时服用特定药物，因此也比其他人更容易受特定药物的的影响^[1][2]。

但随着年龄的增长，视力差，记忆力差，如果病人患有像阿尔茨海默病这样的痴呆症该怎么办。有些人可能会忘记正确的服药时间和服用的药物，忘记他们必须服用的药物。为了消除总是需要观察的因素，如护士或冒着错过剂量的风险，我们必须找到一个简单、便携和有效的解决方案。药盒已经存在，但大多数要么使用有限，不适合老年人，甚至有一个大的尺寸，使它不适合带到任何地方^[3][4]。

为了制造一个真正有用的智能药盒，它必须很容易地与近期广泛的全面智能技术集成。同时，它也适合老年人，凭借他们有限的知识和经验也能实现易用性。尺寸和可携带性也是我们必须记住的一个重要事实^[5][6][7]。

因此它被称为智能——它通过无线网络连接——这使它能够连接到互联网，以便于未来的应用和集成，它的区别还在于应用的是广泛的Wi-Fi，而不是蓝牙或任何其他现场通信，并消除了任何电线或有线连接的需要，确保便携性放在首位。通过同样的网络，它连接到手机，你可以设置剂量的时间间隔，并在剂量时间到来时通过多种方式通知你。此外，我们还添加了一个带有LED的蜂鸣器来发出一种物理警告，这样你就自然能记住服药时间并服用^[8][9]。

本研究的目的是建立一个智能的药物提醒和监测系统的药丸盒。当服药的时间设定后，药盒放出声光来提醒客户或病人服药。应服用的警告将由患者持有的安卓应用显示。与传统的药盒相比——要求客户或护理人员每天或一致地堆放药盒。这种模式可以帮助老年人服药。

本文的其余部分描述如下：第二节描述了问题陈述；第三节提出了老年人问题的基本概念；第四节提出了研究的主要目标；第五节介绍了过去的研究工作。第六节介绍了所提出的智能提醒系统模型；第七节介绍了研究设计；第八节提出了智能药盒的建议框架；第九节介绍了该模型的实现；第十节给出了该模型的实验结果。最后部分将给出本文的结论。

问题陈述

药片在日常生活中扮演如此重要的角色，过去几年的由于医疗忽视使用不正确的药物的案例增加，如病人的护士给病人麻痹而不是按照医生开的抗酸剂处方，导致了病人的死亡^[10]。在看到这么多这样案例的情况后，正确的人在正确的时间服用正确的药，这显然是至关重要的，否则服用错误的药或没有一次服用完可能使病人陷入多个危险——从轻微的健康问题到死亡^[11]。

其他由病人服用错误药物的病例是由病人自己引起的，特别是在老年时期。随着人们变老人体往往故障和药物的数量平均人必须达到一定年龄大大增加，根据2008年发表在《美国医学会杂志》的一项研究显示，超过40%的65岁以上的美国人，每天服用五种药物^[12]。通常它们是老年人在不同时间必须服用的各种不同的药片。对老年人来说，记录每天在正确的时刻服用正确的药片可能会成为一种具有挑战性的经历， 因为这并不像对年轻人那么容易。这一事实很容易解释，一旦人类进入老年，许多能力，如视觉、记忆力或逻辑能力，往往会随着年龄的增长而下降，这使得他们很难记住服用哪种药丸以及在正确的时间服用，记住服用或混淆一颗药丸和另一种，因为这个人可能无法区分彼此，因为他们的视力下降以及药丸 的形式和颜色的相似性。这个问题肯定会引起服药者周围人的关注，不服用正确的时间会导致严重的问题（如器官排斥患者器官移植或心脏病患者患有严重的心脏病）^[13][14]。

另一方面，在医院或养老院发现了一些与病人开的大量药片有关的问题。在这些地方，主要的工作是给病人分发正确的药丸。管理、分类和分发药片有时会有很高的错误几率，一个病人或住院医生接受了一个或多个不正确的药片。

最后，在一些情况下，服用不正确的药片是病人缺乏经验或无知。无论原因是什么，已经证明人们是有显著的风险最终吞下错误的药物或剂量。

老年疾病

A.老年痴呆症

阿尔茨海默氏症是最被广泛认可的痴呆症类型，是记忆不幸和其他智力能力问题的总称，足以干扰到日常生活。阿尔茨海默病占老年痴呆症病例的60%到80%。阿尔茨海默病并不是一种普通的成熟的疾病。最显著的危险因素是年龄的增长。阿尔茨海默氏症患者的主要人群是65岁，确诊的周期更晚。在某种情况下，阿尔茨海默氏症并不是老年人的专属疾病。大约有20万65岁以下的美国人有更多的年轻人开始感染阿尔茨海默氏症（也称为早期开始的阿尔茨海默氏症）^[15]。

B.剂量错误

构建“剂量错误”是许多药物依从性评估中不可或缺的一部分。尽管如此，很少有检查探索患者或临床医生如何概念化遗漏的剂量，错误剂量服用的关联性或错误服用导致的凶猛的程度。一般来说，患者比临床医生显示出更严格的遗漏测量的意义。55%的患者怀疑，在批准的给药时间后推迟6小时构成了一个错过的测量，通过比较，只有一个医生同意这一评估。超过 33%的患者认为对错过剂量的最佳反应是跳过该顿药，但只有大约12%的临床医生同意^[16]。

目标

该模型的主要目标将是通过设计和创建一个工具来解决上述问题，使药盒主人能够以一种简单的方式跟踪每一粒药丸，不需要训练或复杂的学习来操作设备。这个设备将是一个智能药丸分配器。 药片分配器将旨在预防医院和养老院工作疏忽，许多药片必须每天给每个病人，每个病人拥有一个设备，不仅可以大大减少错误发生的机会，而且可以很好地优化和加快护理人员/护士的工作，允许设备照顾他们的药物管理，并提示通常专用的时间段。

该设备旨在记录药丸名称、药丸数量、每片实际服用的时间和应该服用的时间。如今，有越来越多的人意识到老年人服用的药片数量，认为如此多的药片可能会对病人的健康产生负面影响。药箱的日志将有助于收集有关此事的数据。

需要确保设备是无线连接的，以便设备管理（定义必须服用特定药丸的时间，每个隔间的药物数量等等），以及可能在需要时向主人的亲属或护士发出警告（比如病人不吃药）。

在本质上，该设备必须是一个无线电子设备，要特别注意使其非常精确，因为一个错误可能会被证明是致命的。

相关研究工作

在参考文献^[17]中，提出了一种基于MCS-51微控制器的药盒；该药盒可以在预定的时间使用步进电机送药，但没有规定记录患者实际服用药物的时间。除上述缺点外，这些以前的系统的其他缺点如下：

家庭成员或患者需要手动填写药盒；这是老年人家庭成员，甚至患者的额外责任。

手动填充药盒可能会使药性很容易减弱。

在参考文献^[18]中，提出了一种智能药盒(IPB)。IPB基于药袋系统，IPB在适当的时间从盒子中发送出一个药袋。如果患 者没有拿走药袋，IPB会通过Skype通知护理人员。IPB系统改善了患者和护理人员之间的交互性，但它只有在互联网连接可用的情况下才能有效。

再参考文献^[19]中，一种名为医疗追踪器的电子药盒；在医疗追踪器中，每个盖子打开或关闭的时间被记录下来，并通过蓝牙连接传输到电脑上。然而，医疗追踪器不提供任何提醒或确认功能。

在参考文献^[20]中，开发了一种药物安全性，以避免老年人服用片剂时的混淆提出了一种具有提醒和确认功能的智能药盒。拟议的药盒可以减少家庭成员确保正确和及时消费药品的责任。因为建议的药箱包含对用户的特定时间的警报声音，实时时钟提供连续的时间作为输出。

在参考文献^[2]中，提出多学科方法实现高效和值得信赖的电子健康监测系统（2014），IOT之间的技术合并，无线身体区 域网络和云计算有至关重要的贡献在电子医疗提高医疗质量 ，基本上以病人为中心的监控发挥作用在电子医疗保健服务涉及医疗数据收集、聚合，数据传输和数据分析，整个监控生命周期和基本服务组件在设计质量和以患者为中心的监测方案以及潜在的解决方案方面存在困难和设计挑战。

在参考文献^[21]中，提出了智能药盒的设计与实施（2014年），药盒的实施提出了通过牢记老年人的问题，提供充分的用药安全性。药盒会提醒病人关于时间通过做这种药物滥用是可以控制的。

在参考文献[106]中，提出了一种利用土壤能的自供电无线环境监测系统。监测系统可以利用可再生能源的自供电无线环境，这可以有利于偏远地区的电力问题的广泛方式，在这方面，系统已经证明了将使用土壤能源与碳，锌电极。

在参考文献^[22]中，提出了基于web的智能家居监控嵌入式平台，展示了基于web监控的低成本嵌入式监控平台，该平台由分布式传感网络组成。

有关使用物联网的智能医疗保健的更多信息，请在参考文献中找到。^{[20][23][24][25][26][27][28][29][30][31]}.

智能医学提醒

医学并不总是我们现在所知道的精确科学，事实上，纵观历史，绝大多数疾病和疾病都会导致可能的死亡。幸运的是，医学在上个世纪经历了巨大的发展，从而增加了预期寿命，并有可能治愈大量的疾病和健康障碍。

药丸是医学的支柱之一，被用作直接治疗某种疾病，以确保某些医疗状况保持稳定。

我们的智能药物提醒系统是为，但不限于，帮助老年人在正确的时间和正确的数量照顾自己。据观察，人们通常忽视自己的健康，而偏爱其他事情，而不是服药。这也是他们忘记了按时开处方的原因。许多健康维护组织、卫生从业人员和医学研究 人员已经认识到，增加使用患者提醒可以显著增加对慢性疾病的治疗，并向需要患者提醒的患者提供医疗服务。

然而，许多患者，特别是老年人，没有服用正确的药物。他们要么服用过量的药物，认为这将帮助他们更快地愈合，要么他们担心医生开的处方比要求的更多，并且服用了剂量不足的药物。前者导致若干不成功的健康影响，而后者延误了对病人的治疗，在某些情况下，使疾病进一步传播，需要进一步治疗。

此外，一些病人由于太忙于日常活动，以至于他们只是忘记了服药。对于每天必须服用一种以上药物的老年患者来说尤其如此。设置闹钟是一项繁琐的任务，病人懒得一次又一次地设置。如果被问及人们什么时候吃药，许多人忘记回答正确的时间，或者记住他们是否已经服用了药。特别是老年人要面临这个问题，因为他们的记忆退化，在严重的情况下，忘记他们已经开了处方，在相同的时间内重新服用相同的药2到3次。这可能对轻药无害，但对于一些强的和浓缩的药物，它可能对身体产生进一步的有害影响。这正是我们的药物提醒系统可以提供帮助的地方。我们的系统从用户那里获取处方细节，如处方的持续时间、药物的名称、服用的时间和每种药物的服用量。在输入所有这些数据后，我们的系统将在规定的时间以移动通知和物理提醒的形式提醒用户服药。患者可以把服药留给我们的应用程序。只要服药，他们就会收到通知，他们只需要在这段时间内开处方，而不是其他时间。如果实施得当，这将大大减少由于健忘而导致的药物过量，同时也将提醒患者服药。

研究设计

提出模型的目的是能达到与同类甚至更好的品牌的比肩，达到最高质量尽可能最低的成本，同时，我们的目标的帮助是提醒病人和他的照顾者的常规剂量。我们应该寻找联系病人到他的电话，因为这是他最合适和可靠的效用，也可以做同样的家庭，亲属，甚至护士。

最后，我们要达成一些简单的目标:

定期花点时间，储存好每一片药丸。通过设备本身或移动应用程序以多种方式提醒用户。

如果没有给患者注射任何剂量，它会通知患者的亲属。

7.1 概念设计

柱盒将在两种不同的工作模式下工作： 正常模式和管理模式。

7.1.1 正常模式

正常模式是在老年人使用正常模式时的默认工作模式。此模式下，药盒保持待机状态，直到用户必须服用药丸/剂量。

一旦药片到期，药盒将通过内部扬声器和LED灯发出声音和视觉通知。这些通知将持续很短的时间，稍后将被定义（大约10秒），然后每10秒发出一次哔哔声。LED灯将保持常亮，直到老年人与设备互动并服用药丸。用户必须按下按钮，然后药盒就会自动配药，一旦按下按钮并分发药片，就会关闭所有的视觉和声音通知。

如果经过一段时间（将在稍后的设计阶段定义），用户没有按下按钮，药盒将发出无线通知，通知负责的护士/护理人员，该药盒的用户正在服用一种药物。

7.1.2 管理模式

当药箱由移动应用程序管理

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