中药智能制造的发展与展望*

王莹，肖莉，陈伟，晏峻峰

（湖南中医药大学信息科学与工程学院，湖南 长沙 410208）

中药传统制造主要是指依靠传统中药炮制技术提高药物疗效，将中药制成临床使用的中药饮片。中药炮制产业在我国有着悠久的历史，中药可以根据中医处方直接入药，或者经过炮制充分激发药性、减少毒性后再入药。中药炮制工艺复杂，因此在中国传统制药行业占据重要地位[1]。随着高新技术的发展，与人工智能相结合的新型中药制造业成为新的发展方向。本研究通过深入研究传统中药生产企业生产设备和饮片质量问题及相关人才缺失现象，探讨中药饮片生产与人工智能结合的必要性和发展前景。

1 中药传统制造产业发展现状

中医药文化是中国传统文化的绚丽瑰宝，其中蕴含着大量可创新及与现代社会接轨的节点。近年来，随着“健康中国”战略模式的迅速发展，以及为促进中国医疗产业更好、更快发展战略的出台，中国医疗产业出现了新的发展机遇。与此同时，与中药行业息息相关的传统中药制造行业受到严峻挑战，如资源配置高度分散，产品质量影响因素众多，自动化生产困难重重，以及需求个体差异较大等诸多问题有待解决。为实现中药产业的现代化发展，推动中药走向世界，中医药制造产业须向信息化、智能化方向发展。

1.1 饮片生产 中药是中医临床治疗的基础。中药安全性和有效性直接决定着患者生命的安全及中药产业的发展。作为中药汤剂的原料，中药的种植、加工炮制对汤剂的质量有决定性作用。目前，中药生产环节存在质量问题[2-6]，针对这些问题，国内学者已开展广泛探讨，主要集中在中药饮片质量监管及标准建立[7-11]，制药企业存在的问题分析及管理建议[12-14]，以及中药行业发展现状及政策[15-17]等方面。但根据相关的统计分析，随着中药市场的不断扩大，中药饮片的需求持续增长，但目前中药的来源更多地来自人工种植，导致了中药品质的下降[17]。此外，中药饮片的质量很大程度上取决于中药的炮制技术，中药炮制人员缺乏专业知识，可能会出现净制不到位，饮片切制不合格，炮制方法错误等一系列问题，导致饮片质量出现纰漏。以葶苈子炮制为例，现代炮制品主要以炒葶苈子为主。《中华人民共和国药典》规定葶苈子的炮制标准仍然是以色泽和气味来判别[18]。这要求炮制人员具有丰富的经验和深厚的专业知识。因此，要实现中医药事业的长远发展，需要从根源上解决中药饮片在生产质量上的诸多问题。

1.2 生产设备 如今，我国传统制药业发展缓慢，大多数企业自动化水平有限，处在标准化有待完善的阶段[19]，而且药材产地加工和炮制加工一体化重视程度不够。所使用的大多数工具都是相对简单的电子仪表或指针式仪表。这些设备的自动化程度和标准化程度相对较低，需要手动操作和手动记录，降低了生产效率并带来较大的主观性问题。此外，一些中药饮片企业由于成立时间较长，存在着占地面积不足、原设计生产流程和布局不合理、部分厂房和设施陈旧等情况。此外，净化空调系统运行记录不完整、地磅校验证书更新不及时、自动包装机仪表校验不及时、检测数据未及时审核、部分检测工具损坏未及时修理等问题也有待解决。同时，中药制药行业设备标准化问题有待解决，而且药品质量参差不齐，不同企业的制药设备性能差异较明显[20]。

1.3 技术人才 为了保证中药饮片质量和从业人员专业素质的提高，在中药的栽培、采购、加工及检验等环节均需要专业人员参与到整个产业链中，同时这也是解决中药饮片质量参差不齐的关键。传统的中药生产陷入了“后继乏人，后继乏术”的困境，如现阶段中药传统生产行业人员教育水平较低、专业背景和专业知识缺乏，限制了工业质量的提高。此外，中药加工已从传统的师承制度转变为以扎实理论背景为基础的高等教育制度指导的教育模式[21]。后者虽较前者有更广阔的知识面和扎实的理论基础，但相对传统而言缺乏实践。实际上，毕业后从事相关职业的人数也相对较少。此外，中国传统医药加工业存在加工环境混乱及薪资水平低等问题，导致业内缺乏具有工匠精神的专家。资料显示，目前我国从事中药饮片炮制行业的专家不足50人[22]。由于继承事宜没有得到有效解决，随着一些资深技工的退休，这些经验和出色的处理技术无法得到有效传承。这使某些实用的炮制技术陷入了失传的困境。

2 结合人工智能的中药产业发展预期

随着信息社会的到来，人工智能技术的飞速发展，计算机的远程处理功能及算法更新，以及计算机硬件创新，将先进的人工智能技术与中药传统的制药业相结合已成为必然的发展趋势。中药智能制造借助物联网技术、数据挖掘技术、传感器技术、深度学习等信息技术实现了信息化与工业化的深度结合，实现了人工智能与传统中药制药的完美结合，实现了生产过程中对原材料、工作人员和生产流程的实时监督和生产设备的智能化调度。（见图1）中药智能制造能保障工作人员的安全和工作流程的规范，从而推动中药产业的发展。

图1 人工智能技术在中药制药人员管理中的应用

2.1 智能制药的药材产地加工 2015年“30种中药饮片产地加工与炮制一体化关键技术规范研究”被国家中医药管理局批准。中药原产地加工具有鲜明的优势，可以提高中药饮片的生产效率，降低生产成本[23]。药材产地加工可缩小药材体积，使药材更适于运输和储存。而且对于质地较硬的药材，与干燥处理后再经润后切片比较，原产地加工的鲜药切片更为便捷，克服了传统切制的某些弊端。将产地鲜药切片与人工智能结合起来，通过加工炮制设备、机械化工作降低人力成本，可减少饮片厚度不一、碎片过多等情况的发生，极大地提高药品品质。

2.2 智能制药的“视”“嗅”结合 中药产业链生产跨度大，从中药材的种植到中药炮制再到临床制剂，这个过程存在着大量的知识运用和以人为主体单位的信息传导。分段式技艺布局形成的信息割裂使得大部分数据分散分布，形成“信息孤岛”[24]。而且中药的生产过程是一个动态变化的过程，生产过程中存在大量的关键节点参数盲区[25]。这些问题可以通过图像处理技术与中药制造方法相结合来解决，如：使用图像传感器技术，通过光学成像系统收集中药原料图像数据，然后使用图像采集卡将光学图像转换为可分析的数字图像。由于制作中药时需要注意不同类型的物料，因此图像传感器必须快速、灵敏且稳定。而且在选择图像传感器时，须考虑到客观环境因素，如：布置传感器在中药生产过程中的位置，以及数据清洗对图像数据质量的影响。

机器视觉主要是通过图片来识别、判断药品品质的优劣，对于小部分主要依靠气味、质感等信息鉴别品质优劣的药物而言，嗅觉技术和触觉感知技术的应用更为重要。周华英等[26]利用仿生嗅觉技术检测不同产地枳壳气味信息，建立的枳壳气味指纹图谱，为其质量检测提供了思路；ZHANG H J等[27]利用电子眼和电子舌区分陈皮中的功能化合物——黄酮类化合物和精油成分在4种不同的膳食制备方法下的效率，为陈皮消费的有效饮食指导提供了重要依据。在中药生产过程中，将图像传感技术成熟应用到实际过程中，不仅可以实现物料加工的信息化，还可以实现仓库建设的三维建模，使中药饮片加工过程实现数字化管理。

2.3 智能制药的药材质量检测 在人工智能进行中药饮片质量检测方面，主要检测手段一般分为“辨形”和“辨色”。侯青等[28]通过统计阈值分割后叶片中的气孔数，为叶类中药视觉检测提供了有力支持；李震[29]提出结合药材的纹理和颜色形状等特征对槟榔、苍术、地榆、甘草、黄芪5种饮片进行识别，可以达到98%的正确率；FATANIYA B等[30]通过图像分割和特征提取，利用SVM算法对甘草和大黄两种易混淆饮片进行辨别，取得了较好的分类效果。研究表明，中药的纹理、色泽与其含有的有效成分息息相关，不同产地、采收期的药材色泽差异可以通过视觉检测技术明显体现出来[31]。计算机视觉分析可以协调许多因素，如颜色、形状和纹理，并且可以智能地代替人工劳动。用于传统中药制造业的大多数设备是电子仪表或指针仪表，须手动操作和记录。人工智能和视觉技术，可以减少人工成本，避免人工读数引起的错误，而且通过视觉技术检测中药生产装备中的履带，获得各项视觉参数，可以实时监视设备的运行状况，为企业节省能源并防止事故发生。因此，人工智能技术适用于多种中药的生产和检测，可以弥补人工质检的不足，保障员工安全，并实现产品质量的完全可追溯。

3 结语

传统中药制造业存在一系列问题有待解决，因此人工智能技术与中药制造业的结合为产业发展的必然趋势。2020年发布的《道地药材汇编》对每一种道地药材的历史沿革、基原、道地产区、性状鉴别等进行了梳理和界定，这在最基础的层次上对中药质量标准作了界定，为后续的智能化中药制药奠定了良好的基础。目前，我国中药智能制造的研究尚处于起步阶段，仍需要大批专家和研究人员对该领域关注和研究。相关行业的从业人员也应进行规范化培训，提高专业素质与水平。相关企业应在加强人才培育基础上更新仪器设备，逐步实现从业人员专业化、仪器设备机械化、仪器设备智能化。中药制造业应大力发展道地药材生产基地，构建规范性的饮片培育基地，在现有的技术基础上加强仪器的智能化、信息化改造，实现智能化制药，保障中药饮片质量，更好地服务于临床，为人类健康事业做出贡献。