醫用輸液監控裝置設計

王致杰，孫霞

摘要：本文提出一種基于美國德州儀器（TI）生產的LF2407DSP處理器作為控制器來實現醫用輸液的自動化及智能化的設計方法。該裝置主要通過采集三種不同的模擬信號，分別是當時輸液的環境溫度、輸液患者的脈搏、輸液滴管的流速，經DSP處理后，做出相應的動作。以實現根據當時環境及適合患者的方式進行自動輸液。同時本設計添加報警裝置，避免出現患者吊空瓶的現象。

關鍵詞：醫用輸液監控裝置；自動控制；技術路線；技術方案

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0175-02

在中國，護士與病患的配比量是超過國際通行配比量的好幾倍；這也就意味著在中國，護士的工作量大、勞動強度大。這款醫用輸液監控裝置設計恰好能解決這樣的問題，它減少了護士的工作量，同時也保證了患者在輸液時能得到最安全高效的輸液方式。現有的醫用輸液系統結構簡單，功能性不強。在輸液的過程中，護士要憑借經驗來判斷適合患者的輸液流速，不免有失偏頗。醫用輸液監控裝置設計就是在原有的輸液系統上使其智能化、自動化，減少人為因素及環境不確定因素在輸液過程中對患者造成的不適。本醫用輸液監控裝置設計能克服了一般醫用輸液系統的不足，提供了一種新型、多功能的智能控制系統。它改變了過去全憑經驗對患者進行輸液的傳統方式，防止患者為了貪圖在輸液速度上的高效而擅自改變輸液速度的情況發生；還能在最大程度上減少患者在輸液時的不適感。本設計改造結構簡單，成本低廉。醫用輸液監控裝置設計具有較高的實用性，有廣闊的市場前景，并且可以應用于所有人群。

一、系統總體方案設計

本課題為醫用輸液監控裝置設計的研究與設計，本設計的主要內容是利用數字信號處理器（DSP）、傳感器等設備，根據不同患者的需求，以達到輸液過程的自動化和智能化的目的。使用脈搏傳感器在測定好患者心跳值，在選擇合適的輸液速度后，就不再需要人為因素參與輸液過程，保證了患者輸液的安全性，本設計增加的加熱裝置是用來緩解患者在輸液過程中的冷脹感，紅外線傳感器自動監測輸液袋的液面高度變化，在輸液袋液體量為零時啟動夾緊裝置，輸液完成。本設計實現了輸液過程的自動化及智能化。

1.技術路線。當輸液工作開始，首先系統自身進行初始化以清空上一位患者使用時遺留的數據。先用溫度傳感器檢測室內環境溫度是否小于37攝氏度，如果是的話啟動加熱使溫度達到37攝氏度。溫度傳感器始終處于工作狀態，實時監控環境溫度，使溫度保持在37攝氏度恒定。完成溫度的恒定后，系統通過連續脈沖信號讀取輸液患者的脈搏數。另一路信號監測輸液袋內余留液體的數量，以紅外傳感器采集到的數據作為輸入信號送入DSP芯片內，每當有液體滴下就計數一次，當信號計數為零時，輸液結束。①確定醫用輸液終端總體設計方案；②完成醫用輸液監控裝置設計的結構設計；③確定并完成其硬件電路設計；④根據控制要求，利用DSP完成軟件編程設計；⑤設計并做出模擬系統；⑥對模擬系統進行調試和檢測。

2.技術方案。醫用輸液監控裝置，其特征在于，包括殼體、DSP處理器、金屬加熱片、透明塑料膜、紅外線傳感器、溫度傳感器、穩壓電源；殼體為空心結構，在空心結構中能擱置輸液袋或瓶；在殼體上設有DSP處理器，在殼體空心結構內的下端設有金屬加熱片，在殼體的外層覆蓋有透明塑料膜；在透明塑料膜的表面設有紅外線傳感器和溫度傳感器，紅外線傳感器和溫度傳感器設置在殼體的下端；DSP處理器分別與脈搏傳感器、金屬加熱片、紅外線傳感器和溫度傳感器連接；穩壓電源與DSP處理器、紅外線傳感器、溫度傳感器和金屬加熱片連接。殼體或是圓柱型或是扁平型的，以適應輸液瓶或輸液袋的安裝需求。在殼體的上端設有報警裝置，報警裝置與DSP處理器連接。DSP處理器采用LF2407DSP處理器。本設計的優點在于：①可以根據監測到的患者身體生理數據自動控制輸液流速，改變了醫護人員憑經驗對患者進行輸液的方式，也能防止患者自行改變輸液速度的情況；避免輸液流空形成空栓的情況，能最大程度減少患者在輸液時的不適感；②具有智能化、自動化的特點，使輸液的過程更科學化、更人性化；③可基于原有輸液設施進行改造，具有較高的實用性，具有推廣應用的前景。

3.系統實施方案。該裝置主要由殼體、紅外線傳感器、溫度傳感器、透明塑料膜、脈搏傳感器、夾緊裝置、輸液袋、DSP處理器、金屬加熱片、步進式執行器、報警裝置、穩壓電源等部分組成。

二、系統硬件設計

整個系統的主要部分包括DSP處理器、數據采集、數據存儲、實時時鐘芯片、數據通行接口及電源單元等；主板主要處理采集到的溫度、脈搏、輸液量的實時數據、記錄和存儲，同時為整個系統提供實時時鐘、電源檢測和輸出對外的信號，如對超過設定值得報警及未帶到設定溫度值的加熱。系統還提供人機交互功能，即采集到的溫度和輸液袋內的液體容量能通過LCD顯示電路顯示在使用者面前；若采集到的數據顯示未達到設定的37攝氏度，則啟動加熱功能對輸液袋進行加熱，當達到37攝氏度之后則停止加熱，加熱功能的啟動通過10號引腳向外輸出信號，使溫度始終保持在37這一適宜人體的溫度；系統還擁有報警指示燈，當加熱的溫度超過37攝氏度時，則報警指示燈閃爍，提醒使用者溫度過高，報警信號通過9號引腳向外輸出信號；輸液袋內的液體容量在輸液前就通過LCD顯示電路顯示在使用者面前，開始輸液后，利用紅外傳感器檢測每一滴液體的通過，每通過一滴計數一次，當輸液結束計數值與設定值相等后輸液過程自動結束。輸液的全過程都能及時顯示在使用者面前。

三、主程序流程

為了達到系統要實現的功能，當輸液工作開始的時候，首先系統自身進行初始化以清空上一位患者使用時遺留的數據。先用溫度傳感器檢測室內環境溫度是否小于37攝氏度，如果是的話啟動加熱使溫度達到37攝氏度。溫度傳感器始終處于工作狀態，實時監控環境溫度，使溫度保持在37攝氏度恒定。完成溫度的恒定后，系統通過連續脈沖信號讀取輸液患者的脈搏數。另一路信號監測輸液袋內余留液體的數量，以紅外傳感器采集到的數據作為輸入信號送入DSP芯片內，每當有液體滴下就計數一次，當信號計數為零時，輸液結束。

四、安裝與實驗調試

1.設計過程中前期工作。①解決各部分原理問題。②提出待解決問題。③準備電路圖紙。

2.硬件電路的調試。此部分的任務是在系統搭建完成后，調試各個組件能否正常工作，能否實現系統要求的各項功能。其步驟如下：①按照系統設計，將需要的各族組件連接好。②根數實驗說明書，了解各個組件的工作原理，著手開始調試芯片。③設定好溫度值為37攝氏度，計數個數為6000后，可以進行測試。④為了達到快速檢測系統是否實現功能要求的目的，我測試水溫代替空氣溫度來調試系統硬件設計，這樣做的效果更直觀而明顯。先取來一杯與室溫接近的水，放入溫度傳感器測出溫度，慢慢加入熱水，此時可以看到顯示數字有明顯上升，當溫度達到37攝氏度時，顯示數值不再變化，同時亮起警示燈報警。加入冰水后，顯示數值下降，加熱裝置啟動。⑤設定的計數個數為6000，當傳感器檢測到外部變化時，顯示的計數個數也隨之變化，直至設定值。