智能輸液護理系統設計

宮曉陽 紀光洋 姜 鑫 郭 廓 王岳齊 曾實現

青島黃海學院 山東 青島266427

引言

該設計在原有的醫療系統上進行改進,增加并優化了相關功能,改善了輸液治療質量,實現了輸液門診過程可控、可追溯的精細化管理。本項目利用光電設備檢測輸液管中的藥液是否有剩余,以判斷瓶內藥量并準確發送信息;分機再通過無線傳輸向總控制室的主機發送患者信息,主機接收并顯示病人的狀態。輸液完畢時,發送當前狀態的信息并語音播報“XX號輸液完畢”,從而實現主機對每個患者的信息進行時時監控并處理突發事件,達到真正的無人監護和可控調節,還對醫院的整體系統做出了調整和擴展。

1 系統方案

本設計包括控制部分、供電系統、檢測部分、語音播報部分、一鍵呼叫部分、數據傳輸部分、中控數據顯示部分。

主旨在于如何使人們的生活更加舒適,為人們的生產生活提供更大的便利,項目針對醫療衛生系統做出一系列改善,極大程度上實現了衛生醫療中輸液的智能化。自動監測及報警作為研究對象,無論是從其使用條件及使用范圍,都有其可調控性,適用性強。在科技飛速發展的今天,人們更加需要新型的醫療系統,本項目不僅解決了醫院所面對的問題,也更加突出其以人為本的特點。在醫療技術方面凸顯了其無人監護,可控調節,系統可擴展等優越性。

擬解決的關鍵問題:

(1)針對輸液藥品的規格和顏色不同如何完成準確檢測;

(2)雙檢測系統傳感器選擇及硬件電路設計;

(3)單片機數據采集及通訊;

(4)語音模塊播報對應功能設計及系統兼容;

(5)中控數據平臺界面設計。

2 工作流程

在系統開始運行時,重力傳感器和光電傳感器檢測輸液系統液面,在藥品充足情況下,裝置始終執行正常檢測程序,當重量傳感器檢測到此時重量低于設定值時,同時光電傳感器檢測,是否液面低于設定,若二者條件滿足,數據傳輸中控系統,蜂鳴器報警,提醒更換藥物。也可以主動按鍵呼叫中控。

3 硬件設計

采用STM32單片機控制。STM3 單片機具有集成度高,體積小的特點,同時單片機運行時可靠性高、控制功能強,目前市面上常用ST M32單片機作為生產便攜式產品的主控芯片,同時可以通過外部引腳進行功能拓展功能、性價比極高。

3.1 電阻應變式稱重傳感器 電阻應變式稱重傳感器由電阻應變片、彈性體和內置檢測電路構成。外力使得傳感器產生彈性變形,進而形變引起阻值變化,裝置內部測量電路測量處理把形變產生的電阻變化等效轉換為電信號變化。重量檢測原理,可以等效為惠斯特電橋,該電橋電路對于檢測電路中的溫度和側向力做到很好的抑制變化,有效解決了傳統重力傳感器的補償問題。

3.2 重量檢測電路設計 重量檢測電路設計需要將傳感器變化的數值通過專門的A/D轉化芯片與單片機通訊。采用24位A/D 轉化芯片HX711。該芯片的控制信號通過單片機程序驅動管腳輸入。內部雙通道,通道A、B都有可編程增益為128或64,用于系統參數檢測。外部傳感器和芯片內的A/D轉換器芯片的供電由內置穩壓電源向提供,無需額外電源接入。

3.3 液面檢測 液面檢測采用電阻式應變力傳感器組成的重量測量裝置和專用的非接觸式液位傳感器相結合。應變式重力檢測,是目前市面上大多數稱重和測量質量的主要方式。測量原理是基于電阻應變效應,通過傳感器的形變,導致電阻值相應發生變化。液位感應器內部獨特電路設計,通過高速信號處理芯片對采集信號進行準確處理,突破容器的壁厚,消除影響誤差,完成了真正非接觸檢測輸液管內藥品的檢測。利用光電設備對藥液進行監測,可以準確地判斷出輸液是否完成,向監控設備發送輸液完畢的信息?，F在絕大多數醫院里都是人為的進行看護,耗費大量人力資源。使用該設備能使人力資源得到節約。由于該設計利用光電設備進行檢測,不會對藥液造成污染,安全可靠。

3.4 中控系統顯示界面 中控系統的顯示界面采用串口智能電容屏。串口電容屏相較于普通OLED 屏幕相比,程序設計和UI界面設計巧妙結合,簡單易上手,顯示的畫面質量也更勝一籌。內置腳本控制性內核,獨立互動式人機界面不需要主機端干預,且響應速度更快,具有良好的可移植性。

3.5 語音播報 語音播報采用TTS-SYN6288語音合成模塊。該模塊主要亮點為清晰、自然、精確?？梢赞D換B1 G5、GBK、GB2312 格式成語音播報外接出3.5 5 mm標準音頻口可選擇外接音箱、外放設備;在進行設計時,輸入漢字即可合成對應的音頻,通過輸出口輸出聲音,采用真人發聲,每次最多可播報200字節的內容,不限次數,不限時間。當單片機機收到某位病人“輸液已完成”的信息時,醫護人員手動確認無誤后,主機發出播放語音提示的指令,此時語音模塊將告知病人護士正在趕來的消息,同時也播放溫馨提示。此功能將使設備更加人性化。

4 軟件設計

4.1 信號采集Matlab軟件中包含很多工具箱,經過信號調理模塊的振動信號是利用Matlab數據采集工具箱Data Acquisition Toolbox進行采集的。具體方法是:首先為聲卡建立一個設備對象,啟動并觸發聲卡設備,然后利用聲卡設備事件的調用函數,從MatlabdataEngin中提取或查看數據,信號分析結東后停止并刪除聲卡設備,最后從Matlab Wor kspace中清除設備變量。

4.2 信號處理 振動信號的分析處理是通過Matlab里的信號處理工具箱Signal Processing Toolbox進行分析的。其中包括振動信號的加窗:快速傅立葉變換對信號進行變換:求振動信號的最大值和有效值并實時顯示:利用自相關函數及功率譜對振動信號進行分析監測等。

5 結論

該設計在原有的醫療系統上進行改進,增加并優化了相關功能,改善了輸液治療質量,實現了輸液門診過程可控、可追溯的精細化管理。醫療機構普通病房中的輸液管理優劣程度影響絕大多數住院患者的輸液體驗,因此優化普通病房中的輸液管理模式具.有必要性與急迫性。