輸液實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

唐馨 鄭州大學(xué)軟件學(xué)院

引言

信息化技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了我國(guó)醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，尤其是在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)與人工智能的熱潮推動(dòng)下，而智慧病房作為進(jìn)軍醫(yī)療行業(yè)的跳板，占據(jù)著不可或缺的重要地位。各種智能化醫(yī)療設(shè)備也進(jìn)駐醫(yī)院，提高了醫(yī)療工作的效率。

臨床醫(yī)學(xué)中較為常用且有效的醫(yī)療手段之一是靜脈輸液，但目前很多醫(yī)院仍依靠人力等傳統(tǒng)方式來(lái)處理病患的輸液?jiǎn)栴}。醫(yī)療資源匱乏時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)因換藥、輸液速度不適等而引起的醫(yī)療事故，同時(shí)醫(yī)護(hù)人員的工作量也是巨大的。因此實(shí)現(xiàn)輸液智能化、自動(dòng)化顯得尤為重要。

本系統(tǒng)成本較低、較為有效，可極大減輕醫(yī)護(hù)人員的工作量，并減少因輸液?jiǎn)栴}而引起的醫(yī)療事故的發(fā)生，提高醫(yī)療工作效率，滿足社會(huì)與醫(yī)療行業(yè)的需求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由硬件采集端與上位機(jī)軟件構(gòu)成。采集層采集輸液實(shí)時(shí)情況，包括液滴速度、回血情況、剩余液量。傳輸層將采集到的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)處理。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由主控模塊和各子模塊組成。子模塊包括通信模塊、滴速檢測(cè)與調(diào)控模塊、少液檢測(cè)與報(bào)警模塊、回血檢測(cè)與報(bào)警模塊、顯示模塊、加熱模塊。

2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

微控芯片選用STM32F103系列芯片，該微控制器采用Cortex-M3內(nèi)核，CPU最高速度達(dá)72MHz，外設(shè)接口豐富，功能強(qiáng)大，成本較低，應(yīng)用廣泛。

2.1 滴速檢測(cè)與調(diào)控

紅外對(duì)管由紅外發(fā)射管與紅外接收管組成，體積小，靈敏度高，傳輸距離遠(yuǎn)，低功耗，成本較低。發(fā)射管發(fā)射光線，受到遮擋時(shí)，接收管產(chǎn)生高低電平變化，接入信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

紅外光在空氣中和水中亮度不同，液滴滴落時(shí)，使接收管電平變化。液滴落下，單片機(jī)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，到下一滴時(shí)停止，根據(jù)時(shí)間差來(lái)計(jì)算滴速。為減少誤差，連續(xù)采集5次，計(jì)算平均值。

設(shè)置滴速閾值，若滴速過(guò)快將反饋至調(diào)速裝置。調(diào)速裝置由步進(jìn)電機(jī)控制，電機(jī)與液瓶相連。利用大氣壓，若速度過(guò)快，降低液瓶高度，減慢滴速，反之則升高。

2.2 回血檢測(cè)與聲光報(bào)警

同樣利用紅外對(duì)管在血液中和水中的亮度不同的原理。該部件置于靠近扎針處，若有回血情況出現(xiàn)，紅外接收管會(huì)產(chǎn)生高度電平變化，此時(shí)驅(qū)動(dòng)阻斷裝置夾緊輸液管，停止輸液，同時(shí)會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)，在上位機(jī)可查看到報(bào)警信息。醫(yī)護(hù)人員可迅速來(lái)處理。

2.3 少液檢測(cè)與聲光報(bào)警

同滴速檢測(cè)原理，紅外線在液滴中和空氣透射能力不同，致使接收管的信號(hào)發(fā)生變化。該紅外對(duì)管置于液瓶下方，當(dāng)液面過(guò)低時(shí)，接收管產(chǎn)生高低電平變化，迅速啟動(dòng)聲光報(bào)警。醫(yī)護(hù)人員在上位機(jī)可得知該報(bào)警詳情而處理。

2.4 顯示模塊

顯示模塊為L(zhǎng)CD1602顯示屏，一種點(diǎn)陣型液晶模塊，可顯示2行信息。本系統(tǒng)中用來(lái)顯示當(dāng)前的滴速與報(bào)警情況。

2.5 手動(dòng)加熱模塊

液滴溫度過(guò)低，流入體內(nèi)過(guò)涼，因此增加了手動(dòng)加熱裝置。按下按鍵可驅(qū)動(dòng)繼電器。繼電器驅(qū)動(dòng)包裹輸液管的小加熱片，可提高液體的溫度，不至于流入體內(nèi)過(guò)涼而引起不適。

2.6 通信模塊

通過(guò)通信模塊將采集到的數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)。本系統(tǒng)選用ESP8266無(wú)線WIFI模塊，該模塊可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離傳輸，成本較低，安裝便捷，可完成數(shù)據(jù)顯示和遠(yuǎn)程控制的功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)是基礎(chǔ)，軟件系統(tǒng)是核心。該系統(tǒng)主要用C語(yǔ)言編寫，可實(shí)現(xiàn)滴速檢測(cè)調(diào)控、回血與少液檢測(cè)報(bào)警、加熱等。系統(tǒng)上電完成初始化之后，檢測(cè)液滴滴速并調(diào)控，不斷顯示數(shù)據(jù)并與上位機(jī)通信。少液檢測(cè)、回血檢測(cè)、按下加熱按鍵均會(huì)產(chǎn)生中斷，檢測(cè)到外部脈沖后會(huì)進(jìn)入中斷處理程序。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了輸液實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，提供滴速的監(jiān)控與調(diào)節(jié)、回血與少液的檢測(cè)與報(bào)警、手動(dòng)加熱等功能，可即時(shí)查看輸液信息，并通過(guò)無(wú)線傳輸發(fā)送至上位機(jī)。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試，各項(xiàng)功能達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。該系統(tǒng)成本較低、操作簡(jiǎn)單，能較好滿足醫(yī)院需求，減輕了醫(yī)護(hù)人員的工作量，極大的提高了工作效率，有較好的應(yīng)用前景。