基于MQTT的智能輸液系統設計

汪婕 鐘麟 高寬翔

摘要：輸液是常見的治療方式，靜脈輸液的監控常采用人工目測，但由于輸液滴注速度受多種因素影響，難以保持恒定速度，經常出現時快時慢，導致出現停止滴注甚至回血的情況。輸液完成時，如未及時更換輸液或拔出針頭，輕則影響療效，重則發生嚴重的醫療事故。因此，改進和優化輸液監測與報警系統，并且要求結構簡單，能實現自動化是目前亟須解決的重要技術問題。文章基于MQTT設計的智能輸液系統，由上位機和下位機共同構成，能夠實時檢測輸液進度并在上位機顯示，通過上位機控制下位機輸液速度和警報，上位機實時更新患者和藥品信息并存儲。系統可實現更科學、高效的輸液管理，協助醫護人員創造更好的醫療環境，具有廣泛的市場前景和實用價值。

關鍵詞：非接觸；報警；靜脈輸液

中圖分類號：TP319文獻標志碼：A

0 引言

臨床最重要的治療方式之一就是靜脈輸液，靜脈輸液工作時間占據了護士每天工作時間的75%以上。但因滴速異常和換液不及時等問題也使輸液治療為人們所詬病，液體滴速異常不僅影響藥效，還引發藥物不良反應。因此，需要對輸液進行更加科學系統的檢測與管理，本文設計的智能輸液系統能夠實時檢測輸液進度，遠程控制輸液速度，在輸液即將完成時進行示警，并將病患信息及時更新到文件中，具有較高的實用價值。整套設備的成本較低，易于遷移，具有較為廣泛的市場前景。

1 系統硬件設計

1.1 主控模塊

主控模塊選用的處理芯片是ESP8266，其核心是AT指令集與MQTT協議，該核心的功能較為強大，不僅能夠作為一個單獨模塊進行開發設計，獨立應用［1］，還可以作為WiFi模塊使用，具有天線開關、射頻balun、功率放大器、低噪聲放大器、濾波器和電源管理模塊。在本設計中，此芯片主要負責接收PC端信息，從而控制電機的旋轉角度，實現對輸液速度的控制。其功能原理如圖1所示。

1.2 液位檢測模塊

選用XH-M208非接觸式液位感應器完成液位檢測工作，該液位傳感器的原理是通過改變電容的大小來表示液面是否高于/低于該檢測位，包括一個高頻振蕩器，由兩個金屬電極構成其傳感表面。一旦物體靠近感應表面，它就會移動到電極的靜電場中并改變振蕩器的電容。因此，一旦達到一定幅度，振蕩器電路將開始振蕩并改變傳感器的輸出條件；一旦目標遠離電容傳感器，振蕩器的振幅就會減小，從而將電容傳感器切換回原始位置，最終實現非接觸的液位檢測［2］。

1.3 流速控制模塊

選用當前技術相對成熟的MG995伺服電機組成控制模塊，通過程序設定的固定輸液速度，在上位機端發布指令調節伺服電機的角度，配合3D打印模型對輸液管進行一定程度的夾持；通過軟件設置不同脈沖的步進度數，實現對輸液速度的精準控制。

1.4 報警模塊

ZK-3A是可孚公司生產的一款輸液報警裝置，比傳統輸液報警裝置體積更小，且移植性好，只需夾持在輸液管上即可使用。使用過程中，當輸液完成時蜂鳴器報警，分貝達85 dB，且紅燈閃爍，可夜間使用，分貝適中，既可做到提醒，又不會打擾到其他病人的正常休息，待機時間長，符合本系統的設計需求。

1.5 WiFi模塊

ESP8266是一款超低功耗的UART WiFi透傳模塊，可將用戶的物理設備連接到WiFi 無線網絡上，進行互聯網或局域網通信，實現聯網功能。ESP8266模塊成本低、使用簡便、功能強大，通過串口AT指令與單片機通信，實現串口透傳，不同協議之間的轉換（如串口到WiFi、藍牙等）由模塊完成，應用在本系統中完成信號的傳輸工作。

2 系統軟件設計

2.1 系統軟件流程

程序設計分為界面設計、通信協議、上位機程序3個部分。其中，MQTT協議通信距離可達幾百米，能夠及時將輸液信息通知醫護人員［3］。本系統程序設計使用兩塊ESP8266模塊獨立運作，一塊用于采集液位信息并通過WiFi上傳至群組，另一塊用于讀取群組信息，從而實現兩塊獨立ESP8266的信息互通。軟件流程如圖2所示。

2.2 上位機設計

本系統使用純Python圖形GUI庫進行顯示模塊的設計。使用序列號來對病人信息進行區分，避免程序在數據讀取時出現誤讀的情況。上位機顯示界面中包括病人信息、處方編號、負責醫生等信息，通過讀取特定的信息表格內容更新上位機的顯示，在此信息表格中可以進行病患信息的更改。為使輸液速度可視化，本系統在界面的上部設置一個流速控制條形框顯示流速［4］。綜合考慮各種特殊情況，對輸液的流速控制可手動設置為0，流速控制條下方的輸液進度顯示輸液完成度［5］。上位機界面如圖3所示，具體功能如下。

（1）流速控制條有5種模式，分別是停止、低速、中速、高速和全速，當輸液即將完成時，上位機自動控制下位機停止輸液。

（2）輸液進度欄顯示當前的輸液進度，當輸液完成時，顯示輸液完成。

（3）具體信息欄分為病人基本信息和醫院附加信息，兩欄分開顯示。

（4）關閉報警按鈕控制的是報警器的狀態，可遠程關閉警報。

2.3 數據存儲

為了能隨時查看病人的輸液信息，本系統設計了信息存儲文件夾，該文件夾內包含系統的主程序、界面程序、硬件程序和病人信息表格。其中，以news命名的Excel文件存儲的是病人的基本信息，醫生可以在文件中錄入或修正患者信息，保存后可以在上位機中完成信息的更新與顯示。以record命名的Excel文件中記錄了病人輸液的起止時間，由Python程序創建，每次輸液完成后，文件自動更新輸液開始和結束的時間，以供醫護人員隨時查詢。

3 結語

當前，國內智慧醫療每年實際投入資金僅占醫院總收入的0.3%～0.5%，發達國家普遍達到3%～5%，國內智慧醫療市場仍有提升空間。本文設計的系統能夠實現更加科學、高效的輸液管理，可以協助醫護人員打造更好的醫療環境。相信智慧輸液設備也將在醫院得到廣泛應用，萬物互聯這一想法也將隨之落地。

參考文獻

［1］于向英，王永珍，孫孝紅.新型彈簧輸液報警器的研制與應用［J］.實用護理雜志，2003（12）：26.

［2］王輝，謝欣葦，劉正躍，等.156所綜合性醫院住院患者靜脈輸液指標的綜合分析［J］.藥學實踐雜志，2017（6）：573-576.

［3］陳晉濤.淺析外周靜脈留置針堵管的原因及護理措施［J］.基層醫學論壇，2015（S1）：125-126.

［4］冉瓊，張成貴，唐佳玉，等.護士、醫生與臨床藥師合作處理靜脈輸液相關藥患糾紛的實踐［J］.中華護理雜志，2013（3）：228-230.

［5］王小敏，譚喜瑩.374份靜脈滴注藥品說明書中滴速、輸液器具及配置時限項標注情況分析［J］.中國藥業，2021（13）：19-22.

（編輯 沈 強）