信息管理系統應用于靜脈輸液監護的研究與實現

摘 要：在臨床醫療監護中，靜脈輸液是一個重要治療手段。在不同的治療方案中，靜脈輸液的進度和滴液速度都需要嚴格的監控，否則將導致嚴重的醫療事故。現有的人工監護方法增加了患者、家屬和醫護人員的工作負擔，且容易因疲勞、疏忽出錯。本文研究基于無線傳感器網絡技術的靜脈輸液監控系統，利用無線傳感器進行輸液數據的采集和傳輸，實現了一種低成本、易于部署、應用靈活的靜脈輸液監控系統。

關鍵詞：醫療監護；靜脈輸液；無線傳感器網絡；Zigbee；耦合式紅外對管

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

Abstract：Intravenous infusion is an important method in real clinic medical care.During different medical treatments，the process of intravenous infusion and the speed of drops should be strictly guarded，for it could cause serious medical accidents.Current artificial monitoring method made burdens for patients， their relatives，and medical staff， which would also make mistakes due to body strain and fatigue of negligence.The WSN enabled intravenous infusion monitoring and information management system presented in the paper enjoys the following characteristics：convenient for reuse，as it adopts non-contact droplet monitoring method； accurate and reliable， as it takes multiple protection measures；scalable，as it is able to integrate with HIS in providing extensive reliable information via web service；low-cost，as it facilitates global scale market under the large-scale integrated technology.

Keywords：intravenous infusion monitoring；wireless sensor network；Zigbee；fork-type light barrier

1 引言（Introduction）

靜脈輸液是臨床醫學中的一個重要治療手段，這種醫療方式主要通過靜脈注射，將治療的藥物或人體需要的營養滴注輸入體內，從而達到診治的目的。其快捷、高效的治療效果，已被廣大患者驗證。在臨床醫學中，靜脈輸液法作為最重要的治療和搶救措施，已被廣泛應用，并日益深入。

然而，這種方法的局限性也非常明顯。首先，在輸液過程中，如果使用人工來觀察和監控滴速，仍然有較高的不可靠性，要達到精確的要求，必須采用計算機來實現科學管理，并結合護理人員的具體操作，使安全隱患降到最低，充分保證輸液的可靠性和安全性。其次，輸液一旦完成，必須要及時處置，否則會導致血液回流，使皮膚腫脹，給輸液安全造成巨大的隱患，極易帶來醫患糾紛，造成一系列的后續問題。此外，在輸液的整個過程中，護理人員需要全程陪同，這消耗了護理人員大量的精力，增加了護理工作的難度和強度，容易因疲勞、疏忽出錯，種種的因素使得靜脈輸液的管理難度增加[1]。

隨著無線傳感器網絡通信技術的日益發展，設計實現一個既能精確控制滴液速度，避免醫患糾紛；又能提升醫院輸液科的工作效率，降低護理人員的工作強度，防止交叉感染，減輕醫院管理壓力；還能對眾多分散的輸液設備進行網絡化管理，并能納入到醫院管理系統中的輸液監測系統，具有極大的實際應用價值。

2 系統整體框架設計（Design of the overall systemframework）

2.1 系統整體框架

系統總體設計框架如圖1所示，主要由四部分組成：（1）數據采集發送部分；（2）網絡傳輸部分；（3）數據匯集部分；（4）護士站監控中心部分。

本系統整體框架中，數據采集部分負責采集輸液滴管中的滴液數據，然后通過無線傳感器網絡將采集的數據發送到監控數據匯集節點；網絡傳輸部分負責整個網絡的建立和維護，同時還轉發監控端數據。數據匯集部分負責接收無線傳感網中的數據和發送護士站監控中心的命令；護士站監控中心負責呈現當前網絡中各病患所用的滴液管中的情況，并給予智能提示和異常報警。

2.2 系統方案描述

本文所設計的系統是一個軟件與硬件相結合的系統，涉及用于采集輸液滴管實時狀態的無線傳感器節點和用于收集傳感器網絡上數據的匯集節點。因此，該系統所使用的滴液數據采集方案、節點控制方案和網絡傳輸方案需要有統一合理的設計，必須滿足低成本、低功耗、可靠性、靈活性和擴展性的要求。

2.2.1 滴液監測方案

經調查，市場上可用的液滴或者液位監測器件主要可分為：壓力傳感器、激光傳感器、分離式光電對管、耦合式光電對管等。從傳感器件的精度、抗干擾能力、監測距離、功耗、尺寸、是否便于安裝以及成本角度考慮，本系統最終采用耦合式紅外對管。

用紅外傳感器來檢測，在茂菲式滴管處對輸液進程進行測量。紅外光光線照射到接收端后，如果試管中沒有液滴滴下，則紅外光纖沒有被阻擋，光電三極管接受到的電流就會比較強，而且電流信號基本處于恒定狀態；當藥液滴落時，紅外線被液滴遮擋，此時，接收管只能接受到較弱的光信號，從而電信號也會被影響。因此可以通過監測輸出端電壓信號的變化來監測出是否有藥液滴下。光電三極管的接收端被連接到NE555器件上，從而接受信號會在整形放大之后輸入ATMEGA128L單片機處理，從而能夠計算出滴液的速度。而紅外對管又分為耦合式和分離式。分離式能夠監測較遠距離，但精度和抗干擾程度不如耦合式紅外對管。endprint

2.2.2 剩余藥量監測方案

本系統采用計算點滴數量和輸液總量來實現，因為這種方式既能夠保障輸液精度，又能夠監測到靜脈輸液時滴液的速度。醫院現有常用的輸液管分別為10滴/毫升、15滴/毫升、20滴/毫升三種。目前輸液瓶的容量有100毫升、250毫升、500毫升三種。根據輸液瓶的容量、點滴計數值、點滴系數，本文設計實現一種能夠計算剩余液量的算法。并根據經驗設定當前藥液的剩余量為藥液總量的5%時為輸液警戒線，這個時候需要輸出報警信號。

2.2.3 傳感器節點控制器選型

由于考慮到下位機軟件編程的簡易性，本設計采用ATMEGA128L芯片作為下位機的控制器。用ATMEGA128L芯片來實現。Atmega128L是一款高性能、低功耗的8位處理器，基于增強型RISC體系架構，內部集成了128kB閃存、4kBEEPROM以及SKBSRAM、2路8比特Timer、4路、8通道10比特ADC、54路可編程I/O口、看門狗等。使用該款單片機可以用軟件來實現復雜的算法和控制、數據處理以及數據通信外，還可以同時連接幾個電機，實現輸液完成時的自動切換功能[2]。

2.2.4 無線通信方式選擇

傳感器節點與傳感器匯集節點的通信采用無線通信。由于本論文所設計的系統，其應用場景是醫院環境。無線傳感器網絡在醫院環境進行無線通信，必須遵循特定的協議規范。Zigbee協議主要應用在實現自動控制和遠程控制的多種硬件設備之中，它的主要特點是實現簡單、功耗較低、短距傳輸、網絡自組織、成本較低、實現距離近等，一般應用在嵌入式設備當中。總之，Zigbee協議以短小、實現簡單、通訊距離近、能耗小等特點，在無線組網通訊技術方面獲得了大量的應用[3]。

3 下位機硬件的設計與實現（Design and implementation of the slave computer hardware）

3.1 下位機硬件設計原則

下位機負責信息的采集和發送，該系統下位機包括軟硬件兩個部分，兩者相輔相成，不可分割。硬件設計是軟件設計的前提和基礎，軟件設計是硬件功能實現的保障，要使系統達到最佳的實現效果，必須在硬件和軟件之間做好權衡。

下位機的硬件在保障系統安全、穩定、可靠性方面發揮著積極的作用，是靜脈輸液監護系統的主要研究內容。故本系統的設計必須遵循可靠、經濟、易用，有一定抗干擾能力的原則。

3.2 下位機硬件設計框架

下位機硬件框架如圖2所示。ATMEGA128L單片機是下位機的主控芯片。光電傳感器對耦合式紅外滴管中的滴速信號進行采集，采集到的信號經過一系列的整形放大后，被送到ATMEGA128L單片機。然后單片機將要發送的內容傳送給CC2420 Zigbee傳輸芯片，該芯片負責將數據傳送到匯集節點中。另外該下位機附帶電路有硬件復位電路和異常報警電路用于異常處理。電源電路負責為整個下位機供電。SPI通信電路負責兩部分任務，一是負責與Zigbee通信電路進行數據交互，二是負責與上位機進行數據交互。SPI通信電路與上位機數據交互時又可以設置為兩種模式：（1）下載模式，能夠通過PC機更新控制芯片中的控制邏輯；（2）通信模式，能夠通過串口與PC機進行數據交換（主要用于與PC相連的匯集節點）[4]。

4 系統上位機軟件設計與實現（Design and realization of the host software system）

為實現醫院輸液科管理的智能化，提高輸液的精度，降低護理人員工作的強度，同時從市場推廣的角度考慮，上位機良好的界面設計顯得非常重要，為此開發設計了基于Microsoft WPF的動態應用界面，使得其有友好的用戶界面、易于操作、方便使用。

4.1 上位機軟件體系結構

上位機軟件運行在護理工作站PC上，負責提供人機操作界面、輸液進度和速度自動監測及可視化告警功能，并提供與其它信息管理系統的接口。該軟件記錄所有藥液在不同液滴速度下的液滴大小，作為調節參數，估算輸液進度和速度。在新增輸液操作中通過患者標識從現有的醫療信息管理系統中導入。根據監測到的輸液進度、速度和異常情況，上位機軟件提供可視化的輸液監控界面。

上位機軟件的實現采用MVP框架模式。MVP框架模式與MVC模式有著非常密切的聯系，它是MVC模式的繼承和發展，所以兩者基本的思想非常相似，特別是在體系結構當中，部分層的功能作用也很相似。同時，它們也有明顯的不同之處，主要表現在MVP框架中數據的請求和傳遞方式等都必須通過Controlle中轉，這樣做的目的是實現Model和View之間的隔離，從而能夠實現系統上位機軟件的界面設計和業務邏輯代碼的隔離開，使工作效率顯著提升。也就是說，藥液滴下以后，匯集節點在接收到數據包之后，通過串口向PC端上傳數據，PC端分析數據包更改MODEL層內容，然后通過PRESENTER將數據傳遞給VIEW，VIEW一秒鐘刷新一次。另外，系統結合了工廠模式、單件模式等思想，使得系統具有高內聚、松耦合的特征，極大的便于維護與二次開發。

4.2 系統可靠性保障機制

4.2.1 精度保障

為保證系統的可用性，本文對系統的監測精度和可靠性做了大量實驗。

首先本文分析了藥液性質對液滴大小的影響。本文設定滴液速度、輸液管型號等參數，對每種不同的藥液反復測試相同容量藥液的液滴數，結果如表1所示。

表1數據表明不同的藥液種類對每毫升藥液的滴數是不同的，所以系統通過微調算法，將藥液種類也作為系統輸入參數加以考慮。

其次，本文分析了滴速對每毫升藥液滴數的影響，如表2所示。

表2表明滴速與每毫升的滴液數之間的關系。通常情況下，速度大將導致較大的液滴，從而每毫升的滴液數會變小，該結果滿足Poiseuille等式Q=（p1-p2）/R。其中，Q表示流量，p1-p2表示輸液管兩端的壓強差，R代表流阻。上位機軟件的監測模塊會自動設置微調參數來匹配實時的滴液速度，從而保障系統精度。

4.2.2 外部故障

在實際應用場景中會發生各式各樣的意外故障，例如節點電池沒電或意外復位；上位機死機；通信干擾丟包；病人移動導致漏測；由于用的是紅外線機制監測滴液滴落，當紅外對管接收端被強烈戶外光干擾的時候，紅外對管失效，針對不同的情況，本文分別考慮并在節點設計與系統設計中采取了對應的解決措施，如表3所示。

5 結論（Conclusion）

本文主要設計了一種基于無線傳感器網絡的醫療監護系統，主要使用ATMEGA128L與CC2420芯片的組合來實現醫療監護中靜脈輸液的監測和管理。該系統可以實現對輸液過程的自動化監控，醫務人員可以通過PC機對整個輸液過程進行監控。減輕了醫務人員的工作量，能有效避免輸液過程中出現的醫療事故，提高醫院的自動化水平，增強市場競爭力，具有很好的市場推廣價值。

參考文獻（References）

[1] 劉寶.ZigBee網絡及其在醫療監護系統中的應用研究[D]：[碩士學位論文].蘭州：蘭州理工大學，2009.

[2] 蹇強，龔正虎，朱培棟.無線傳感器網絡MAC協議研究進展[J].軟件學報，2008，19（2）：389-403.

[3] 嚴君.基于ZIGBEE的心電監護系統的研究[D]：[碩士學位論文].蘭州：蘭州理工大學，2009.

[4] 鄭學梅，鄔春明，曲朝陽.基于ZIGBEE無線傳感器網絡的病患監護系統[J].科學創新導報，2009，33（2）：11-16.

作者簡介：

沈勤豐（1979-），男，碩士，講師.研究領域：軟件開發，計算機軟件教學.endprint

2.2.2 剩余藥量監測方案

本系統采用計算點滴數量和輸液總量來實現，因為這種方式既能夠保障輸液精度，又能夠監測到靜脈輸液時滴液的速度。醫院現有常用的輸液管分別為10滴/毫升、15滴/毫升、20滴/毫升三種。目前輸液瓶的容量有100毫升、250毫升、500毫升三種。根據輸液瓶的容量、點滴計數值、點滴系數，本文設計實現一種能夠計算剩余液量的算法。并根據經驗設定當前藥液的剩余量為藥液總量的5%時為輸液警戒線，這個時候需要輸出報警信號。

2.2.3 傳感器節點控制器選型

由于考慮到下位機軟件編程的簡易性，本設計采用ATMEGA128L芯片作為下位機的控制器。用ATMEGA128L芯片來實現。Atmega128L是一款高性能、低功耗的8位處理器，基于增強型RISC體系架構，內部集成了128kB閃存、4kBEEPROM以及SKBSRAM、2路8比特Timer、4路、8通道10比特ADC、54路可編程I/O口、看門狗等。使用該款單片機可以用軟件來實現復雜的算法和控制、數據處理以及數據通信外，還可以同時連接幾個電機，實現輸液完成時的自動切換功能[2]。

2.2.4 無線通信方式選擇

傳感器節點與傳感器匯集節點的通信采用無線通信。由于本論文所設計的系統，其應用場景是醫院環境。無線傳感器網絡在醫院環境進行無線通信，必須遵循特定的協議規范。Zigbee協議主要應用在實現自動控制和遠程控制的多種硬件設備之中，它的主要特點是實現簡單、功耗較低、短距傳輸、網絡自組織、成本較低、實現距離近等，一般應用在嵌入式設備當中。總之，Zigbee協議以短小、實現簡單、通訊距離近、能耗小等特點，在無線組網通訊技術方面獲得了大量的應用[3]。

3 下位機硬件的設計與實現（Design and implementation of the slave computer hardware）

3.1 下位機硬件設計原則

下位機負責信息的采集和發送，該系統下位機包括軟硬件兩個部分，兩者相輔相成，不可分割。硬件設計是軟件設計的前提和基礎，軟件設計是硬件功能實現的保障，要使系統達到最佳的實現效果，必須在硬件和軟件之間做好權衡。

下位機的硬件在保障系統安全、穩定、可靠性方面發揮著積極的作用，是靜脈輸液監護系統的主要研究內容。故本系統的設計必須遵循可靠、經濟、易用，有一定抗干擾能力的原則。

3.2 下位機硬件設計框架

下位機硬件框架如圖2所示。ATMEGA128L單片機是下位機的主控芯片。光電傳感器對耦合式紅外滴管中的滴速信號進行采集，采集到的信號經過一系列的整形放大后，被送到ATMEGA128L單片機。然后單片機將要發送的內容傳送給CC2420 Zigbee傳輸芯片，該芯片負責將數據傳送到匯集節點中。另外該下位機附帶電路有硬件復位電路和異常報警電路用于異常處理。電源電路負責為整個下位機供電。SPI通信電路負責兩部分任務，一是負責與Zigbee通信電路進行數據交互，二是負責與上位機進行數據交互。SPI通信電路與上位機數據交互時又可以設置為兩種模式：（1）下載模式，能夠通過PC機更新控制芯片中的控制邏輯；（2）通信模式，能夠通過串口與PC機進行數據交換（主要用于與PC相連的匯集節點）[4]。

4 系統上位機軟件設計與實現（Design and realization of the host software system）

為實現醫院輸液科管理的智能化，提高輸液的精度，降低護理人員工作的強度，同時從市場推廣的角度考慮，上位機良好的界面設計顯得非常重要，為此開發設計了基于Microsoft WPF的動態應用界面，使得其有友好的用戶界面、易于操作、方便使用。

4.1 上位機軟件體系結構

上位機軟件運行在護理工作站PC上，負責提供人機操作界面、輸液進度和速度自動監測及可視化告警功能，并提供與其它信息管理系統的接口。該軟件記錄所有藥液在不同液滴速度下的液滴大小，作為調節參數，估算輸液進度和速度。在新增輸液操作中通過患者標識從現有的醫療信息管理系統中導入。根據監測到的輸液進度、速度和異常情況，上位機軟件提供可視化的輸液監控界面。

上位機軟件的實現采用MVP框架模式。MVP框架模式與MVC模式有著非常密切的聯系，它是MVC模式的繼承和發展，所以兩者基本的思想非常相似，特別是在體系結構當中，部分層的功能作用也很相似。同時，它們也有明顯的不同之處，主要表現在MVP框架中數據的請求和傳遞方式等都必須通過Controlle中轉，這樣做的目的是實現Model和View之間的隔離，從而能夠實現系統上位機軟件的界面設計和業務邏輯代碼的隔離開，使工作效率顯著提升。也就是說，藥液滴下以后，匯集節點在接收到數據包之后，通過串口向PC端上傳數據，PC端分析數據包更改MODEL層內容，然后通過PRESENTER將數據傳遞給VIEW，VIEW一秒鐘刷新一次。另外，系統結合了工廠模式、單件模式等思想，使得系統具有高內聚、松耦合的特征，極大的便于維護與二次開發。

4.2 系統可靠性保障機制

4.2.1 精度保障

為保證系統的可用性，本文對系統的監測精度和可靠性做了大量實驗。

首先本文分析了藥液性質對液滴大小的影響。本文設定滴液速度、輸液管型號等參數，對每種不同的藥液反復測試相同容量藥液的液滴數，結果如表1所示。

表1數據表明不同的藥液種類對每毫升藥液的滴數是不同的，所以系統通過微調算法，將藥液種類也作為系統輸入參數加以考慮。

其次，本文分析了滴速對每毫升藥液滴數的影響，如表2所示。

表2表明滴速與每毫升的滴液數之間的關系。通常情況下，速度大將導致較大的液滴，從而每毫升的滴液數會變小，該結果滿足Poiseuille等式Q=（p1-p2）/R。其中，Q表示流量，p1-p2表示輸液管兩端的壓強差，R代表流阻。上位機軟件的監測模塊會自動設置微調參數來匹配實時的滴液速度，從而保障系統精度。

4.2.2 外部故障

在實際應用場景中會發生各式各樣的意外故障，例如節點電池沒電或意外復位；上位機死機；通信干擾丟包；病人移動導致漏測；由于用的是紅外線機制監測滴液滴落，當紅外對管接收端被強烈戶外光干擾的時候，紅外對管失效，針對不同的情況，本文分別考慮并在節點設計與系統設計中采取了對應的解決措施，如表3所示。

5 結論（Conclusion）

本文主要設計了一種基于無線傳感器網絡的醫療監護系統，主要使用ATMEGA128L與CC2420芯片的組合來實現醫療監護中靜脈輸液的監測和管理。該系統可以實現對輸液過程的自動化監控，醫務人員可以通過PC機對整個輸液過程進行監控。減輕了醫務人員的工作量，能有效避免輸液過程中出現的醫療事故，提高醫院的自動化水平，增強市場競爭力，具有很好的市場推廣價值。

參考文獻（References）

[1] 劉寶.ZigBee網絡及其在醫療監護系統中的應用研究[D]：[碩士學位論文].蘭州：蘭州理工大學，2009.

[2] 蹇強，龔正虎，朱培棟.無線傳感器網絡MAC協議研究進展[J].軟件學報，2008，19（2）：389-403.

[3] 嚴君.基于ZIGBEE的心電監護系統的研究[D]：[碩士學位論文].蘭州：蘭州理工大學，2009.

[4] 鄭學梅，鄔春明，曲朝陽.基于ZIGBEE無線傳感器網絡的病患監護系統[J].科學創新導報，2009，33（2）：11-16.

作者簡介：

沈勤豐（1979-），男，碩士，講師.研究領域：軟件開發，計算機軟件教學.endprint

2.2.2 剩余藥量監測方案

本系統采用計算點滴數量和輸液總量來實現，因為這種方式既能夠保障輸液精度，又能夠監測到靜脈輸液時滴液的速度。醫院現有常用的輸液管分別為10滴/毫升、15滴/毫升、20滴/毫升三種。目前輸液瓶的容量有100毫升、250毫升、500毫升三種。根據輸液瓶的容量、點滴計數值、點滴系數，本文設計實現一種能夠計算剩余液量的算法。并根據經驗設定當前藥液的剩余量為藥液總量的5%時為輸液警戒線，這個時候需要輸出報警信號。

2.2.3 傳感器節點控制器選型

由于考慮到下位機軟件編程的簡易性，本設計采用ATMEGA128L芯片作為下位機的控制器。用ATMEGA128L芯片來實現。Atmega128L是一款高性能、低功耗的8位處理器，基于增強型RISC體系架構，內部集成了128kB閃存、4kBEEPROM以及SKBSRAM、2路8比特Timer、4路、8通道10比特ADC、54路可編程I/O口、看門狗等。使用該款單片機可以用軟件來實現復雜的算法和控制、數據處理以及數據通信外，還可以同時連接幾個電機，實現輸液完成時的自動切換功能[2]。

2.2.4 無線通信方式選擇

傳感器節點與傳感器匯集節點的通信采用無線通信。由于本論文所設計的系統，其應用場景是醫院環境。無線傳感器網絡在醫院環境進行無線通信，必須遵循特定的協議規范。Zigbee協議主要應用在實現自動控制和遠程控制的多種硬件設備之中，它的主要特點是實現簡單、功耗較低、短距傳輸、網絡自組織、成本較低、實現距離近等，一般應用在嵌入式設備當中。總之，Zigbee協議以短小、實現簡單、通訊距離近、能耗小等特點，在無線組網通訊技術方面獲得了大量的應用[3]。

3 下位機硬件的設計與實現（Design and implementation of the slave computer hardware）

3.1 下位機硬件設計原則

下位機負責信息的采集和發送，該系統下位機包括軟硬件兩個部分，兩者相輔相成，不可分割。硬件設計是軟件設計的前提和基礎，軟件設計是硬件功能實現的保障，要使系統達到最佳的實現效果，必須在硬件和軟件之間做好權衡。

下位機的硬件在保障系統安全、穩定、可靠性方面發揮著積極的作用，是靜脈輸液監護系統的主要研究內容。故本系統的設計必須遵循可靠、經濟、易用，有一定抗干擾能力的原則。

3.2 下位機硬件設計框架

下位機硬件框架如圖2所示。ATMEGA128L單片機是下位機的主控芯片。光電傳感器對耦合式紅外滴管中的滴速信號進行采集，采集到的信號經過一系列的整形放大后，被送到ATMEGA128L單片機。然后單片機將要發送的內容傳送給CC2420 Zigbee傳輸芯片，該芯片負責將數據傳送到匯集節點中。另外該下位機附帶電路有硬件復位電路和異常報警電路用于異常處理。電源電路負責為整個下位機供電。SPI通信電路負責兩部分任務，一是負責與Zigbee通信電路進行數據交互，二是負責與上位機進行數據交互。SPI通信電路與上位機數據交互時又可以設置為兩種模式：（1）下載模式，能夠通過PC機更新控制芯片中的控制邏輯；（2）通信模式，能夠通過串口與PC機進行數據交換（主要用于與PC相連的匯集節點）[4]。

4 系統上位機軟件設計與實現（Design and realization of the host software system）

為實現醫院輸液科管理的智能化，提高輸液的精度，降低護理人員工作的強度，同時從市場推廣的角度考慮，上位機良好的界面設計顯得非常重要，為此開發設計了基于Microsoft WPF的動態應用界面，使得其有友好的用戶界面、易于操作、方便使用。

4.1 上位機軟件體系結構

上位機軟件運行在護理工作站PC上，負責提供人機操作界面、輸液進度和速度自動監測及可視化告警功能，并提供與其它信息管理系統的接口。該軟件記錄所有藥液在不同液滴速度下的液滴大小，作為調節參數，估算輸液進度和速度。在新增輸液操作中通過患者標識從現有的醫療信息管理系統中導入。根據監測到的輸液進度、速度和異常情況，上位機軟件提供可視化的輸液監控界面。

上位機軟件的實現采用MVP框架模式。MVP框架模式與MVC模式有著非常密切的聯系，它是MVC模式的繼承和發展，所以兩者基本的思想非常相似，特別是在體系結構當中，部分層的功能作用也很相似。同時，它們也有明顯的不同之處，主要表現在MVP框架中數據的請求和傳遞方式等都必須通過Controlle中轉，這樣做的目的是實現Model和View之間的隔離，從而能夠實現系統上位機軟件的界面設計和業務邏輯代碼的隔離開，使工作效率顯著提升。也就是說，藥液滴下以后，匯集節點在接收到數據包之后，通過串口向PC端上傳數據，PC端分析數據包更改MODEL層內容，然后通過PRESENTER將數據傳遞給VIEW，VIEW一秒鐘刷新一次。另外，系統結合了工廠模式、單件模式等思想，使得系統具有高內聚、松耦合的特征，極大的便于維護與二次開發。

4.2 系統可靠性保障機制

4.2.1 精度保障

為保證系統的可用性，本文對系統的監測精度和可靠性做了大量實驗。

首先本文分析了藥液性質對液滴大小的影響。本文設定滴液速度、輸液管型號等參數，對每種不同的藥液反復測試相同容量藥液的液滴數，結果如表1所示。

表1數據表明不同的藥液種類對每毫升藥液的滴數是不同的，所以系統通過微調算法，將藥液種類也作為系統輸入參數加以考慮。

其次，本文分析了滴速對每毫升藥液滴數的影響，如表2所示。

表2表明滴速與每毫升的滴液數之間的關系。通常情況下，速度大將導致較大的液滴，從而每毫升的滴液數會變小，該結果滿足Poiseuille等式Q=（p1-p2）/R。其中，Q表示流量，p1-p2表示輸液管兩端的壓強差，R代表流阻。上位機軟件的監測模塊會自動設置微調參數來匹配實時的滴液速度，從而保障系統精度。

4.2.2 外部故障

在實際應用場景中會發生各式各樣的意外故障，例如節點電池沒電或意外復位；上位機死機；通信干擾丟包；病人移動導致漏測；由于用的是紅外線機制監測滴液滴落，當紅外對管接收端被強烈戶外光干擾的時候，紅外對管失效，針對不同的情況，本文分別考慮并在節點設計與系統設計中采取了對應的解決措施，如表3所示。

5 結論（Conclusion）

本文主要設計了一種基于無線傳感器網絡的醫療監護系統，主要使用ATMEGA128L與CC2420芯片的組合來實現醫療監護中靜脈輸液的監測和管理。該系統可以實現對輸液過程的自動化監控，醫務人員可以通過PC機對整個輸液過程進行監控。減輕了醫務人員的工作量，能有效避免輸液過程中出現的醫療事故，提高醫院的自動化水平，增強市場競爭力，具有很好的市場推廣價值。

參考文獻（References）

[1] 劉寶.ZigBee網絡及其在醫療監護系統中的應用研究[D]：[碩士學位論文].蘭州：蘭州理工大學，2009.

[2] 蹇強，龔正虎，朱培棟.無線傳感器網絡MAC協議研究進展[J].軟件學報，2008，19（2）：389-403.

[3] 嚴君.基于ZIGBEE的心電監護系統的研究[D]：[碩士學位論文].蘭州：蘭州理工大學，2009.

[4] 鄭學梅，鄔春明，曲朝陽.基于ZIGBEE無線傳感器網絡的病患監護系統[J].科學創新導報，2009，33（2）：11-16.

作者簡介：

沈勤豐（1979-），男，碩士，講師.研究領域：軟件開發，計算機軟件教學.endprint