兒童醫院輸液監測及控制系統方案設計

陳霜蝶

摘 要：本文以輸液過程中輸液越限報警以及滴速顯示與控制為研究對象，確定各個部分的設計方案（包括硬件和軟件），從而解決設計中遇到的難題。

關鍵詞：兒童醫院輸液；監測及控制；方案設計

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2018）15-051-1

據了解，當前國內大多數醫院中所使用的靜脈輸液器，大多都是采用懸掛方式，也就是依靠重力原理進行輸液。而且，在整個輸液過程中必須由醫護人員或者家屬不定時地進行巡視，耗費了不少人力資源。在醫療高峰期，還會出現輸液結束，而醫護人員卻還沒有及時發現并進行處理的情況，這種狀況會造成不同程度的醫療事故，因此對于兒童醫院來說，由于患者年齡較小，則更需要對輸液速度進行控制及即時的調控。鑒于以上所述原因，設計和開發一種智能兒童醫院輸液監測報警、滴速控制系統。對輸液臨近結束進行及時報警，并在報警后進行滴速控制是切實可行的。

一、輸液監測和控制的原理

兒童醫院輸液監測和控制這兩個部分主要的思路是利用89C52單片機作為系統的控制中心，所以說也就是本設計的核心所在。

在監測部分采用的是光電傳感器監測液面位置以及采用紅外對管作為計數器精確計算出所滴液滴的計量（每1ml約20～25滴），再進行邏輯計算出剩余點滴液的余量從而產生警報的信號完成；而且可以利用顯示屏顯示出滴速、已經輸入的量和剩余，也可以計算出用時多久可以點滴結束等相關信息；利用發光二極管和蜂鳴器作為報警裝置。

在控制部分上，采用的是利用89C52單片機在接收到報警信號后產生一個指令，操作步進電機對點滴的軟管粗細進行控制從而達到控制速度的目的。

該設計的軟件設計是實現功能的主要工作。軟件的設計是利用Keil為設計工具設計。該部分同樣分成監測與控制兩個部分。監測液位利用的是控制激光發射，檢測光敏端電壓的信號得以確定液面位置。滴速部分利用紅外對管電路接收信號計算出滴速，并且顯示到顯示屏上去。在控制上由于是使用電機則參考電機的編程。

經過綜合的考慮，筆者選擇基于光電技術和單片機技術來實現本課題。

硬件設計上通過多種光電耦合傳感器（激光發射與光敏電阻組合、紅外對管組合）接收液位的檢測和滴速的信號再使用89C51系列單片機處理所傳信號后反饋出來由顯示器（用于顯示相關的滴速，已經輸送的藥液，以及預計還有多久完成輸液）、報警器（采用聲光電報警）、和控制器（步進電機控制輸液管的直徑）完成后續工作達到設計目的。

軟件設計上采用C語言進行設計編程，這一部分也是可以按照功能上分模塊完成設計和調試。當完成了上述的設計，我認為，這個設計也就基本完成了，可以說著一定程度上減少了在輸液看護的壓力。然而在設計還是有很多地方可以進行拓展和改進的，比如多個裝置的組成系統，用于醫院的系統化的規范化的需求；在功能上可以加入體溫的檢測，以防備輸液的不適的監測；也可以增加對輸入的藥液加熱的功能。

二、系統方案設計的選定

目前，液位檢測是擁有非常多的方法的。按照傳感器跟被測液體接觸方式與否，把它分為接觸式與非接觸式兩種。按照原理的不同又可以分為電容式和光電式、超聲波式、射線式以及靜壓式等等。由于輸液時候的藥液是需要被輸入人體內的，它具有一定的特殊性，檢測液位的時候不能引入污染，并且不能改變其藥理成分。因此，輸液時候的液位檢測應該采用的是非接觸測量的方法；那么，又兼顧于精度和靈敏度這兩個因素上。最終決定采用光電檢測這一方法。

光電檢測的基本原理是：根據液體在空氣中的折射率不同，使得同一個光源的光在有和沒有液體的時候產生的折射角度的不同，使得接收到光信號接收強弱不同的信號，產生不同大小的電流，從而分揀出高電平和低電平。以此來判斷液體是否在所設定的液位之下。決定是否進行報警。

根據所知道的理論研究和實驗，筆者總結了如下兩種方案：

方案一：首先要設定出一個警戒液位，在輸液的時候，一般都會希望藥液能夠盡可能多的輸完，所以，警戒液位選擇的應該盡可能的低一點，但是，在實際輸液過程中，輸液器中會有一些高度的插頭，同時，還要考慮到給醫護人員留有一定的時間趕到拔針頭換藥。所以，在選定警戒液位的時候應該略高于輸液器的插頭。如圖光路示意圖所示：

在設定警戒液位的地方，藥瓶的外壁感受到光源發出的光，藥瓶對它產生折射后，瓶內的藥液再對它進行折射，最終光到達瓶的內壁，接著經過藥瓶對它的折射后進入到空氣中，被放置的靈敏型光敏電阻傳感器接收到。由于藥瓶這個部位為弧形，所以，在它的光路上會因為光的折射而略有上翹。而當瓶內的藥液下降到先前所設定的警戒位置時，由于空氣和藥液的折射率有所不同，它的光路會因此發生變位，使得原來照射到靈敏型光敏電阻上的光發生偏轉，而這個時候的靈敏型光敏電阻只能接收到燈光（或者自然光），而使得光的強度大大減弱，從而使數字輸出端輸出高電平，此時單片機接收到信號，實現報警功能。

方案二：如圖光路示意圖所示。

為了檢測液面的上限，中線源和容器的中心線必須有一個反應，否則，我們將不能確定液體是否已經達到所設定的位置。具體原理和方案一相同，但是由于光所經過的路線不同，光電傳感器有一些部分的結構在制作時會有不同的要求。

綜合以上，比較方案一和方案二，方案二設定的報警位置，提前量比方案一大，而方案一的報警提前量較小，在實際輸液過程中，可以盡可能多地輸完瓶中的藥液，避免造成不必要的藥物浪費。因此，方案一的設計，所進行的報警提前量較為適用。