一種早產(chǎn)兒醫(yī)源性失血監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

顧希，董建成，楊小紅，韓玉珠

1. 南通市婦幼保健院 設(shè)備科，江蘇 南通 226018；2. 南通大學(xué)醫(yī)學(xué)院 信息中心，江蘇 南通 226001；3. 南通市第一人民醫(yī)院 新生兒科，江蘇 南通 226001

引言

早產(chǎn)兒是指出生時(shí)胎齡＜37周的新生兒。隨著二胎生育政策的放開，高齡孕婦及各種妊娠并發(fā)癥的發(fā)生幾率有增多趨勢(shì)，早產(chǎn)兒發(fā)生率也隨之增高[1]；由于環(huán)境改變，不孕不育增多，隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，試管嬰兒出生率也越來(lái)越高，英國(guó)醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)一項(xiàng)研究報(bào)告稱，試管嬰兒早產(chǎn)率比正常懷孕早產(chǎn)率高3倍[2]。近年來(lái)，美國(guó)早產(chǎn)兒發(fā)生率為10%～12%，我國(guó)早產(chǎn)兒發(fā)生率由5%上升至8.3%，每年大約有166萬(wàn)早產(chǎn)兒出生，早產(chǎn)兒已成為新生兒領(lǐng)域最重要的問(wèn)題[3]。早產(chǎn)兒生理性貧血比足月兒發(fā)生更早，更為明顯[4]。盡管以往對(duì)該疾病進(jìn)行了許多研究，但至今早產(chǎn)兒貧血仍是早產(chǎn)兒的常見病，并且可嚴(yán)重影響患兒的生長(zhǎng)發(fā)育及其它身體機(jī)能的成熟[5]。引起早產(chǎn)兒貧血的原因很多。由于病情的需要，早產(chǎn)兒必須接受頻繁血標(biāo)本的采集來(lái)監(jiān)測(cè)其內(nèi)環(huán)境的變化，因此生后數(shù)周內(nèi)采血進(jìn)行眾多的實(shí)驗(yàn)室檢查也成為早產(chǎn)兒失血的重要原因，采血量為7.5～15 mL即造成早產(chǎn)兒失血達(dá)總血容量的5%～10%[4]。一項(xiàng)研究顯示NICU中重癥的早產(chǎn)兒生后第一周內(nèi)的采血量可達(dá)38.9 mL，這是一個(gè)驚人的數(shù)字，因?yàn)檫@些嬰兒的血容量大約只有80 mL/kg[4]。可見大量靜脈采血導(dǎo)致的失血是早產(chǎn)兒醫(yī)源性貧血的一個(gè)獨(dú)立重要危險(xiǎn)因素。當(dāng)貧血發(fā)生后，多采取輸異體血進(jìn)行治療，而異體輸血常出現(xiàn)輸血相關(guān)性副作用，危害包括病毒感染、移植物抗宿主反應(yīng)、電解質(zhì)及酸堿平衡紊亂、溶血及免疫抑制等[4]。可見，檢驗(yàn)性失血是早產(chǎn)兒貧血及輸血治療的高危因素。

目前，醫(yī)源性貧血的預(yù)防首先通過(guò)改善采血和檢驗(yàn)技術(shù)來(lái)減少由常規(guī)靜脈采血導(dǎo)致的失血量[6]；其次，可采用重組人促紅細(xì)胞生成素療法治療貧血[7]，減少危重患者輸血；最后，可通過(guò)限制性輸血，減少異體輸血來(lái)防止貧血[8]?？捎梅乔秩胄员O(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)減少采血量，但作用很有限[4]；重組人促紅細(xì)胞生成素治療早產(chǎn)兒貧血仍未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，仍不能作為早產(chǎn)兒貧血的標(biāo)準(zhǔn)治療方法進(jìn)行推廣[5]。有相關(guān)研究指出，醫(yī)源性失血是早產(chǎn)兒生后2周內(nèi)貧血發(fā)生的最常見的原因之一。避免2周內(nèi)累計(jì)采血量超過(guò)10 mL/kg，可大大降低早產(chǎn)兒發(fā)生醫(yī)源性貧血的風(fēng)險(xiǎn)[5]。因此我院在新生兒日常護(hù)理中，主要通過(guò)規(guī)范采血技術(shù)，減少血液標(biāo)本的浪費(fèi)[9]來(lái)盡量減少早產(chǎn)兒貧血。規(guī)范采血就是做到盡量降低住院期間的抽血總量和抽血次數(shù)，盡量減少醫(yī)源性的失血[10]。我們通過(guò)為每個(gè)早產(chǎn)兒建立采血單，及時(shí)記錄每次的采血量，以此積極控制采血時(shí)機(jī)和采血量。但從中發(fā)現(xiàn)，由于主客觀原因，會(huì)出現(xiàn)漏記現(xiàn)象，且所記錄的采血量與實(shí)際采血量存在偏差。隨著醫(yī)院信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，以監(jiān)測(cè)采血量為重心，建立更加有效快捷的體系成為需要。此系統(tǒng)能準(zhǔn)確及時(shí)記錄每次的采血量，為醫(yī)護(hù)人員結(jié)合早產(chǎn)兒病情及血紅蛋白等指標(biāo)，提供采血的警惕數(shù)值。

通過(guò)查新，國(guó)內(nèi)外無(wú)可以監(jiān)測(cè)早產(chǎn)兒血液標(biāo)本采集量的系統(tǒng)。本項(xiàng)目的研制，可用于早產(chǎn)兒的臨床診治，對(duì)醫(yī)源性失血提供防控技術(shù)，對(duì)早產(chǎn)兒檢驗(yàn)性失血與貧血之間相關(guān)性的研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本項(xiàng)目提供專家支持系統(tǒng)，可提供參考值和警惕值，以支持醫(yī)護(hù)人員的決策分析；可通過(guò)統(tǒng)籌檢驗(yàn)項(xiàng)目等功能來(lái)控制管理早產(chǎn)兒的采血量和采血時(shí)機(jī)以達(dá)到減少早產(chǎn)兒醫(yī)源性貧血的發(fā)生率。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的早產(chǎn)兒醫(yī)源性失血監(jiān)測(cè)分析大數(shù)據(jù)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸、監(jiān)測(cè)分析中心、大數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)平臺(tái)等組成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，見圖1。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

1.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由超聲液位探測(cè)[11]，電子標(biāo)簽讀寫器，微處理器及無(wú)線傳輸組成（圖2）。將采集的血標(biāo)本試管放進(jìn)儀器的試管套。電子標(biāo)簽讀寫器可以讀取早產(chǎn)兒采血相關(guān)信息 如患兒姓名、性別、出生體重、孕周、住院日期、采血日期、采血量、血標(biāo)本種類等信息。液位探測(cè)器測(cè)出血標(biāo)本液位，并換算成采血量[12-13]。一并送入微處理器，微處理器將以上信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成圖

1.2 監(jiān)測(cè)分析中心系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)平臺(tái)

監(jiān)測(cè)分析中心系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)來(lái)的信息，將早產(chǎn)兒的采血相關(guān)信息準(zhǔn)確無(wú)誤地提供到醫(yī)護(hù)共享分析平臺(tái)，為醫(yī)生開具采血醫(yī)囑時(shí)機(jī)和護(hù)士計(jì)劃采血量提供參考價(jià)值。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端擁有大數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)平臺(tái)。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)日積月累的早產(chǎn)兒數(shù)據(jù)擺在眼前，針對(duì)醫(yī)護(hù)人員或研究人員可能關(guān)注的方面，按照一定的主題域進(jìn)行組織，形成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)；再通過(guò)聯(lián)機(jī)分析處理（OLAP）對(duì)信息的多種可能的觀察形式進(jìn)行快速、穩(wěn)定一致和交互性的存取，形成多個(gè)維度的信息[14-15]；再通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)[16]，發(fā)現(xiàn)早產(chǎn)兒數(shù)據(jù)內(nèi)部隱含的規(guī)律并展示給用戶，以指導(dǎo)用戶決策。

1.3 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸

早產(chǎn)兒醫(yī)源性失血監(jiān)測(cè)分析大數(shù)據(jù)系統(tǒng)信息平臺(tái)間的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用GSM。GSM全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)是目前覆蓋范圍最廣的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，短消息服務(wù)（Short Message Service，SMS）是GSM終端之間通過(guò)服務(wù)中心進(jìn)行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)。SMS以其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、通信成本低等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸、車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

本系統(tǒng)GSM的無(wú)線通信模塊的工作電壓為3.3～5.5 V，可工作在900 MHz和1800 MHz兩個(gè)頻段，它提供RS232數(shù)據(jù)口，符合GSM0707和GSM0705標(biāo)準(zhǔn)，模塊采用AT指令集接F1，支持Block、文本和PDU模式的短消息。數(shù)據(jù)接口通過(guò)40引腳的ZIF連接器和AT命令，可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為300 bit/s～115 kbit/s。自動(dòng)波特率為 1.2～115 kbit/s（圖 3）。

圖3 無(wú)線通信模塊原理圖

2 超聲液位探測(cè)儀電路設(shè)計(jì)及顯示

本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的超聲測(cè)液儀是用來(lái)測(cè)量嬰兒血樣本。超聲波接收頭和運(yùn)算放大器組成超聲波信號(hào)的檢測(cè)和放大。反射回來(lái)的超聲波信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器的2級(jí)放大1000倍（60 dB），第1級(jí)放大100倍（40 dB），第2級(jí)放大10倍（20 dB），見圖4。由于一般的運(yùn)算放大器需要正、負(fù)對(duì)稱電源，而本裝置電源用的是單電源 供電，為保證其可靠工作，這里用R1和R2進(jìn)行分壓，這時(shí)在運(yùn)算放大器的同相端有1/2 VCC的中點(diǎn)電壓，這樣可以保證放大的交流信號(hào)的質(zhì)量，不至于產(chǎn)生信號(hào)失真。

圖4 超聲波檢測(cè)和放大電路圖

一般嬰兒抽血量在2～3 mL,試管直徑一般1 cm，因此，需要滿足高精度、小盲區(qū)的要求。采用2.5 MHz的超聲探頭，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，此超聲液位探，量程：0～4.5 mL；精度：±0.2%；最小分辨率：0.01 mL；重復(fù)精度1‰；盲區(qū)＜0.06 m,基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求[17-18]。

每次測(cè)量顯示本次采血量和住院期間總采血量，見圖5。此系統(tǒng)能準(zhǔn)確及時(shí)記錄每次的采血量，為醫(yī)護(hù)人員結(jié)合早產(chǎn)兒病情及血紅蛋白等指標(biāo)，提供采血的警惕數(shù)值。

圖5 系統(tǒng)實(shí)物圖

3 討論和結(jié)論

本系統(tǒng)初步的測(cè)試證明，為醫(yī)護(hù)人員控制采血時(shí)機(jī)和采血量提供了有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和決策分析能力，不再盲目的憑經(jīng)驗(yàn)，采血量比人工測(cè)量和記錄提高了±0.2%的精度[19]。通過(guò)2 MB/s實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸，使醫(yī)生及時(shí)掌握患兒的采血情況。

大數(shù)據(jù)系統(tǒng)可同時(shí)支持多個(gè)醫(yī)院和病區(qū)上傳數(shù)據(jù)，使大數(shù)據(jù)挖掘和分析成為可能。系統(tǒng)初步支持1 T的存儲(chǔ)量[20]。形成多個(gè)維度的信息，可對(duì)個(gè)案獨(dú)立跟蹤分析，亦可對(duì)比案例分析。

該系統(tǒng)可對(duì)早產(chǎn)兒醫(yī)源性失血提供一種新的治療方案，并可推廣應(yīng)用于其他重癥住院患者，減少其貧血的發(fā)生。對(duì)檢驗(yàn)性失血與貧血之間相關(guān)性的研究提供大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸處理的模式可復(fù)制應(yīng)用于臨床其他領(lǐng)域，以達(dá)到數(shù)據(jù)的全球共享。本課題的研究只是一個(gè)開始，要研制適合臨床試用的系統(tǒng)，還需要進(jìn)一步解決許多問(wèn)題，比如，測(cè)量的精度，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，大數(shù)據(jù)的有效挖掘。