輸液實時監控系統的設計與實現

唐馨 鄭州大學軟件學院

引言

信息化技術的發展極大地推動了我國醫療事業的發展，尤其是在當前物聯網與人工智能的熱潮推動下，而智慧病房作為進軍醫療行業的跳板，占據著不可或缺的重要地位。各種智能化醫療設備也進駐醫院，提高了醫療工作的效率。

臨床醫學中較為常用且有效的醫療手段之一是靜脈輸液，但目前很多醫院仍依靠人力等傳統方式來處理病患的輸液問題。醫療資源匱乏時難免會出現因換藥、輸液速度不適等而引起的醫療事故，同時醫護人員的工作量也是巨大的。因此實現輸液智能化、自動化顯得尤為重要。

本系統成本較低、較為有效，可極大減輕醫護人員的工作量，并減少因輸液問題而引起的醫療事故的發生，提高醫療工作效率，滿足社會與醫療行業的需求。

1 系統總體設計

本系統由硬件采集端與上位機軟件構成。采集層采集輸液實時情況，包括液滴速度、回血情況、剩余液量。傳輸層將采集到的數據上傳至上位機處理。系統采用模塊化設計，由主控模塊和各子模塊組成。子模塊包括通信模塊、滴速檢測與調控模塊、少液檢測與報警模塊、回血檢測與報警模塊、顯示模塊、加熱模塊。

2 硬件設計與實現

微控芯片選用STM32F103系列芯片，該微控制器采用Cortex-M3內核，CPU最高速度達72MHz，外設接口豐富，功能強大，成本較低，應用廣泛。

2.1 滴速檢測與調控

紅外對管由紅外發射管與紅外接收管組成，體積小，靈敏度高，傳輸距離遠，低功耗，成本較低。發射管發射光線，受到遮擋時，接收管產生高低電平變化，接入信號處理電路實現數據采集。

紅外光在空氣中和水中亮度不同，液滴滴落時，使接收管電平變化。液滴落下，單片機定時器開始計時，到下一滴時停止，根據時間差來計算滴速。為減少誤差，連續采集5次，計算平均值。

設置滴速閾值，若滴速過快將反饋至調速裝置。調速裝置由步進電機控制，電機與液瓶相連。利用大氣壓，若速度過快，降低液瓶高度，減慢滴速，反之則升高。

2.2 回血檢測與聲光報警

同樣利用紅外對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，紅外接收管會產生高度電平變化，此時驅動阻斷裝置夾緊輸液管，停止輸液，同時會發出聲光警報，在上位機可查看到報警信息。醫護人員可迅速來處理。

2.3 少液檢測與聲光報警

同滴速檢測原理，紅外線在液滴中和空氣透射能力不同，致使接收管的信號發生變化。該紅外對管置于液瓶下方，當液面過低時，接收管產生高低電平變化，迅速啟動聲光報警。醫護人員在上位機可得知該報警詳情而處理。

2.4 顯示模塊

顯示模塊為LCD1602顯示屏，一種點陣型液晶模塊，可顯示2行信息。本系統中用來顯示當前的滴速與報警情況。

2.5 手動加熱模塊

液滴溫度過低，流入體內過涼，因此增加了手動加熱裝置。按下按鍵可驅動繼電器。繼電器驅動包裹輸液管的小加熱片，可提高液體的溫度，不至于流入體內過涼而引起不適。

2.6 通信模塊

通過通信模塊將采集到的數據上傳給上位機。本系統選用ESP8266無線WIFI模塊，該模塊可實現較遠距離傳輸，成本較低，安裝便捷，可完成數據顯示和遠程控制的功能。

3 軟件設計

硬件系統是基礎，軟件系統是核心。該系統主要用C語言編寫，可實現滴速檢測調控、回血與少液檢測報警、加熱等。系統上電完成初始化之后，檢測液滴滴速并調控，不斷顯示數據并與上位機通信。少液檢測、回血檢測、按下加熱按鍵均會產生中斷，檢測到外部脈沖后會進入中斷處理程序。

4 結束語

本系統設計并實現了輸液實時監控系統，提供滴速的監控與調節、回血與少液的檢測與報警、手動加熱等功能，可即時查看輸液信息，并通過無線傳輸發送至上位機。經系統測試，各項功能達到了預期的設計目標。該系統成本較低、操作簡單，能較好滿足醫院需求，減輕了醫護人員的工作量，極大的提高了工作效率，有較好的應用前景。