基于低功耗藍牙技術(shù)的智慧輸液系統(tǒng)設計和應用

賈博奇，劉曉華，許鋒，欒笑笑，李亦林，計虹，張晨，盧?，喬杰

北京大學第三醫(yī)院 a. 醫(yī)學工程處；b. 信息管理與大數(shù)據(jù)中心；c. 婦產(chǎn)科，北京 100191

引言

目前，靜脈輸液已經(jīng)成為臨床重要治療手段。有研究顯示，我國靜脈輸液使用率高達93.13%[1]，輸液工作時間占護士每天工作時間的75%以上[2]。目前護士使用移動護理系統(tǒng)對患者信息進行掃碼核對，但未對輸液液體的重量和藥品進行二次核對。在輸液中常出現(xiàn)滴速異常和換液不及時等問題[3]。液體滴速異常不僅影響藥效，還可能引發(fā)藥物不良反應[4-7]，危及患者安全。當病房患者呼叫密集時，護士未能及時響應，導致回血留空等不良事件發(fā)生，影響臨床工作質(zhì)量和患者就醫(yī)滿意度。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，輸液監(jiān)測系統(tǒng)逐漸成熟。目前監(jiān)測輸液滴速主要有重力和紅外兩種測量方式[8-9]。其中，重力測量以準確和安全著稱。輸液監(jiān)測設備數(shù)據(jù)傳輸主要有低功耗藍牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)和LoRaWan三種方式[10-12]。ZigBee方式目前存在傳輸速率低、時延不確定性的缺陷，無法大規(guī)模在病房中應用[13]；LoRaWan方式則由于剛剛起步，穩(wěn)定性還有待改善未能得到大規(guī)模應用[14]；而低功耗藍牙技術(shù)則以傳輸距離遠、速度快、穩(wěn)定性高和擴展性強等優(yōu)勢成為了智慧輸液監(jiān)測器的首選數(shù)據(jù)傳輸方式[15]。醫(yī)院通過輸液監(jiān)測系統(tǒng)可以建設完善智慧醫(yī)院系統(tǒng)，為患者提供智慧服務，以智慧服務為抓手，針對患者的實際就醫(yī)需求，推動信息技術(shù)與醫(yī)療服務深度融合。

針對傳統(tǒng)輸液痛點和醫(yī)院智慧化建設要求，本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設了基于低功耗藍牙輸液監(jiān)測系統(tǒng)，利用超微重力傳感器監(jiān)測液體的滴速和余量，通過低功耗藍牙技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)患者輸液二次核對，滴速量化管理和智慧換液提醒，以期解決傳統(tǒng)輸液方式的不足，提高臨床工作效率，營造安靜舒適的病房環(huán)境，提升患者滿意度。同時，制定個性化輸液方案，促進病房合理用藥和個性化用藥，是創(chuàng)新醫(yī)院智慧服務新模式的有力探索。

1 智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)設計方案

1.1 建設目標

智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將輸液監(jiān)測器與臨床信息系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)輸液過程的滴速精準實時監(jiān)測、異常情況警報和換液智能提醒。對輸液過程進行定量管理，形成全閉環(huán)的臨床輸液管理，提高臨床的工作效率，保障患者輸液安全，提升臨床醫(yī)療質(zhì)量；減少患者使用呼叫器次數(shù)，打造安靜病房，提升就醫(yī)體驗。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)分為輸液監(jiān)測器和輸液管理平臺兩個部分。輸液監(jiān)測器使用傳感器實時監(jiān)測輸液液體滴速和余量，并將數(shù)據(jù)通過藍橋傳輸至輸液管理平臺。輸液管理平臺則與醫(yī)院信息系統(tǒng)聯(lián)通，獲取醫(yī)囑和護理信息，并通過護士站大屏、護理工作站和手持終端（Personal Digital Assistant，PDA）顯示輸液進程以及提示護士換液（圖1）。兩部分相互協(xié)同，共同助力輸液智慧化。

圖1 智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)組成

1.2.1 低功耗藍牙輸液監(jiān)測器

低功耗藍牙輸液監(jiān)測器由滴速傳感器和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對液體滴速和余量進行感知和數(shù)據(jù)傳輸，是智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)中感知層的主要組成部分。

本研究使用超微重力傳感器對液體余量和滴速進行感知，通過重量對懸掛的輸液器和藥品進行匹配，然后在輸液過程中通過重量的變化監(jiān)測剩余液體的余量并計算出實時滴速。與目前廣泛應用的紅外輸液檢測器相比，使用超微重力傳感器由于不與藥品產(chǎn)生直接接觸，不會導致藥物變質(zhì)，影響輸液效果。而且目前紅外激活化療藥物[16-18]正成為研究熱點，超微重力傳感器與此類藥物兼容，不會影響藥效。

本研究使用低功率藍牙模塊作為數(shù)據(jù)傳輸方式，低功耗藍牙技術(shù)是針對低功耗領(lǐng)域進行的一種無線數(shù)據(jù)傳送的解決方案[19-20]。智慧輸液監(jiān)測器通過低功耗藍牙將采集數(shù)據(jù)傳送至部署在病房中的藍橋，藍橋再通過院內(nèi)無線局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至輸液管理平臺分析計算，進行展示和預警。同時，由于低功耗藍牙的低功耗特性，可支持無線方式充電，與傳統(tǒng)使用干電池方式相比，能夠有效減小智慧輸液監(jiān)測器體積，而且能夠避免充電線纜過多纏繞，操作簡便，能夠保持護士操作間整潔。

1.2.2 輸液管理平臺

輸液管理平臺以臨床信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對接患者的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和醫(yī)囑信息，供護士核對患者與液體信息，保證患者輸液安全。輸液管理平臺通過二維碼將患者與低功耗藍牙輸液監(jiān)測器進行綁定，保證監(jiān)測信息真實有效。通過數(shù)據(jù)模型分析，平臺自動計算即時的輸液滴速、剩余液量和剩余時間等信息，以圖表方式展現(xiàn)在護士站大屏和PDA上，實現(xiàn)輸液量化管理。平臺將以上信息和預設值進行比較，當輸液滴速大于或小于預設區(qū)間時，系統(tǒng)自動在設備上進行報警提示輸液滴速異常。當剩余液量小于預設值時，系統(tǒng)向護士PDA上自動發(fā)送換液提醒，自動提示護士操作，讓護士有序合理安排換液工作，降低輸液不良事件發(fā)生率。

1.3 系統(tǒng)功能設計

為了解決傳統(tǒng)輸液不能直觀顯示滴速、對剩余液量監(jiān)測的問題，兼顧臨床統(tǒng)計分析和定制標準化輸液方案需求，智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)主要設計了7大功能，分別為輸液監(jiān)測器綁定與解綁、患者輸液信息二次核對、輸液狀態(tài)顯示、輸液異常報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、輸液個性化方案制定和輸液監(jiān)測設備管理。

1.3.1 輸液監(jiān)測器綁定與解綁

通過護理工作站或PDA將輸液監(jiān)測器與床位信息、患者信息進行綁定關(guān)聯(lián)。在大批量輸液時，護士可以通過護理工作站在系統(tǒng)中手動輸入床位信息進行綁定，并根據(jù)工作需要隨時解綁。同時，護士也可通過PDA掃描輸液監(jiān)測器上的二維碼快速完成輸液監(jiān)測器與床位的綁定與解綁，方便快捷。輸液管理平臺會自動獲取該床位患者的醫(yī)囑信息，獲得患者的用藥信息，方便護士輸液前核對，確保患者輸液安全。

1.3.2 患者輸液信息二次核對

智慧輸液檢測系統(tǒng)與電子病歷系統(tǒng)互聯(lián)互通，實現(xiàn)醫(yī)囑核對功能。護士通過PDA掃描患者腕帶二維碼獲取患者信息，并與醫(yī)囑信息進行校驗。在輸液監(jiān)測系統(tǒng)中存有病房輸液液體重量和藥品信息，輸液監(jiān)測器通過監(jiān)測當前掛在監(jiān)測器上的液體重量，對輸液藥品品種進行二次核對，如有差錯可立即報警提示護士再次核對藥品信息，保障患者輸液安全。

1.3.3 輸液狀態(tài)顯示

通過輸液監(jiān)測器中的微重力傳感器對輸液的液體滴速、液體余量和輸液時間進行測算，并按床位分別在護士站大屏中進行顯示，方便護士對整個病房的患者輸液情況進行管理。護士也可以在PDA中查看患者的詳細輸液信息，遠程查看患者輸液信息，保證輸液的安全有效。

1.3.4 輸液異常報警

在患者輸液時，護士可根據(jù)輸液藥物種類預先設置輸液滴速區(qū)間，確保輸液藥效，保障患者輸液安全。在輸液過程中，如遇到當前滴速超過或低于預設的滴速區(qū)間，輸液管理平臺會自動報警，對應床位患者的輸液情況在護士站大屏變?yōu)榧t色，并向護士PDA報警提示護士進行查看和響應操作。當患者剩余液量過低時，輸液管理平臺自動報警提示護士及時換液，護士可以有序地對患者進行換液，避免輸液不良事件發(fā)生。并且可以有效減少患者使用病房呼叫器次數(shù)，為患者營造更加安靜舒適的休養(yǎng)環(huán)境，提升患者就醫(yī)體驗。

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在護理工作站和PDA可以同時進行病房輸液情況和工作量統(tǒng)計，并支持自動生成統(tǒng)計圖表，方便科室進行人員調(diào)度安排和護理質(zhì)量控制。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能可以進行精細化統(tǒng)計查詢和消息管理統(tǒng)計查詢。支持查詢特定時間范圍或科室內(nèi)部指定患者某種藥物的輸液統(tǒng)計情況，包含單次使用藥物劑量、藥物累積使用記錄、輸液患者信息、輸液中異常情況等，方便進行臨床藥物統(tǒng)計分析，指導合理用藥。

1.3.6 輸液個性化方案制定

智慧輸液檢測系統(tǒng)中支持根據(jù)患者年齡分組和輸液藥品品種等信息進行輸液方案制定。在輸液過程中保持輸液滴速在預設范圍內(nèi)，既保證輸液藥效，又減小輸液藥物的不良反應，提升患者的輸液效果，保障臨床輸液滿意度。

1.3.7 輸液監(jiān)測設備管理

護士可在護理工作站和PDA中實時查看輸液監(jiān)測器和藍橋的設備信息以及使用狀態(tài)，如設備序列號、設備的連接狀態(tài)、輸液監(jiān)測器剩余電量、輸液監(jiān)測器的綁定床位信息等。護士可根據(jù)臨床工作需要在系統(tǒng)中解除輸液監(jiān)測器與床位的綁定，進行智能管理。同時，工程師也可遠程進行設備的巡檢及預防性維護，確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行，保障臨床工作順利開展。

2 實施方案及效果

我院以婦科一病房為試點，建設了基于低功耗藍牙技術(shù)的輸液監(jiān)測系統(tǒng)，共裝有53個輸液監(jiān)測器，8個無線充電站，1個護士站大屏，并在每間病房裝配無線藍橋。低功耗藍牙輸液監(jiān)測器通過藍牙方式將采集到的重量數(shù)據(jù)傳輸至藍橋，藍橋通過無線局域網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)至輸液管理平臺，并通過護士站大屏和護士PDA顯示輸液信息（圖2）。護士通過護理工作站和PDA可實現(xiàn)對輸液全流程監(jiān)控和信息追溯，護士預先在輸液管理平臺對滴速和余液液量進行設置。輸液前，護士使用PDA進行掃碼，確認患者身份，并核對藥品信息，如果信息不匹配，PDA立即發(fā)出警報，確保患者信息與實際藥品對應無誤。經(jīng)過臨床實踐，對于婦科病房輸液常見藥物，將滴速區(qū)間設置為20～60滴/min，余液液量報警值為10 mL，可取得較好的輸液效果。在實際輸液過程中，當?shù)嗡僦挡辉谠O置區(qū)間時，護士站大屏和PDA上顯示滴速報警，提示護士查看相應患者的輸液情況；當余液液量<10 mL時，護士站大屏和PDA通知護士對相應患者進行換液或封管操作。在輸液后，通過管理平臺對病房每月輸液工作量、用藥種類、每種藥物的輸液時間等數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，進行工作量統(tǒng)計和護理質(zhì)量控制。

圖2 智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)圖

為驗證智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)有效性，本文以2021年9月1日至30日的350例臨床輸液數(shù)據(jù)為對照組，以2021年12月1日至30日的350例臨床輸液數(shù)據(jù)為實驗組進行統(tǒng)計分析，以護士收到病人呼叫或輸液結(jié)束報警到護士實際進行換液操作的時間差作為護士換液時間，并分別統(tǒng)計期間每日患者使用呼叫器換液次數(shù)與當天使用呼叫器總次數(shù)占比作為病房輸液響鈴率，結(jié)果如表1所示。智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)使用前，護士換液的平均時間為（4.37±1.79）min，病房輸液響鈴率為65.31%±4.65%；智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)使用后，護士換液的平均時間為（2.47±0.89）min，病房輸液響鈴率為38.69%±3.96%。智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)使用前后，護士換液時間和病房輸液響鈴率均有顯著差異（P<0.001），護士換液時間平均值減少43.48%，病房輸液響鈴率平均值減少40.76%。智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)使用前，護士無法提前知曉患者是接瓶還是封管，存在往返操作間的情況，造成換液時間較長。在輸液結(jié)束時，患者使用呼叫器或家屬通知時，護士才能進行響應，服務被動。智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)使用后，護士可以通過系統(tǒng)獲悉后續(xù)有無液體，可以事先進行操作準備，大大減少換液時間，提高病房工作效率。并且智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)在患者輸液結(jié)束前主動提示護士，責任護士可以隨時通過PDA遠程查看滴速和液體剩余量，由被動服務變?yōu)橹鲃臃眨蓽p少患者使用呼叫器次數(shù)，進一步向?qū)崿F(xiàn)安靜病房邁進。

表1 智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)使用前后護士換液時間及病房輸液響鈴率對比（±s）

表1 智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)使用前后護士換液時間及病房輸液響鈴率對比（±s）

時間 護士換液時間/min 病房輸液響鈴率/%系統(tǒng)應用前 4.37±1.79 65.31±4.65系統(tǒng)應用后 2.47±0.89 38.69±3.96 t值 19.29 24.76 P值 ＜0.001 ＜0.001

3 討論與結(jié)論

本文建設了智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)，使用超微傳感器對液體余量和滴速進行監(jiān)測，利用低功耗藍牙技術(shù)將輸液數(shù)據(jù)進行傳輸，并通過護士站大屏和PDA進行直觀顯示，提高了臨床工作效率，實現(xiàn)了輸液全閉環(huán)管理的同時打造安靜病房，促進用藥合理化。智慧輸液管理系統(tǒng)與HIS互聯(lián)互通將患者醫(yī)療數(shù)據(jù)進行全面整合，實現(xiàn)動態(tài)統(tǒng)一管理，提升醫(yī)院整體智慧化醫(yī)療診治服務水平。與羅繼軍等[21]研究的紅外輸液監(jiān)測器相比，本文使用了超微重力傳感器，避免了紅外光對化療藥物的影響，既實現(xiàn)了輸液監(jiān)測，又保障了輸液安全。與潘小琴等[22]使用ZigBee無線傳輸方式的輸液監(jiān)測器相比，本文使用了低功耗藍牙傳輸方式，設備整體功耗較低，又使用了無線充電技術(shù)，縮小了設備體積，使用方便。本系統(tǒng)還可以通過病房藍橋兼容更多智慧藍牙醫(yī)療設備，為今后智慧病房建設做好技術(shù)鋪墊。臨床科室可以使用輸液管理平臺對日常輸液數(shù)據(jù)進行分析，針對常用輸液藥品和患者年齡制定不同的輸液方案，減少輸液藥物帶來的不良反應，保證輸液質(zhì)量。智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)為臨床工作質(zhì)量控制提供了有力的工具，為進一步提升診療服務水平提供重要數(shù)據(jù)支撐。但本系統(tǒng)對輸液容器識別，即塑料袋和玻璃瓶仍存在不足，仍需要護士人工確定；并且在患者移動時，數(shù)據(jù)波動較大，在后續(xù)應對輸液容器識別和監(jiān)測算法進行改進，進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適用性。

本文通過使用微重力傳感器和低功耗藍牙技術(shù)建設了智慧輸液監(jiān)測系統(tǒng)，以智慧化手段監(jiān)測輸液進程，提高了臨床工作效率和質(zhì)量，為患者提供了智慧醫(yī)療服務，打造了安靜舒適的病房環(huán)境，提升了患者就醫(yī)滿意度。通過不斷加強智慧醫(yī)院建設，為推進健康中國建設，努力全方位、全周期保障人民健康做出有力探索。