基于MATLAB 的微量注射泵證書生成與數據管理軟件的設計

茅曉棟

中國科學院大學附屬腫瘤醫院·浙江省腫瘤醫院 （浙江杭州 310022）

微量注射泵作為醫院常規必備的醫療設備，其應用有助于減輕醫護人員的工作強度、提高醫護人員的工作效率及護理水平[1]。微量注射泵工作時需要保持恒定的壓力和速度，以保證輸注藥液的精準度與安全性，確保患者得到安全有效的治療。因此，注射泵校準檢測工作有著十分重要的意義。我院于2018年6月申請獲執微量注射泵校準檢測的資質，并積極開展了此項工作。微量注射泵校準檢測工作除前期原始數據記錄外，還包括后續數據整理與計算、證書出具、結果統計和證書文件與原始數據存檔等，其中出具的證書包括計量站信息、送檢單位信息、被測件信息、測量設備信息、依據文件、環境條件和測量數據等；將原始數據計算并錄入證書的過程易產生錯誤[2]，且耗費時間與精力，同時原始數據與證書多為紙質文件或word 文檔，不利于后續證書查詢與數據追溯工作的開展。因此，本研究基于MATLAB 設計了微量注射泵證書生成與數據管理軟件（軟著證書號：5993549），以減輕大批量證書生成的煩瑣程度，提高后續檢索的便利性[3-4]。

1 軟件構成

微量注射泵證書生成與數據管理軟件主要由原始記錄錄入與數據計算系統、數據存儲文件、校準證書自生成系統、證書與原始記錄查詢系統及各微量注射泵的校準證書文件組成，如圖1所示，其中數據存儲文件為所有證書信息和原始數據的備份信息，各微量注射泵的校準證書文件為所有同期的校準證書文件所組成。

圖1 微量注射泵證書生成與數據管理軟件主要結構

1.1 原始記錄錄入與數據計算系統

原始記錄錄入與數據計算系統前端交互界面主體為數據交互界面（圖2），該界面主要分為3部分：（1）左側的結果呈現區域，該區域主要包含證書編號、出廠編號（設備序列號）及合格情況，用于展示數據信息已完整錄入，等待出具的證書文件；（2）右側的信息輸入區域，用于錄入醫用注射泵和輸液泵校準原始記錄表（圖3）中的被測件信息、環境條件和測量數據等相關信息，同時也用于顯示經計算后得到的流量相對示值誤差、流量相對示值重復性和阻塞報警誤差等信息；（3）下方的功能區域，主要由4個按鈕控件和提示性文本字段組成，分別為“證書出具”按鈕、“證書查詢”按鈕、“數據計算”按鈕、“數據保存”按鈕及“請先計算數據”文本，同時該文本字段也用于顯示當前微量注射泵檢測得到的數據是否符合JJF1259-2018《醫用注射泵和輸液泵校準規范》[5]中的相關最大允差。該系統后端邏輯算法可概括為 “原始記錄數據實時計算功能”與“原始記錄與證書信息存儲功能”。

圖2 原始記錄錄入與數據計算系統數據交互界面

圖3 醫用注射泵和輸液泵校準原始記錄表

1.2 校準證書自生成系統

校準證書自生成系統流程（圖4）如下：（1）讀取存儲文件內的證書數據信息；（2）通過已讀取的證書信息統計得到本輪需出具的證書數；（3）根據證書數構建證書出具循環，循環逐條讀取證書信息與相應的原始數據，并對其進行數據融合，證書信息存儲于存儲文件的統計目錄頁（圖5）內，原始數據存儲于存儲文件的編碼頁（圖6）處，兩者通過“證書編號”字段進行ID 校驗，校驗成功進入下一流程，否則退出循環，報錯并給予相應錯誤代碼；（4）將融合后的信息數據進行整理并通過“校準證書批量生成”功能出具證書文件（圖7）。經統計，該系統1 分鐘內可出具6～7 份證書文件，其效率遠高于人工填寫（2～3 分鐘可出具1 份證書文件），且不存在疲憊期，另外，當ID 校驗無誤后系統將不存在數據填寫錯誤與證書出具遺漏等問題，可確保檢測證書的準確性。

圖4 校準證書自生成系統流程

圖5 統計目錄頁

圖6 編碼頁

圖7 證書文件

1.3 證書與原始記錄查詢系統

證書與原始記錄查詢系統負責讀取存儲文件內的證書信息，并將其以列表的形式進行展示，展示內容包括證書編號、出廠序列號、使用科室、設備類型和合格情況等，如圖8 所示；同時，該系統通過輸入檢索條件與“校準證書檢索”功能，可對證書信息進行檢索，并將檢索后信息進行展示。

圖8 證書與原始記錄查詢頁面

為了更快捷地查詢證書文件和追溯原始數據，添加了右鍵菜單，通過該菜單可利用“校準證書與原始記錄查看”功能進行查看選中證書的證書文件和原始數據信息。

證書文件與原始數據查詢系統可加快證書文件檢索速度與原始數據的追溯速度，同時避免紙質證書易丟失、損壞的情況，實現了電子化辦公。

2 系統主要功能及實現

2.1 原始記錄數據實時計算功能

原始記錄數據實時計算功能算法主要用于實現微量注射泵檢測數據的計算，其觸發方式為點擊圖2數據交互界面功能區域中的“數據計算”按鈕。

醫用注射泵和輸液泵檢測儀（以下簡稱檢測儀）檢測得到的原始數據記錄于圖3醫用注射泵和輸液泵校準原始記錄表中，而證書文件需要的是原始數據經計算得到的流量相對示值誤差、流量相對示值重復性和阻塞報警誤差等數據[6]，因此原始記錄數據實時計算功能根據公式（1）～（4）編輯了相應的算法，以實現對原始數據的計算，并判斷計算結果是否符合表1中的流量示值的最大允許誤差和重復性，符合即合格，反之則為不合格，同時將合格情況關聯到功能區域中提示性文本字段。

表1 流量示值的最大允許誤差和重復性

δi為被校儀器第i校準點的流量相對示值誤差；Qi為被校儀器第i校準點的流量設定值（ml/h）；Q－i為檢測儀在第i校準點3次測量值的算術平均值（ml/h）；

bi為被校儀器第i校準點的流量相對示值重復性；R為檢測儀在第i校準點3次測量值的極差（ml/h）；Q－i為檢測儀在第i校準點3次測量值的算術平均值（ml/h）；

q為被校儀器阻塞報警絕對誤差（kPa）；qr為被校儀器阻塞報警相對誤差；ps為被校儀器阻塞報警設定值（kPa）[7-8]；pc為檢測儀測得的阻塞報警閾值（kPa）[9]。

原始記錄數據實時計算功能通過算法實現了數據計算與最后結果的判斷，免除了人工計算的步驟，提高了工作效率，減少了計算錯誤的發生概率。

2.2 原始記錄與證書信息存儲功能

原始記錄與證書信息存儲功能算法主要分為以下5部分：（1）判斷證書信息數據是否完整與原始數據是否已計算；（2）讀取數據交互界面信息輸入區域內的所有數據；（3）為了存儲文件可以直觀地展示所有證書文件信息，同時又需保留檢測儀檢測得到的原始數據，信息輸入區域內讀取的數據流不能直接用于存儲，整理數據流將其分為證書信息流與原始數據流，證書信息流包含證書編號、規格型號、出廠編號、制造單位、檢測日期、檢測環境溫濕度、合格情況和類型等，原始數據流包含證書編號、規格型號、出廠編號、原始數據及經計算后得到的流量相對示值誤差、流量相對示值重復性和阻塞報警誤差等數據；（4）調用matlab 內置的xlswrite 函數將證書信息流和原始數據流按存儲規則分別填寫至存儲文件的統計目錄頁和編碼頁處；（5）在結果呈現區域列表中顯示，同時對信息輸入區域內的數據進行重置，等待下一份證書數據錄入，如圖9所示，為更快地進行下一份原始記錄數據的錄入，信息輸入區域重置時，證書編號將根據上一份證書自動生成，其編碼規則為檢測日期加檢測序號，溫濕度、科室信息、設備型號、出產廠家等信息將暫時保留，若相同則不需要重復輸入，原始數據信息和提示性文本字段則進行初始化操作。

圖9 信息重置后的數據交互界面

2.3 校準證書批量生成功能

證書信息存儲在存儲文件內，但最后需要的正式證書文件如圖10所示。微量注射泵校準證書有著固定的格式，檢測人員需將微量注射泵各信息分別填寫至證書模板（圖11）的固定位置以進行證書出具，該過程煩瑣、枯燥且極容易出錯。由于該工作重復程度高，計算機程序算法可完美地替代人工操作，故利用MATLAB 算法編程實現了這一過程。

圖10 正式證書文件

圖11 證書模板

對于證書出具有著兩種思路：（1）創建式：完整地按微量注射泵校準證書固定格式創建新的證書文件，并在創建時將相應數據信息一一填入對應位置；（2）替換式：利用替換的形式實現證書文件出具，即將校準證書模板內容分為通用和需替換兩部分，通用部分為所有證書文件均相同的部分，此部分不進行修改，需替換部分則采用特殊標記暫替，例如“#01”，該標記在算法中代表微量注射泵的證書編號，算法運行時，將“#01”替換成真正的證書編號，即完成對證書文件證書編號的填寫，同理將證書文件內的所有特殊標記替換為相應數據信息即完成一份證書文件出具。

通過比較，創建式思路較替換式思路出具證書文件花費時間更長，因此校準證書批量生成功能采用了替換式思路，并構建了證書出具算法，首先將證書內容進行全選，然后進行特殊標記所在位置檢索，最后將該特殊標記所代表的數據信息替換完成該特殊標記數據信息的自動填寫，例如執行下方代碼即可實現對證書編號的填寫。

2.4 校準證書檢索功能

校準證書檢索功能應用于證書文件的后期檢索工作。以往查看一份證書文件需檢索人員翻找所有紙質文件查找，此過程費時費力且容易遺漏，所以本研究利用算法改善了該過程，實現了證書信息多字段模糊檢索功能，例如檢索人員輸入相應科室，檢索后列表將只顯示該科室的證書文件數據，這樣檢索人員可快速地檢索到需要的證書，大大提高了工作效率。

2.5 校準證書與原始記錄查看功能

為了更方便地進行證書的追溯工作，在圖8證書與原始記錄查詢頁面添加了右鍵菜單，以實現校準證書與原始記錄查看功能，菜單內容包括打開原始數據、查看證書文件。打開原始數據，即檢測儀檢測微量注射泵時需將相應數據記錄于醫用注射泵和輸液泵校準原始記錄表，而原始記錄表一般為紙質文件，需存檔且易丟失損壞、查詢工作煩瑣，因此軟件也將原始數據備份于存儲文件內，通過代碼進行調用顯示，當使用人員需體現該證書數據的追溯性時，選中需要證書信息，然后右鍵打開原始數據則出現原始數據呈現界面（圖12），可快速完成數據追溯。查看證書文件，即在日常工作中使用科室常遺失原有的證書文件，當其需要時，檢測人員需要查詢其設備序列號，通過序列號查找對應的證書編號，再通過證書編號翻找所有證書文件，以對該遺失證書文件進行重新出具，同樣該過程本研究也進行了相應的優化，檢測人員可以通過校準證書檢索功能找到遺失證書文件信息，然后右鍵菜單選擇查看證書文件則打開存檔于證書管理部門的證書備份文件，以完成證書的出具。

圖12 原始數據呈現界面

3 結語

微量注射泵證書生成與數據管理軟件的研制和應用大大提高了微量注射泵檢測工作的自動化程度，極大地降低了檢測工作的出錯概率和工作強度，減輕了后期證書文件管理與原始數據追溯的工作量，同時數據計算、證書批量生成、證書文件及原始數據查詢等算法也同樣適用于其他檢測量大、重復性工作程度高的計量檢測和設備質控管理工作，具有很強的擴展性。