基于物聯網技術的臨床醫療護理監測系統研究

陳海淇

帶路國際眾創空間 遼寧 沈陽 110000

引言

利用各類電子設備，物聯網技術可以充分發揮設備的信息傳感作用，對監測對象進行識別和判斷，即使對于移動狀態下的物體，物聯網技術也可以進行實時的追蹤與監測。在臨床醫療診治過程中，存在著諸多移動設備和移動工作，結合智慧醫療的建設需求，將臨床醫療護理與物聯網技術相融合，設計更智能化的技術方案，有利于突破智慧醫療的建設瓶頸。

1 物聯網技術在臨床醫療護理監測系統設計中的應用情況

在臨床醫療領域中，物聯網技術主要還是應用于對醫護人員、患者和醫療設施的信息定位上，比如醫護人員身份識別、藥品名稱識別、病人體征信息識別等方面，但是在高智能化護理監測方面，其應用依舊存在上升空間。在常規醫療流程監控中，大多數醫院還是以人工巡視的方式對病人的診治情況進行監督和判斷，而伴隨著科學技術的飛速發展，各類智能化的移動設備在移動醫療領域逐漸受到了重視。目前，僅從臨床護理靜脈輸液的監測來看，物聯網技術的加入使其得到了更智能化的發展，國內外對于輸液點滴的自動監測也進行了大量的研究與分析，例如，輸液泵的存在可以更精準地監測臨床輸液的點滴速度，促使藥物可以在勻速、安全的狀態下輸送至病人體內，一旦在輸液過程中出現氣泡或者輸液臨近完成時，監測系統就可以自動做出響應，并產生警報。但是輸液泵的存在需要消耗大量的建設成本，導致這一技術未能得到良好的普及和應用，而物聯網技術的加入與優化勢必會實現護理監測系統的逐步完善。

2 物聯網技術視角下的臨床醫療護理監測系統設計方案

2.1 軟件部分

對于臨床醫療護理監測系統的軟件設計，可以依據系統需求的不同，將監測系統下位機終端設備的軟件部分分成兩個方面進行研究和探討，其一為終端監測軟件，由其實現各個臨床醫療護理監測工作程序的信息采集與處理，同時還具備一定的數據控制功能；其二為通訊系統設計，依據監測系統中各個系統的運作模塊，為其設計更具有個性化的通信方案，以此有效提升護理監測數據傳輸的實時性。

2.1.1 采集終端設計。為了確保護理監測系統的運行平穩性，在對其采集終端軟件進行設計時，盡可能采用ATMEL研發的8位高速處理器，單片機選擇atmegal6即可，第三方編譯軟件可以選擇ICC AVR。相較于市面上其他更為常見的編譯器，ICC AVR是一種可以承擔C語言運行標準的mcu程序編譯工具，除了具備編輯代碼、項目管理、C編譯器等常見功能之外，ICC AVR還可以初始化設備、調試終端等，具有技術先進、操作便捷、用途廣泛的特點，適用于Win 98、Win ME、Win XP等各種常見的運行環境。

輸液信息的采集和管理是臨床醫療監測的重點內容，將其作為護理監測系統的主要模塊，有利于提升系統的環境適應性。在設計這一部分的軟件終端程序時，可以以模塊化設計的形式進行，并對其總集進行細化處理，將其分解成一個主程序和若干個子程序，根據使用功能和運行標準的不同，為其打造更個性化的程序設計方案[1]。使用這一方式進行輸液采集終端的設計，可以有效降低整個軟件程序的運行難度，使得軟件程序設計和調試環節變得更加簡便，對于后期的功能維護和應用拓展具有一定的現實意義。

2.1.2 通訊系統設計。在護理監測系統中的通訊模塊設計環節，可以將Zig Bee作為主要的通信模式，這種以無線的形式實現數據通信，可以促使輸液信息采集終端與后臺數據管理之間的信息傳遞與輸送更為流暢，在這一模式下，Zig Bee直接被視為監測系統的信號載體，可以作為信息交換與傳輸的載體而存在。在設計Zig Bee網絡的運作模塊時，還應當結合臨床醫療護理的行業特點，打造更具有臨床適應性的技術方案，例如，對于Zig Bee中的無線通信模塊，可以將CC530作為模塊主要形式，并對其進行老化測試，待測試通過后，即可賦予該模塊通信協議棧，配以串口模式，使得CC530可以直接與上位機系統聯系。為了提升使用者的使用舒適度，還可以為CC530設計獨立的開發工具，重點對信道、發射功率等參數進行優化設計，使得模塊操作更簡便易懂。

針對臨床醫療護理監測的使用特點和運行需求，在該系統的星形拓撲網絡設計方面，還應當重點對護士站主控機進行強化設計。由于在整個護理監測系統中，位于護士站的主控機幾乎承擔著整個監測系統的運行協調作用，因此它需要直接對各個子程序的網絡運行加以維護，并利用PC軟件進行遠程控制[2]。當其下設的子協調器接收到護士站主機的命令信號后，協調器會立即搭載網絡模塊，并將實時的創建結果直接反饋給主機，當系統中的網絡建立成功后，各個臨床病房的輸液信息及終端節點的相關信息就會留存在網絡數據中，位于護士站的操作者即可在第一時間接收相關信號，并進入下一流程的作業中去。

2.2 硬件部分

2.2.1 系統硬件電路設計。在系統硬件電路的設計環節，最先進行的就是控制器件的選擇，考慮到建設成本及芯片使用功能，應當依據護理監測系統的產品設計需求選擇更合適的單片機，從而不斷提升整個系統硬件部分的性價比和運行穩定性。與市面上其他型號的單片機運行質量相比，2AVR具有更強大的運行功能，同時，還可以承載高速的運行效率，具有運行功率消耗低、I/O口功能強大、成本低、易操作的使用特點，Atmega48、 Atmega8、Atmega16等型號可以勝任護理監測系統的基本運行需求。綜合考慮單片機的使用性能和護理監測系統的建設需求，可以選擇Atmega16（如圖1所示）作為整個電路的主控芯片，這類單片機的運行功耗更小，且開發更為簡便；而對于病房的硬件電路，則需要選擇STM32F103作為主要的單片機，這類單片機內部置有總線控制器模塊，可以有效簡化病房系統的硬件設計。

圖1 Atmega16單片機

在選擇護理監測系統的CAN收發器時，也應當從物聯網技術的應用視角入手，針對臨床醫療的護理監測需求，選擇更穩定的病房呼叫系統設計方案，將CAN總線作為信息數據傳輸的主要載體，并將STM32作為主控芯片，在主控芯片和CAN總線之間搭建一個CAN收發器，使得CAN網絡的信息傳輸更穩定、可靠。在以往的設計案例中，三極管是CAN收發器較為常見的結構形式，PCA82C250等收發器使用較為廣泛，但是這類收發器也存在著一定的限制因素且電磁輻射難以控制，容易出現更大角度的斜率問題[3]。通過設計優化，技術人員可以選擇結型場效應管作為CAN收發器的主要形式，并配以自動化的斜率控制程序，使得系統的電磁輻射更小，有效提升系統的抗干擾能力。

2.2.2 呼叫系統設計。針對臨床醫療病房呼叫系統的設計需求，在對其硬件電路安裝環節進行設計優化時，應當圍繞主機電路和病房控制單元的使用環境，將兩個獨立的電路系統以CAN總線作為傳輸載體，使得數據信號傳輸更高效。其中，對于位于護士站的主機電路呼叫系統，應當將呼叫信息報警、呼叫床位號顯示作為主要的呼叫系統設計對象；而對于病房控制單元，結合運行環境，可以將其分成3個子單元，分別對病房床頭呼叫、衛生間呼叫、呼叫指示燈3個子單元進行設計，配備獨立的控制按鈕。

為了進一步提升呼叫系統的運行穩定性，應當以STM32單片機作為最主要的核心控制器，配以CAN總線，使得護士站主機與患者病房的信息通訊更加流暢便捷，經過這一環節的設計，當患者或家屬有護理需求時，即可通過控制床頭或衛生間中的呼叫按鈕，啟動病房控制單元，當護士站主機接收到相關信號后，即可第一時間發出聲光報警信號，并在主站顯示呼叫的病房位置及床位號信息，使得臨床醫療護理更精準、快速。由于在系統運行過程中，病區報警聲的頻繁、長期響應可能會對常規的護理工作造成一定的影響，因此還需要針對這一問題，在護士站的主機附近增設一個報警復位按鈕，當護理人員接收到診療信號后，可以通過啟動復位按鈕，達到消警作用。由于不同使用場景下的系統按鈕的使用需求會有所不同，因此除了考慮到病房、衛生間呼叫按鈕位置的便捷性之外，還應當為衛生間按鈕增加一定的防水保護措施，避免水汽造成按鈕呼叫失敗等問題。

2.2.3 輸液信息采集設計。患者輸液情況的監測是臨床醫療護理監測系統設計的重要突破口，為了使患者輸液情況管理得更加智能化，可以將紅外線光電傳感技術與這一工作需求相結合，將人工巡視的方式轉變為紅外傳感器監測。紅外傳感器的存在并不會與輸液液體產生直接接觸，而是通過監測液體滴速進行計數。相較于傳統的電極法，紅外傳感器可以以更安全、高效的形式實現對滴速的管理，且從電路的設計及建造需求來看，紅外傳感器的電路設計更簡單，外界環境不會過度干擾紅外傳感器的監測結果，應用場景更廣泛，也更具有實用性。

直射式紅外線光電對管的存在為護理監測系統輸液信息采集的設計提供了更優質的技術方案。直射式光電對管使得發射管和接收管中間留有一定的間隙和距離，并以正對的形式分別放置在兩邊，可以有效避免信號干擾的發生。與LED較為相似的是，紅外發光管也同樣具有單向導電性，更適合在正向電壓環境下運行。當監測系統中存在正向電壓后，紅外發光管即可迅速接收信號，并向外界發射出紅外光，因此，在臨床實踐中，將發射管和接收管分別置于患者輸液器滴壺兩側，紅外線光電對管即可實時對滴液情況進行監測，并作出相應的反應。當電路通電后，紅外發射二極管就會向外界發射出一定數量的不可見紅外光束，如果患者輸液瓶內沒有液滴滴落，則紅外光光束可以以平行的形式，直接穿過滴壺，聯通接收管，觸發光電流信號。反之，當患者輸液瓶內有液滴滴落，液滴的存在就會導致發射管的紅外光信號被反射、吸收，接收管感受到的光信號就會有所減弱，光電流也會隨之降低，結合光電流的數值變化情況，護理人員即依據輸液報警監測，準確判斷出患者輸液的進展情況。

3 結束語

綜上所述，物聯網技術的應用可以使得臨床醫療護理監測工作更加智能、便捷，有效緩解了護理資源緊張等問題，但是從實踐角度來看，現有的技術方案存在著一定的使用束縛，無法充分發揮物聯網技術的應用優勢，因此，除了要站在物聯網技術的應用角度對護理監測系統的設計進行優化之外，還應當結合臨床護理的工作特點，分別從硬件、軟件兩個角度入手，針對通信呼叫、臨床監測等方面，打造更個性化的技術實施方案，使護理監測系統更穩定、可靠。