醫(yī)用輸液監(jiān)護(hù)器的設(shè)計(jì)

馬 將，楊 昆，文宇橋，鐘朵莉

(1.四川理工學(xué)院自動(dòng)化與電子信息學(xué)院，四川 自貢 643000;2.自貢市第四人民醫(yī)院，四川 自貢 643000;3.中國聯(lián)通自貢分公司，四川 自貢 643000)

靜脈輸液是一種最常用的臨床治療方法［1］。目前，醫(yī)院進(jìn)行臨床輸液時(shí)，輸液速度的調(diào)節(jié)一般由病人或醫(yī)院護(hù)士來完成，效率不高。特別是在患者增多，醫(yī)護(hù)人手緊張的情況下，這個(gè)矛盾尤為突出［2］。在長時(shí)間的靜脈輸液過程中，對護(hù)士來說，需要時(shí)刻保持緊張情緒，精神壓力極大;對患者來說，如果沒有陪護(hù)人員，患者必須自己時(shí)刻關(guān)注輸液情況，休息時(shí)間得不到保障，從而影響治療效果。并且，如果稍有不慎，就極有可能導(dǎo)致更換藥液不及時(shí)，對患者造成一定的傷害，容易出現(xiàn)靜脈回血現(xiàn)象。因此，傳統(tǒng)的人工輸液監(jiān)護(hù)形式有不少弊端，研制一種智能輸液監(jiān)控器，對患者輸液過程進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)智能管理是醫(yī)院今后發(fā)展不能忽視的必然趨勢［3］。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。輸液監(jiān)護(hù)器由單片機(jī)作為主控器件，外圍硬件電路包括輸液檢測模塊、電源模塊、按鍵模塊、LED模塊以及報(bào)警模塊組成，單片機(jī)內(nèi)部的軟件應(yīng)用程序由C語言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

因?yàn)檩斠罕O(jiān)護(hù)器直接固定在輸液器上，且從便于移動(dòng)性角度考慮，整個(gè)電路板應(yīng)以輕巧為主。因此，系統(tǒng)選取NOKIA手機(jī)電池作為系統(tǒng)電路電源。STC12C5206AD單片機(jī)作為系統(tǒng)核心芯片。

STC12C5206AD單片機(jī)為窄體直插式封裝28腳，23個(gè)I/O端口，比51系列單片機(jī)體積小、重量輕。該芯片帶有8路8-bit高速A/D轉(zhuǎn)換通道，兩路PWM輸出，UART串行通信，6KB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器及帶有內(nèi)部E2PROM，支持在系統(tǒng)可編程和在應(yīng)用可編程(ISP/IAP)功能，比傳統(tǒng)80C51速度快到6～12倍，價(jià)格低廉［4］。STC12C5A60AD自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，其A/D轉(zhuǎn)換口在P1口上(P1.7-P1.0)，可進(jìn)行模擬信號(hào)測量、電池電壓檢測、按鍵掃描等功能。單片機(jī)上電復(fù)位后，P1口為弱上拉型的I/O口，此時(shí)可以通過軟件進(jìn)行設(shè)置，將8路中的任何一路設(shè)為A/D轉(zhuǎn)換，而剩余的口不受影響，仍可繼續(xù)作為I/O口使用。

2.1 輸液檢測模塊

目前，采用光電檢測技術(shù)［6］實(shí)現(xiàn)滴速檢測是常用的方法。系統(tǒng)選用槽式光電開關(guān)LTH-301-32作為檢測液滴的傳感器。光電開關(guān)LTH-301-32槽口與輸液器莫菲氏管直徑基本一致，因此非常適用于本系統(tǒng)。LTH-301-32紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光穿過莫菲氏管照射到接收管，當(dāng)莫菲氏管中沒有藥液滴過時(shí)，光線衰減變?nèi)?，此時(shí)光電開關(guān)輸出電流比較強(qiáng);當(dāng)莫菲氏管中有藥液滴過時(shí)，光線會(huì)因?yàn)樗幰喊l(fā)生吸收和散射現(xiàn)象，光電開關(guān)只能得到比較弱的光信號(hào)，因此輸出的電流比較弱。因此，根據(jù)光電開關(guān)輸出電流的強(qiáng)弱就可判斷是否有液滴滴下。

2.2 報(bào)警模塊電路

當(dāng)輸液過程異?；蜉斠和戤厱r(shí)，輸液監(jiān)護(hù)器會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，可選用壓電式蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)這一功能。報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。壓電式蜂鳴器工作時(shí)約需10 mA的驅(qū)動(dòng)電流，由于單片機(jī)輸出信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，因此外接驅(qū)動(dòng)電路。蜂鳴器作為三極管Q2的集電極負(fù)載，當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲;Q2截止時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲，R4是限流電阻。

圖2 報(bào)警模塊電路

2.3 LED模塊

系統(tǒng)設(shè)計(jì)3個(gè)發(fā)光二極管作為指示燈，在程序中進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，可以通過發(fā)光二級(jí)管的明暗指示不同的工作狀態(tài)，有利于在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行調(diào)試。其中:D1為電源指示燈，當(dāng)電量不足時(shí)被點(diǎn)亮;D2為液滴檢測指示燈，每有一滴藥液滴落閃爍一次;D3為報(bào)警指示燈，當(dāng)輸液完畢或輸液速度異常時(shí)閃爍報(bào)警。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)程序流程圖

對輸液速度進(jìn)行測算可利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0實(shí)現(xiàn)，當(dāng)每滴液體經(jīng)過光電開關(guān)LTH-301-32時(shí)，都會(huì)引起單片機(jī)連接管口的電平變化。當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)下降沿時(shí)，就向T0輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器就會(huì)自動(dòng)做一次“+”運(yùn)算。因此，液滴產(chǎn)生的下降沿?cái)?shù)目就是液滴的數(shù)目。將計(jì)數(shù)器與定時(shí)器配合起來使用，可以使測量結(jié)果更加精確。

如何測算輸液滴速是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經(jīng)實(shí)測，每毫升藥液液滴數(shù)約在20滴左右?？梢酝ㄟ^輸液檢測模塊實(shí)際測量已滴下的液滴數(shù)量和每兩滴的時(shí)間間隔?；谝陨蠗l件，采用以下計(jì)算方法來計(jì)算輸液速度:

設(shè)從輸液初始每兩滴的時(shí)間間隔(單位:秒)分別為T1，T2，T3，……，TN，則每分鐘輸液速度為:前4滴:

從第5滴開始:

一般情況下，輸液速度為40～80滴/分，可以通過程序來預(yù)設(shè)輸液速度的范圍值，當(dāng)系統(tǒng)檢測到實(shí)際輸液速度超出預(yù)設(shè)值范圍時(shí)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管D3發(fā)出聲光報(bào)警。

4 系統(tǒng)運(yùn)行

輸液監(jiān)護(hù)器實(shí)物如圖4所示。

圖4 實(shí)物圖

在某市規(guī)模最大的一家三級(jí)甲等醫(yī)院進(jìn)行臨床測試，結(jié)果顯示，當(dāng)目測輸液滴速在60滴/分左右時(shí)，輸液監(jiān)護(hù)器不會(huì)報(bào)警;當(dāng)手工緩慢調(diào)節(jié)滴速至目測低于40滴/分或高于80滴/分時(shí)，輸液監(jiān)護(hù)器會(huì)馬上發(fā)出聲光報(bào)警提示;當(dāng)掐斷輸液管(模擬輸液堵塞或輸液結(jié)束狀態(tài))時(shí)，輸液監(jiān)護(hù)器也會(huì)馬上發(fā)出聲光報(bào)警提示。經(jīng)反復(fù)測試，無誤報(bào)現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

本文以單片機(jī)為系統(tǒng)核心，設(shè)計(jì)了一款輕巧便攜的輸液監(jiān)護(hù)器。當(dāng)有病人需要輸液時(shí)，將輸液監(jiān)護(hù)器固定在輸液器的莫菲氏管上，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測輸液情況。臨床測試表明，此輸液監(jiān)護(hù)器操作簡單，安全可靠，可以使護(hù)士從繁重的工作中解脫出來，有精力投入到其他工作中。同時(shí)，也會(huì)使患者不再把精力和注意力放在輸液治療上，可以更好的得到休息，而且不需要額外的陪護(hù)人員進(jìn)行護(hù)理。這樣，既節(jié)約了人力，又充分利用了護(hù)士資源。

可以預(yù)測，醫(yī)用輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢將是把通信技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)更加精密可靠，并且成本低廉，易于推廣。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)化和智能化也是輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。

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