一種智能化輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)

宋宇+翁新武

摘 要： 介紹了一種醫(yī)用輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一臺輸液中心管理PC機、一個輸液中心管理器、多個輸液監(jiān)控器、多個護士手持終端和多個中繼站。輸液監(jiān)控器利用紅外光電傳感器檢測輸液液位和滴速信息，通過無線方式發(fā)送至中繼站，中繼站再將信息轉發(fā)至輸液中心管理器，輸液中心管理器將信息集中處理后分發(fā)至在線護士手持終端機，并調度處于空閑的護士處理報警，同時通過上位機將數(shù)據(jù)上傳至輸液中心管理PC機進行可視化的管理。該系統(tǒng)具有無線接收患者輸液和報警信息，統(tǒng)一分配信息，智能調度護士和輸液信息集中管理等優(yōu)勢。

關鍵詞： 靜脈輸液； 遠程監(jiān)控； 無線報警； 軟件設計

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）03?0114?03

Intelligent management system for monitoring transfusion

SONG Yu， WENG Xin?wu

（College of Computer Science and Engineering， Changchun University of Technology， Changchun 130012， China）

Abstract： A monitoring and management system for medical transfusion is introduced， which includes one transfusion center management PC， one transfusion center manager， some transfusion monitor， some handheld terminal for nurses and some relay stations. The infrared photoelectric sensors is used in transfusion monitor to detect the information of liquid level and the dripping speed， the information is transmitted to the relay station wirelessly， and then transmitted to the transfusion center manager， after processed the information is sent to transfusion center management PC for visual management through upper computer. The system has the advantages of receiving transfusion and alarm information of patient wirelessly， unified information distribution， intelligent scheduling nurses and transfusion information centralized management， and so on.

Keywords： intravenous infusion； remote monitoring； wireless alarm； software design

0 引 言

目前，公知的輸液報警裝置都是在患者輸液結束后，通過輸液監(jiān)控器以有線或無線方式向護士站或護士手持終端發(fā)送報警信號，護士根據(jù)收到的報警信號再進行相應的處理。這種方式都是被動式的處理。以護士站為中心接收報警的為例，每次護士都需要回到護士站才能得知有沒有新的報警，而沒法在處理完一個情況后立即處理下一個情況。以護士手持終端為中心接收報警為例，有時可能幾個護士同時都去處理一個情況，而不能指定某一護士去處理。上述兩種情況下都沒有使護士護理效率最大化。

針對上述不足，本文提出了一種智能化輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結構框架

1.1 系統(tǒng)拓撲結構

本文介紹的智能化輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)包括一臺輸液中心管理PC機、一個輸液中心管理器、多個輸液監(jiān)控器、多個護士手持終端和多個中繼站。輸液中心管理PC機和輸液中心管理器置于護士站，輸液監(jiān)控器使用時置于病房的輸液管上，護士手持終端使用時每位護士一個，中繼站每個樓層置一個。輸液中心管理器和輸液中心管理PC機以串口線相連。考慮到有的病房和護士站距離較遠，如直接由輸液監(jiān)控器向輸液中心管理器發(fā)射信號的話，可能會因為多道墻的阻隔而導致丟包率上升，因此本系統(tǒng)在每層樓道上增加一個中繼站，同一樓層病房內的輸液監(jiān)控器向該中繼站發(fā)送信號，再由中繼站向輸液中心管理器發(fā)射信號，輸液中心管理器直接或通過中繼站向護士手持終端發(fā)射信號，這就減少了無線信號被多道墻阻擋導致丟包的問題，從結構上保證了系統(tǒng)工作的可靠性。因此本系統(tǒng)采用的是樹型拓撲結構，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)拓撲結構圖

1.2 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)的工作原理為： 輸液監(jiān)控器的傳感器把測試到的輸液液位、點滴速度信息及呼叫、摘換瓶和欠壓信號，由無線模塊把信息發(fā)送至輸液中心管理器，由輸液中心管理器對這些數(shù)據(jù)進行計算處理，再根據(jù)相關規(guī)則，將這些數(shù)據(jù)轉換為報警處理指示，轉發(fā)至護士手持終端，醫(yī)護人員根據(jù)護士手持終端提示進行操作，同時輸液中心管理器通過上位機將數(shù)據(jù)上傳至輸液中心管理PC機，方便查看、管理患者輸液情況及調度護士進行報警處理。

2 硬件電路

本系統(tǒng)主控芯片都采用ATmega16L單片機，外接8 MHz晶振，芯片內有模擬比較器、10位A/D轉換、看門狗及電源管理等功能，無線通信模塊都采用SRW1012模塊，工作頻率為435 MHz，GFSK調制方式，采用3.7 V鋰電池經XC6206P332MR穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓到3.3 V作為系統(tǒng)電源。

輸液監(jiān)控器采用槽型紅外光電開關作為輸液液位、點滴速度檢測傳感器，點滴速度檢測傳感器檢測到的信號作為ATmega16L模擬比較器的負極輸入信號，ATmega16L模擬比較器的正極輸入作為檢測門限，輸液液位檢測信號作為ATmega16L的A/D轉換輸入。輸液速度調節(jié)器采用微型步進電機作為伺服機構，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，使電機正傳或反轉帶動夾持器夾緊或放松滴管，從而達到調節(jié)滴速的目的。并設置4個功能鍵， 8位數(shù)碼管作為鍵盤顯示單元，分別顯示病房號、床位號及點滴速度。輸液監(jiān)控器硬件原理框圖如圖2所示。

圖3為輸液中心管理器硬件原理框圖。時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片，作為輸液信息的記錄時間，SD卡用于存儲輸液和報警信息，UART接口采用MAX232作為上微機電平轉換芯片，采用LCD液晶屏作為顯示屏，設有4個功能鍵，聲光振動報警單元包括一個LED和一個蜂鳴器。

圖2 輸液監(jiān)控器硬件原理框圖

圖3 輸液中心管理器硬件原理框圖

圖4為護士手持終端硬件原理框圖。護士手持終端為方便顯示輸液信息及報警情況采用 LCD作為顯示屏，設有4個功能鍵，并設有LED提示燈、蜂鳴器和振動馬達作為提示。

圖4 護士手持終端硬件原理框圖

圖5為中繼站硬件原理框圖。中繼站主要完成將輸液監(jiān)控器上傳的數(shù)據(jù)轉發(fā)至輸液中心管理器和建立網(wǎng)絡的功能，這需要長時間的不間斷運行，所以中繼站的功耗較大，最好能夠工作在有外接電源或容量較大的電池供電的條件下。

圖5 中繼站硬件原理框圖

3 軟件設計思想

3.1 通信協(xié)議

輸液監(jiān)控器向輸液中心管理器發(fā)送的輸液和報警信息有：病房號、病床號、輸液信號、換瓶信號、摘瓶信號、呼叫信號、欠壓信號；輸液中心管理器向輸液監(jiān)控器發(fā)送應答信號。

輸液中心管理器向護士手持終端機發(fā)送的數(shù)據(jù)有：護士手持終端機地址、病房號、病床號、輸液信號、換瓶信號、摘瓶信號、呼叫信號、欠壓信號、報警處理建議信號、撤銷報警信號；護士手持終端機向輸液中心管理器發(fā)送的數(shù)據(jù)有：護士手持終端機地址、開關機狀態(tài)、正在處理信號、處理完畢信號、處于空閑信號、應答信號。

3.2 各節(jié)點軟件設計

3.2.1 輸液監(jiān)控器軟件設計

（1） 病房號、病床號設置：按 “設定”鍵，可依次選擇病房號和病床號，選擇某一位時，該位數(shù)碼管將閃爍，按“置數(shù)”鍵在0～9循環(huán)改變其數(shù)值，設定好后，再按“設定”鍵，退出病房號、病床號設置，進入滴速設置；

（2） 滴速設置：此時滴速顯示數(shù)碼管將閃爍，置數(shù)方法和病房號設置一樣，設置好滴速后，液滴速度會自動通過滴速調節(jié)器及滴速檢測傳感器將滴速調節(jié)到設定的滴速；

（3） 摘/換瓶報警設置：按“摘換”鍵，按鍵按下表示換瓶報警類型，反之，按鍵彈起表示摘瓶報警類型；

（4） 輸液報警：液輸完畢，輸液監(jiān)控器的阻斷裝置將自動阻斷輸液，防止回血發(fā)生，同時蜂鳴器將發(fā)出“滴?滴”的鳴叫聲， LED指示燈閃爍，提醒患者，并自動向輸液中心管理器發(fā)送換瓶或摘瓶報警信號；

（5） 一鍵呼叫：如果患者有特殊護理要求，按“呼叫”鍵；護士站接到呼叫信號后，指令護士處理。

3.2.2 輸液中心管理器軟件設計

（1） 報警處理規(guī)則：輸液中心管理器接到輸液和報警信息，發(fā)出“滴?滴?滴”的提示聲，迅速將報警情況轉發(fā)給全部在線的護士手持終端機及輸液中心管理PC機；按照優(yōu)先級從高到低的換瓶、摘瓶、呼叫、電池欠壓、輸液的報警順序和時間先后順序進行排序顯示，并按照顯示的順序，指令護士輪流處理；

（2） 信息共享：當護士處理完指令事項后，護士要發(fā)處理完指令事項的信息；輸液中心管理器將收到處理完畢信號，此時會向所有在線護士手持終端機發(fā)送撤除該條報警信息，并存入FLASH存儲器，以備查看；

（3） 異常情況：在有患者輸液但沒有護士手持終端機在線時，輸液中心管理器將發(fā)出長“滴?滴”的告警聲音，直到有護士手持終端機在線，接受指令后，停止告警。

3.2.3 護士手持終端機軟件設計

（1）開關機設置：護士手持終端機開機后，自動向輸液中心管理器報告開機信息，護士手持終端機開機的數(shù)量將代表護士值班人數(shù)，護士手持終端機每次開機時，會接收到輸液中心管理器發(fā)來的所有當前輸液情況；護士手持終端機關機時，將自動發(fā)送離線信號到輸液中心管理器后再斷電，輸液中心管理器將不再發(fā)送信息至該護士手持終端機；

（2） 報警提示：護士手持終端機接到輸液中心管理器發(fā)來的指令，第二聲光振動報警單元的蜂鳴器會連續(xù)發(fā)出兩次“滴?滴?滴”的聲音提示信號，LED指示燈連續(xù)閃爍，振動馬達會連續(xù)發(fā)出“嘟?嘟?嘟”的振動提示信號，提醒護士接收報警信息和處理指令；

（3） 處理方法：護士按照輸液中心管理器發(fā)來的處理建議，通過按“確定”鍵向輸液中心管理器發(fā)送接收該處理指令；護士處理完事項后，再按“確定”鍵，護士手持終端機會自動向輸液中心管理器發(fā)送指令處理完畢信號，此時該條報警信息將刪除；

（4） 狀態(tài)設置：按“狀態(tài)”鍵選擇處于工作狀態(tài)還是空閑狀態(tài)，“狀態(tài)”鍵按下表示處于工作狀態(tài)，反之，“狀態(tài)”鍵彈起表示處于空閑狀態(tài)，處于工作狀態(tài)時則不能接收報警處理建議。

3.2.4 中繼站軟件設計

（1） 轉發(fā)數(shù)據(jù)：轉發(fā)輸液監(jiān)控器輸液信息至輸液中心管理器，轉發(fā)輸液中心管理器的應答信號至輸液監(jiān)控器；轉發(fā)護士手持終端所在位置及狀態(tài)信息至輸液中心管理器，轉發(fā)輸液中心管理器的報警信息及處理建議至護士手持終端；

（2） 優(yōu)先級：優(yōu)先轉發(fā)輸液監(jiān)控器給輸液中心管理器的信號，其次轉發(fā)輸液中心管理器給護士手持終端的信號，再轉發(fā)輸液中心管理器給輸液監(jiān)控器的信號，最后轉發(fā)護士手持終端給輸液中心管理器的信號；

（3） 工作狀態(tài)：在未轉發(fā)數(shù)據(jù)時處于接收狀態(tài)，先接收到的數(shù)據(jù)先轉發(fā)，未發(fā)送成功的，經短暫延遲后再發(fā)，直至轉發(fā)成功，處于發(fā)送狀態(tài)時不接收數(shù)據(jù)。

3.2.5 上位機軟件設計

輸液管理中心PC機負責對全部的節(jié)點進行可視化的管理，包括對網(wǎng)絡節(jié)點的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、滴速異常報警、輸液完畢報警和系統(tǒng)參數(shù)設置等功能。軟件使用 VB 進行開發(fā)，本輸液監(jiān)控管理軟件主要適用于靜脈輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)的全部工作過程的控制，采用菜單式界面，直觀明了、操作簡單，具備監(jiān)視、控制、設定、記錄、查檔、打印、出現(xiàn)輸液故障語音提示等功能。

4 結 語

通過實際應用表明，該系統(tǒng)具有精度高、穩(wěn)定可靠、組網(wǎng)靈活、提前預警、統(tǒng)一分配信息、智能調度護士和輸液信息集中管理等優(yōu)勢，護士隨時隨地對整個病區(qū)的所有病房的詳細輸液信息一目了然，從而為患者能夠提供及時有效的護理以及醫(yī)院的智能化、網(wǎng)絡化、規(guī)范化的管理提供了極大地保障。該系統(tǒng)可進一步推廣使用在其他醫(yī)療監(jiān)護領域，如獲取病人的血壓、體溫、心率及其他病理信號。

參考文獻

[1] 姚運萍，張育斌，陳宇，等.基于單片機的智能輸液裝置控制系統(tǒng)的設計[J].陜西科技大學學報，2010，28（4）：83?87.

[2] 吳飛，楊宏橋，張矚熹.基于ZigBee的醫(yī)院病區(qū)護理智能化無線監(jiān)護系統(tǒng)[J].中國醫(yī)療設備，2008，28（10）：13?15.

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[5] 陳勁松，徐學群.基于以太網(wǎng)的醫(yī)院病人體溫遠程自動檢測系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術，2011，34（11）：60?62.

[6] 崔智軍，朱偉.基于ZigBee的無線呼叫醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術，2012，35（23）：32?33.

（4） 狀態(tài)設置：按“狀態(tài)”鍵選擇處于工作狀態(tài)還是空閑狀態(tài)，“狀態(tài)”鍵按下表示處于工作狀態(tài)，反之，“狀態(tài)”鍵彈起表示處于空閑狀態(tài)，處于工作狀態(tài)時則不能接收報警處理建議。

3.2.4 中繼站軟件設計

（1） 轉發(fā)數(shù)據(jù)：轉發(fā)輸液監(jiān)控器輸液信息至輸液中心管理器，轉發(fā)輸液中心管理器的應答信號至輸液監(jiān)控器；轉發(fā)護士手持終端所在位置及狀態(tài)信息至輸液中心管理器，轉發(fā)輸液中心管理器的報警信息及處理建議至護士手持終端；

（2） 優(yōu)先級：優(yōu)先轉發(fā)輸液監(jiān)控器給輸液中心管理器的信號，其次轉發(fā)輸液中心管理器給護士手持終端的信號，再轉發(fā)輸液中心管理器給輸液監(jiān)控器的信號，最后轉發(fā)護士手持終端給輸液中心管理器的信號；

（3） 工作狀態(tài)：在未轉發(fā)數(shù)據(jù)時處于接收狀態(tài)，先接收到的數(shù)據(jù)先轉發(fā)，未發(fā)送成功的，經短暫延遲后再發(fā)，直至轉發(fā)成功，處于發(fā)送狀態(tài)時不接收數(shù)據(jù)。

3.2.5 上位機軟件設計

輸液管理中心PC機負責對全部的節(jié)點進行可視化的管理，包括對網(wǎng)絡節(jié)點的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、滴速異常報警、輸液完畢報警和系統(tǒng)參數(shù)設置等功能。軟件使用 VB 進行開發(fā)，本輸液監(jiān)控管理軟件主要適用于靜脈輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)的全部工作過程的控制，采用菜單式界面，直觀明了、操作簡單，具備監(jiān)視、控制、設定、記錄、查檔、打印、出現(xiàn)輸液故障語音提示等功能。

4 結 語

通過實際應用表明，該系統(tǒng)具有精度高、穩(wěn)定可靠、組網(wǎng)靈活、提前預警、統(tǒng)一分配信息、智能調度護士和輸液信息集中管理等優(yōu)勢，護士隨時隨地對整個病區(qū)的所有病房的詳細輸液信息一目了然，從而為患者能夠提供及時有效的護理以及醫(yī)院的智能化、網(wǎng)絡化、規(guī)范化的管理提供了極大地保障。該系統(tǒng)可進一步推廣使用在其他醫(yī)療監(jiān)護領域，如獲取病人的血壓、體溫、心率及其他病理信號。

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（4） 狀態(tài)設置：按“狀態(tài)”鍵選擇處于工作狀態(tài)還是空閑狀態(tài)，“狀態(tài)”鍵按下表示處于工作狀態(tài)，反之，“狀態(tài)”鍵彈起表示處于空閑狀態(tài)，處于工作狀態(tài)時則不能接收報警處理建議。

3.2.4 中繼站軟件設計

（1） 轉發(fā)數(shù)據(jù)：轉發(fā)輸液監(jiān)控器輸液信息至輸液中心管理器，轉發(fā)輸液中心管理器的應答信號至輸液監(jiān)控器；轉發(fā)護士手持終端所在位置及狀態(tài)信息至輸液中心管理器，轉發(fā)輸液中心管理器的報警信息及處理建議至護士手持終端；

（2） 優(yōu)先級：優(yōu)先轉發(fā)輸液監(jiān)控器給輸液中心管理器的信號，其次轉發(fā)輸液中心管理器給護士手持終端的信號，再轉發(fā)輸液中心管理器給輸液監(jiān)控器的信號，最后轉發(fā)護士手持終端給輸液中心管理器的信號；

（3） 工作狀態(tài)：在未轉發(fā)數(shù)據(jù)時處于接收狀態(tài)，先接收到的數(shù)據(jù)先轉發(fā)，未發(fā)送成功的，經短暫延遲后再發(fā)，直至轉發(fā)成功，處于發(fā)送狀態(tài)時不接收數(shù)據(jù)。

3.2.5 上位機軟件設計

輸液管理中心PC機負責對全部的節(jié)點進行可視化的管理，包括對網(wǎng)絡節(jié)點的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、滴速異常報警、輸液完畢報警和系統(tǒng)參數(shù)設置等功能。軟件使用 VB 進行開發(fā)，本輸液監(jiān)控管理軟件主要適用于靜脈輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)的全部工作過程的控制，采用菜單式界面，直觀明了、操作簡單，具備監(jiān)視、控制、設定、記錄、查檔、打印、出現(xiàn)輸液故障語音提示等功能。

4 結 語

通過實際應用表明，該系統(tǒng)具有精度高、穩(wěn)定可靠、組網(wǎng)靈活、提前預警、統(tǒng)一分配信息、智能調度護士和輸液信息集中管理等優(yōu)勢，護士隨時隨地對整個病區(qū)的所有病房的詳細輸液信息一目了然，從而為患者能夠提供及時有效的護理以及醫(yī)院的智能化、網(wǎng)絡化、規(guī)范化的管理提供了極大地保障。該系統(tǒng)可進一步推廣使用在其他醫(yī)療監(jiān)護領域，如獲取病人的血壓、體溫、心率及其他病理信號。

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