醫(yī)院輸液智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

毛天宇 戴艷茹 陳丹

摘要：在護理病人的過程中，時刻關(guān)注病人輸液情況是會使患者家屬的感到疲憊，容易造成醫(yī)療事故。對此，本文設(shè)計了一種醫(yī)院輸液智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于單片機技術(shù)與無線通訊技術(shù)，通過紅外對管檢測液滴流速，通過步進電機控制輸液速度，在利用無限通訊將患者輸液信息上傳到上位機。該系統(tǒng)大大減輕了醫(yī)護人員的壓力、減少了靜脈輸液期間醫(yī)療事故發(fā)生的幾率。

關(guān)鍵詞：輸液控制，單片機，無線通訊

1 引言

當下，人口老齡化變得越來越嚴重，隨之而來的醫(yī)療壓力與日俱增。在治療過程中，輸液是基本每個患者都要經(jīng)歷的，特別是病情嚴重的，輸液的時間要更長。長時間、不能停止地關(guān)注輸液情況，給陪護人員帶來了很大的壓力，讓他們得不到休息。所以，采用先進的、智能的醫(yī)療監(jiān)控手段來減輕護士以及陪護人員的壓力是必要的。采用這樣的監(jiān)控手段，還方便了獨自就醫(yī)的患者。他們在輸液的時候可以放心地休息，治療效果會更好。

傳統(tǒng)的靜脈注射全憑醫(yī)護人員的經(jīng)驗和觀察來度輸液流速做調(diào)整，實際的輸液速度受主觀因素的影響很大，通常情況下是不夠準確的。特別是對于手術(shù)中和手術(shù)后的及其他特殊病情的患者，這種不規(guī)范的輸液方式會造成藥物的浪費，甚至導(dǎo)致病情的惡化。

為了解決以上兩個問題，有必要設(shè)計一個造價低，精確度較高，穩(wěn)定性強的醫(yī)院輸液智能監(jiān)控系統(tǒng)。

2 總體設(shè)計方案

整個系統(tǒng)由分為上位機和下位機兩個部分。下位機以AT89C52單片機為核心，上位機軟件由LabVIEW編程完成，上位機與下位機的通訊由NRF24L01無線模塊實現(xiàn)，總體設(shè)計如圖1所示。

AT89C52單片機通過光電傳感器測量液滴滴速，通過步進電機控制液體流速。用戶輸入患者信息，開始輸液后，單片機把這些信息上傳給上位機統(tǒng)一管理。下位機設(shè)計主要分為鍵盤輸入、數(shù)碼管顯示、滴速測量、液位檢測、電機控制及無線通訊六個部分，它們都通過電路設(shè)計及C語言編程來實現(xiàn)。PC上位機利用LabVIEW編程實現(xiàn)圖形化控制管理界面，實時監(jiān)測輸液情況，并實現(xiàn)輸液完成預(yù)警，上位機根據(jù)收到的數(shù)據(jù)判斷出需要人工服務(wù)先后順序，并顯示在屏幕上。

3 硬件設(shè)計

3.1滴速及液位檢測模塊

該模塊利用紅外對管測量液體流速，發(fā)生管型號為R204，接收管型號為。將發(fā)射管與接收管相對放置，高度為8mm，兩管相距16mm。其電路圖如圖2所示。為了避免外界光的干擾，用黑色膠套包裹住對管頭部，僅露出一小部分保證信號的發(fā)射和接收。沒有液體滴落時，接收端的輸出為5V左右的高電平；有液體滴落的時候，由于液滴對光的吸收和散射，接收端的輸出信號會降低到3V左右。通過比較器LM393來調(diào)理輸出信號波形，可得到較為理想的方波信號。輸出信號通過7號引腳與單片機的P3.3引腳連接。單片機計算相鄰兩個下降沿的時間即可計算出液體的滴速。液位的檢測原理與滴速的檢測原理類似，它用來檢測液體是否滴完。其電路圖如圖3所示。

3.2電機控制模塊

該模塊實現(xiàn)速度控制的執(zhí)行機構(gòu)。采用28BYJ-48型號的步進電機，它的輸入為5V，可直接與單片機共用電源。驅(qū)動模塊選用ULN2003，使用該驅(qū)動只需將IN1～IN4接口與單片機的I/O連接。通過步進電機對卡夾裝置兩臂張角大小的控制可實現(xiàn)對流速的控制。當檢測到輸液完成后時，電機夾死輸液管。

3.3 顯示模塊

該模塊重要功能是顯示患者編號，藥液滴速，滴速上下限信息。為了降低整個系統(tǒng)的功耗，采用兩位數(shù)碼管來顯示各種參數(shù)，通過按鍵的配合可以手動切換顯示信息。數(shù)碼管顯示模塊選用的是共陰極數(shù)碼管，兩個數(shù)碼管并排顯示，分別顯示十位與個位。

3.4 鍵盤輸入模塊

下位機的鍵盤用來設(shè)置患者的輸液信息，可設(shè)置的參數(shù)有：預(yù)設(shè)滴速、患者編號、輸液量。鍵盤包括3個按鍵，包括：設(shè)定、+、-。以AT89C52單片機的P3口的高3位用作信息輸入按鍵的I/O口。此外，還設(shè)計了復(fù)位按鍵。護士更換完輸液袋或者輸液完成后，按下此按鍵即可自動重置。

3.5 無線通訊模塊

該模塊主要用于實現(xiàn)單片機與上位機之間的通訊。單片機將接收到的數(shù)據(jù)通過發(fā)送端無線傳輸至上位機接收端。本系統(tǒng)選用的NRF24L01無線通訊模塊，該模塊的工作頻段為2.400GHz～2.525GHz（默認為2.4GHz），可以有效避免WIFI、藍牙等其他信號的干擾。

4 軟件設(shè)計

4.1單片機軟件設(shè)計

下位機以AT89C52為核心，使用INTO中斷和定時器T0、T1對光電傳感器轉(zhuǎn)過來的液滴信號進行計數(shù)使用INT1中斷對光電傳感器檢測到的液位信號進行中斷處理。整個程序用C語言編寫，實現(xiàn)了以下功能：（流程圖如圖4所示）

1、接收紅外傳感器信號，并計算液體滴速；

2、在檢測到液體滴完的時候，實現(xiàn)電機鎖死輸液管并報警；

3、鍵盤輸入患者信息、輸液量、輸液速度上下限；

4、發(fā)送患者輸液信息給上位機。

4.1單片機軟件設(shè)計

上位機接收端通過NRF24L01無線接收模塊及USB轉(zhuǎn)NRF24L01模塊與PC連接，接收發(fā)送端的信號，發(fā)送的數(shù)據(jù)形式為17位字符串及起始位“A0”。

顯示界面采用LabVIEW軟件編程實現(xiàn)。LabVIEW通過串口讀取NRF24L01無線模塊接收到的字符串，通過對字符串的拆分得到用10進制數(shù)表示的患者信息并顯示到固定的區(qū)域內(nèi)。上位機的主要功能是實時監(jiān)測每一個床位輸液的情況：當有患者輸液完畢時，上位機對應(yīng)的患者的提示燈點亮；當患者輸液異常時，對應(yīng)報警燈點亮。

5 實驗結(jié)果分析

為了驗證該系統(tǒng)滴速測量實際性能，對不同滴速情況進行了實驗。實驗結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觯瑹o論快速輸液還是慢速輸液，測得的速度誤差基本都在2滴/分鐘以內(nèi)，滿足一般輸液的要求。

LabVIEW顯示界面如圖5所示。可以正常顯示所需信息，并能夠?qū)崿F(xiàn)異常狀況下的報警。

6 總結(jié)

本文設(shè)計了一種醫(yī)院輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)。實現(xiàn)了輸液的自動監(jiān)測與控制，可以實時檢測患者的輸液速度，測量誤差在，可以滿足大多數(shù)的輸液要求。上位機的顯示界面簡潔，方便醫(yī)護人員瀏覽患者輸液情況，可及時提醒換藥及報警。但是，在速度控制方面精度不夠理想，需要加以提高。總的來講，該系統(tǒng)可以減輕病人家屬及醫(yī)院護理人員的負擔，提高醫(yī)院輸液系統(tǒng)的安全性、醫(yī)護人員工作效率，也提高了醫(yī)院護理和管理的自動化與網(wǎng)絡(luò)化水平。

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*基金項目：本文系大學(xué)生科研立項目醫(yī)院輸液智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計研究成果，項目編號：17A188