应急救援现场简易伤病员输液监控系统的设计与实现

陈 渝，任家顺，向 逾，王维远，陈尚昆，郑志浩，何 盼

应急救援现场简易伤病员输液监控系统的设计与实现

陈 渝，任家顺，向 逾，王维远，陈尚昆，郑志浩，何 盼

目的：针对应急救援现场伤病员多、医护人员少、缺乏有效输液管理的问题，设计一种简易的输液监控系统，便于医护人员监管和处置。方法：采用远距离Wi-Fi数传模块，在一定范围内将床边输液自动报警终端与医护工作站组成无线传输的局域网，并进行多终端组网测试。结果：实验表明，在有效半径50 m范围内，输液报警终端能快速接入网络，报警床位编号显示准确。结论：该简易监控系统性能稳定、展收方便快捷、无需中继路由器，实现了应急救援现场输液监控管理的自动化，提高了输液的安全性和医护人员工作的有序性。

Wi-Fi；收发模块；应急救援；输液管理

0 引言

近年来，国内自然灾害频发，国家越来越重视医学应急救援的及时性、有效性和安全性。在救治现场，大部分伤病员均需输液，但由于伤病员数量多、医护人员少，医护救援作业十分繁重，医护人员往往无法顾及到每一位伤病员的输液情况[1]。特别是在医学应急救援的一线现场，有的伤病员可能独自处于半昏迷甚至昏迷状态，根本无法人为地向医护人员报告输液完毕的情况。另外，输液完毕后如果不及时处置，一方面，会影响伤病员的救治时效；另一方面，可能造成伤病员血管回血、输液部位肿胀，甚至当伤病员生命体征较差或血压较低时，还可能导致空气进入血管产生血栓，严重时将危及伤病员的生命[2-3]。现有的一线救援医疗单元能收治伤病员20～60名，其中70%需要输液治疗，而一线应急救援医疗单元中几乎无输液状态监控装置，无法解决对大批量伤病员进行输液管理的难题。

针对既往医学救援现场无输液监控的现状，设计开发了一种简单实用、部署快捷、撤收方便的应急救援现场简易伤病员输液监控系统，主要是应用液体检测、远距离Wi-Fi和计算机技术，在一线救援医疗单元中构建一个简易输液报警监控管理系统。该系统能通过输液终端将伤病员输液状态在医护工作站的信息化平台上显示并报警，提示医护人员及时前往输液完毕的伤病员床前进行相应的医疗处置，可避免一线救援现场的无序忙乱和输液不良事件，提高伤病员的救治时效[4]。系统拓扑图如图1所示。

1 远距离Wi-Fi的输液监控报警装置

该系统的总体设计思路是在救援现场伤病员床位的输液管路上安放一个输液自动检测报警装置[5]，该装置可以自动识别管路中是否开始出现空气段，一旦出现空气段即表示液体输用完毕，此时迅速触发电子开关对Wi-Fi发射模块供电，以驱动Wi-Fi模块工作，发射该床位的编码信号；接收模块实时侦测接收Wi-Fi信号，通过USB口与医护工作站便携式计算机通信，由软件译码获得输液完毕伤病员的对应床位号，并在便携式计算机屏幕中闪烁显示，提示医护人员前往进行处置。系统组成框图如图2所示。

图1 系统拓扑图

图2 系统组成框图

1.1 输液自动检测报警电路

1.1.1 输液报警装置检测原理

报警装置主要采用透射聚光原理检测输液管液面的变化[6-7]。由于输液管为透明塑料管，当管内有液体时，管壁和管内的柱形液体相当于一个柱形透镜。光线不仅能透过，而且还能聚集到一片区域。当管内无液体时，管内气体对光线形成散射光线，光线主要在管壁内，仅有很小一部分通过；光敏器件能把这种光信号的变化转变成电信号的变化，再经控制电路的处理，致使本装置能在输液完毕时或检测到较大气泡时发出报警。

1.1.2 输液报警装置电路

该装置电路如图3所示。通常情况下，NE555的pin2脚为高电平，R5为光敏电阻5506，D1为发光二极管。当管路中没有液体时，光线被散射，R5电阻值变大，Q1的基极电压被拉高，Q1导通，其集电极被拉低，此时NE555的pin2脚识别到该下降沿，则NE555电路的OUT引脚pin3输出高电平，D2发光管LED灯点亮，表示输液管路中无液体。当输液管内有液体时，光线被汇聚，R5光敏电阻的电阻值变小，Q1基极被拉低，Q1截止，NE555电路的pin2脚为高电平，OUT引脚pin3为低电平，D2发光二极管不亮。实际应用时，在NE555电路的OUT引脚pin3上连接一只常开继电器，利用此继电器的常开触点作为Wi-Fi发射模块的电源开关，当输液完毕时，NE555电路驱动继电器常开触点闭合，使Wi-Fi发射模块得电而工作，并将床旁终端的数据传输到医护工作站。常态下，继电器触点常开，Wi-Fi发射模块未加电，能有效减少床旁终端的能耗。

图3 液体检测自动报警电路原理图

1.2 Wi-Fi模块的应用

既往文献报道的医用Wi-Fi传输系统大都使用嵌入式单片机和多个路由器，其结构较为复杂，部署和撤收不便，接口程序开发量大，不适宜于医学救援一线现场的应急使用[8-10]。远距离Wi-Fi技术具有覆盖范围广、无需布线、无障碍传输距离可达4 000 m以上、有效距离可达百米左右的特点，且传输速率快，能满足应急救援现场一定范围内的数据通信要求。如采用WLT2433Z的2.4G无线收发模块，输出功率最大+33 dbm，视距传输距离4 500 m@5dbi天线，+5 V供电，支持TTL串口通信、GPIO及RS485收发控制，具备GPIO引脚触发深度休眠功能，休眠电流1 μA，应用mesh对等无线路由协议及时间空间权值均衡原则，无组网延时，接口程序简单，通信稳定可靠。同类无线收发模块还有AS14-TTL（2000m无线串口）和si4438（3 000 m串口透传），均可用于本系统中。使用时，应注意选择适宜于收发模块通信数据传输要求的且保持收发端一致的传输波特率。

2 软件设计

本系统软件是基于Visual C++且支持Wi-Fi的简单程序[11]，其主要功能是实现信号侦测、接收译码、屏幕显示和事件记录。Wi-Fi接收端处于常待机状态，接收到发射端的信号后通过USB口输入计算机；程序译出的固定码值（对应输液伤病员的床位号）按先后顺序保存在存储器中；计算机将固定码值依次闪烁并显示在屏幕上，每个码值显示5 s后切换显示其他码值，同时发出“哔哔”的报警声；收讯检测若无先前发送来的固定码值时，计算机停止对相应码值的显示和报警；同时计算机自动记录固定码值的发送到达时间和信号消失时间，以便记录和统计医护人员的处置情况。系统程序流程图如图4所示。

图4 系统程序流程图

3 实验结果

首先，将数据通信协议及地址码烧录到Wi-Fi发射模块中，把数据传输波特率调整为9 600 bps[12]，连接输液检测电路和Wi-Fi发射模块，组成床旁终端，通过5 V直流电池供电。然后，在医护工作站将Wi-Fi接收模块与串口/USB转换器相连接，通过USB口与医护工作站便携式计算机连接，接收端Wi-Fi模块由便携式计算机的USB口供电，同时在便携式计算机中安装信号侦测、译码、记录和显示程序。其次，将床旁终端放在距离接收模块（医护工作站）大约50 m的位置处，在开阔场地和办公大楼室内的2种环境条件下进行实验。上电测试：将42个床位的输液监测状态每隔1 min逐一设置为输液完毕的情况，以模拟42个伤病员输液完毕的报警信号，此时医护工作站的接收端能接收到床旁终端发送的数据信号，经计算机译码后能逐一将42个伤病员输液的床位号显示在屏幕上；然后，逐一取消床旁终端输液完毕的模拟报警状态，此时，医护工作站计算机也能自动取消对应床位号的屏幕显示。

实验表明：通过数据信号的无线传输，每个床位号都按照先后顺序依次排队显示在屏幕上，并有闪烁指示。而当床旁液体重新充满时，计算机屏幕上原有的报警床位号自动消失，保证了现场床位输液状态与计算机床位号显示的同步，达到了对救援现场伤病员输液状态的有效监控。本装置结构简单（床旁终端+接收主机）、组网容易、展收快捷、使用方便，漏码率小于0.5%，实测Wi-Fi发射模块的驱动电流约为200mA，可以保证收发端相距50 m时的数据有效传输，每个床旁终端的5 V电池能维持大约18 h的续航时间。但在办公大楼内进行有障碍的无线数传以及复杂电磁环境下的稳定性尚需大量实验结果来加以验证。

4 结语

本装置应用远距离Wi-Fi数传技术，构建面向应急救援现场的无线组网系统，将应急救援现场的伤病员输液状态传送到医护工作站，提示医护人员及时处理。该系统在初步实验中取得了较好的效果，实现了远距离Wi-Fi数传及计算机通信功能。该系统简易可靠、安装部署快速方便，无需铺设传输线缆和增加中继路由器，解决了应急现场不能布线或者很难布线的问题，实现了应急救援现场的伤病员输液管理，降低了应急救援环境中伤病员的输液风险，提高了医护工作的有序性和救治时效。在后续研究中，还需进一步降低床旁终端的电池能耗，同时考察多终端同时发送信号的冲突情况，或改用计算机主动巡访、床旁终端状态应答的主从模式，利用不断侦测床旁终端的状态来达到系统对床旁输液进行有效监控的目的。

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（收稿：2014-04-09 修回：2014-06-26）

Design and implementation of simple infusion monitoring system for emergency rescue

CHEN Yu1,REN Jia-shun1,XIANG Yu1,WANG Wei-yuan2,CHEN Shang-kun2,ZHENG Zhi-hao3,HE Pan3
（1.The Second Affiliated Hospital,the Third Military Medical University,Chongqing 400037,China;2.Chongqing Beijiou Software Co.,Ltd.,Chongqing 401121,China;3.Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology,Chinese Academy of Sciences,Chongqing 401122,China）

ObjectiveTo develop a simple infusion monitoring system for emergency rescue to facilitate the supervision of the medical staff.MethodsRemote Wi-Fi data transmission module,bedside infusion alarm terminal and medical station were combined to form the wireless transmission LAN,and then multi-terminal networking test was performed.ResultsThe experiments showed that the infusion alarm terminal could be linked into the network within the effective radius of 50 m,and the bed number related could be displayed accurately.ConclusionThe system behaves well in stable performances,rapid deployment and withdrawal and independence from relay,and realizes automatic management of field infusion monitoring for emergency rescue.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（10）：32-34]

Wi-Fi;transceiver module;emergency rescue;infusion management

R318.6；R197.39

A

1003-8868（2014）10-0032-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.10.032

国家科技支撑计划（2012BAI21B04）

专 利：国家实用新型专利（ZL 2014201502068）

陈 渝（1963—），男，高级工程师，主要从事生物医学工程及仪器设备方面的研究工作，E-mail：chenyu_63@163.com。

400037重庆，第三军医大学新桥医院（陈渝，任家顺，向 逾）；401121重庆，重庆北极鸥软件有限公司（王维远，陈尚昆）；401122重庆，中国科学院重庆绿色智能技术研究院（郑志浩，何 盼）

向 逾，E-mail：xiangyu0719@163.com