基于物联网技术野战输液监控装置的研制与应用

徐立群，潘晓东，黄 莹

0 引言

现代高技术战争多种作战能力聚合，多维空间聚焦及新概念武器的应用，均可在极短时间内造成大批量伤情重、伤类复杂的伤员[1]，因此快速、有序救治批量伤员是野战医疗所面临的重难点任务，其保障能力的高低直接影响战时卫勤保障的整体效能[2]。静脉输液是战伤救治中使用频次最高的治疗手段（几乎为100%）。战时输液环境噪杂、照明条件不佳；伤员发生数量不均衡，缺乏规律性；伤员伤情危重、配合程度差等都对护理人员提出了很高的要求，输液巡视及换瓶等占用了大量的救治时间和人力，人少事多的矛盾非常突出，容易发生输液安全隐患，影响伤员救治的时效性。因此，运用现代化信息技术加强输液监控，提升野战医疗所伤员救治效率势在必行[3]。

1 传统输液监控管理的不足

在日常临床护理工作中，静脉输液也是一种常用的治疗方法，特别是对各类严重感染、休克、脱水以及严重烧伤、创伤的抢救等诸多方面起着重要的作用[4]。但目前静脉输液治疗均由护理人员人工管理和巡视，常因监管和处理不及时发生输液速度过快、静脉回血堵塞、导管脱落、空气栓塞等安全问题。战时要求批量伤员快速通过，人工监管模式更无法满足伤员救治的护理需求。为此，国内外专家和工程技术人员研制了各种输液监控管理系统，但由于解决方案和选择的技术本身的局限性，无法真正满足野战实际应用需求，都仅停留在理论或实验研究层面。究其原因，现有的输液监控系统或设备存在的缺陷有：（1）基于重力传感和红外传感技术的单机型输液床边报警器，只能在床边报警，移动中的医护人员却无法实时掌握输液状况，因此不适合野战环境下应用；（2）基于CAN总线或RS485总线等有线传输技术的组网方案一方面无法实现快速组网，另一方面野战医疗所区域内大量明线的存在也会大大干扰救护人员的工作效率；（3）基于蓝牙技术的组网缺陷在于覆盖范围很小，只能适用于很小区域且比较空旷的环境下使用，完全不适合实际工作环境；（4）基于CC1100无线通信技术的组网由于无法控制功耗，都设计成了单向通信的模式，无法实现将报警信息传递给移动中的护理人员，同时由于多信号源（输液监测终端）的接入，会造成无线信号在传输时碰撞，产生误码，甚至会引起“数据洪水”等问题。因此，目前还没有一套成熟、可靠的产品可供野战医疗所使用，开发实用、可靠的野战输液监控装置仍是必要的研究。

2 物联网系统的构成

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。它的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[5]。其构成原理如图1所示。各类传感器将所获取的各类信息通过无线网络与信号读取单元进行交换，然后再汇总至系统服务器与信息系统。

图1 物联网系统构成示意图

随着相关技术的飞速发展，物联网技术无论在安全性、实用性还是成本控制方面均有较大提高，已被广泛应用于身份证、交通、体育、军事、仿伪、收费、大型设备资产管理、航空物流识别等诸多领域[6-9]。而在我国，其应用还很不充分，特别是医疗行业，拥有广阔的前景[10]。

3 系统简介

野战医疗所智能传感网架构如图2所示。野战医疗所智能传感网主要由以下几部分构成：（1）智能传感网。符合野战医疗所快速展开、应用需求，同时在实现野战医疗所全区域智能传感网覆盖的同时，支持大容量信号接入。

图2 野战医疗所智能传感网架构

（2）嵌入式输液监控主机。基于嵌入式技术开发，使之具有：①动态处理输液数据、实时监测伤病员输液状态并进行输液异常报警，便于护理人员及时处置；②具备独显功能，通过自带的LCD屏实时显示伤病员床号、当前剩余输液量以及剩余输液时间，便于合理调配人力资源；③作为智能传感网的网关设备，实现对RFID数据的封装、转发，完善野战医疗所智能传感网的组成。

（3）RFID/Wi-Fi双通道读写单元。充分利用野战医疗所无线网络的接入能力，满足快速组建智能传感网的需求。

（4）低功耗输液监测单元。在整个装置准确监测输液状态的前提下，满足输液监测单元长工作寿命的要求。

（5）移动输液报警模块及SDK包。运用移动终端PDA平台，实现输液报警信息以及输液异常信息实时送达移动中的护理人员，便于护理人员在第一时间处理。

4 主要技术指标

野战输液监控装置在完成部署后，能满足至少100张病床同时实现智能输液监控的能力；所有输液监控数据能根据设定，指向各责任护士进行移动报警；指挥中心能通过嵌入式输液监控主机，实时了解野战医疗所全部伤病员的输液状态；伤员的输液监控数据由信息系统记录保存。

整个野战输液监控装置展开时间低于15min。

输液监测单元由2节5号电池供电，可满足至少6个月有效工作时间的要求。

RFID/Wi-Fi双通道读写单元具有RFID信息校验、封装并由Wi-Fi转发功能。

嵌入式野战输液监控主机不但满足组网、监控运算以及免配置要求，而且还满足物联网应用数据IP封装和指向转发的能力（网关功能）。

RFID信号有效传输率：99%，RFID信号碰撞：＜1%。

液体变化传感精度：2mL，输液报警精度：1min。

护士在移动过程中实时获知输液报警信息。

5 在实际中的应用

本项目在当今先进的物联网架构下，引入双向通信技术和多频、跳频技术，构建一个新型、实用的智能传感网；同时融合嵌入式技术、传感器技术、无线网络技术和PDA技术等。研制的覆盖整个野战医疗所的区域化野战输液监控装置实现了以下目的：

（1）准确控制输液速度：护理人员可根据救治需要设置输液速度，一旦输液过程中发生速度改变，立刻会在主机或者移动终端报警，以便护理人员在第一时间感知输液异常情况的存在，给予及时的护理处置。

（2）及时发现输液故障：在输液过程中，常会出现滴速过快、输液不畅或液体不滴、药液漏入皮下组织、静脉回血堵塞、输液导管气泡或导管脱落以及液体滴完未能及时发现等异常情况，监控主机能实时显示区域内每个伤员的输液信息和进程，护理人员也可在移动中随时掌握每位伤员的输液状态。输液异常报警时，监控主机和移动设备同时显示报警床号和报警内容，提醒护理人员第一时间到达伤员床边，及时有针对性地处理伤员输液异常情况，减少盲目奔波，确保伤员输液安全。

（3）实时存储输液信息：各个治疗区域的输液监控系统与野战医疗所信息系统之间的互通互联，实现输液过程中的各种动态信息的收集、存储，利于静脉输液资料的原始积累和数据分析，从而优化输液治疗的路径和方法，提高救护工作质量效益。

6 结语

监控装置的应用，实现了野战条件下区域静脉输液实时动态的全程闭环管理，使静脉输液的监控管理达到智能化和信息化，在为伤病员提供实时安全的输液治疗同时，最大限度地省时省力、提高救治效率，降低工作强度，便于统筹安排人力；同时实现野战输液信息的实时存储、全程共享及后续再利用；系统构建的基于双向多频物联网技术传感网基础框架，也使野战医疗所全面应用物联网成为可能。

[1] 徐立群，诸建强，高静，等.野战医疗所批量伤员救治信息保障研究[J]. 解放军医院管理杂志，2008，15（6）：527-529.

[2] 方健，陶勇，刘涛，等.野战医疗所（队）卫勤保障能力评估体系的构建[J].东南国防医药，2011，13（1）：11-13.

[3] 范晨芳，杨一风，范兰英.医院机动卫勤分队保障能力动态评估模型初探[J].国防卫生论坛，2003（2）：82-83.

[4] 张玉兰，张燕，刘艳华，等.静脉输液安全隐患的细节分析[J].护理研究，2009，23（10）：2 604-2 605.

[5] 百度百科.物联网[EB/OL].[2011-07-20].http：//baike.baidu.com/view/1136308.htm.

[6] 游战清，李苏剑.无线射频识别技术理论与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

[7] AngelesR.RFID Technology：Supply-chain applications and implement ationsissues[J].Information Systems Management，2005，22（1）：51-65.

[8] Karkkainen M.Increasing efficiency in the supply chain for short shelf life good susing RFID tagging[J].International Journal of Retail&Distribution Management，2003，31（10）：529-536.

[9] Srivastava B.Radio frequency ID technology：The next revolution in SCM[J].Business Horizons，2004，47（6）：60-68.

[10] 宁焕生，王炳辉.RFID重大工程与国家物联网[M].北京：机械工业出版社，2008：29-40.