一种输液自动化监测系统的研制

吴荣，杨义发，林艳丽

1.浙江省肿瘤医院 设备科，浙江 杭州310022；2.杭州市余杭区第五人民医院 全科病区，浙江 杭州 311100

一种输液自动化监测系统的研制

吴荣1，杨义发1，林艳丽2

1.浙江省肿瘤医院 设备科，浙江 杭州310022；2.杭州市余杭区第五人民医院 全科病区，浙江 杭州 311100

本文研究设计了一种静脉输液监测系统，该系统主要由护士站服务器、输液液面无线接收器、输液信号无线发射器及输液液面检测装置4部分组成，可以实现对输液状态监测，实时自动通知护士站。实验结果表明，针对3种不同的输液器和2种不同颜色的液体，该输液监测系统能实现对输液完毕的准确监测和气泡状态的良好监测，具有较好的临床应用推广价值。

输液监测系统；无线传感器；自动化

静脉输液已成为临床医疗中常见、有效、安全的一种的治疗手段。根据相关数据统计，住院治疗的患者中近80%～90%的患者需要进行静脉输液治疗，在门诊患者中也有50%的患者需要进行静脉输液治疗[1]。在进行静脉输液的过程中，医护人员需要根据输注的药物和患者的病情对输液进度进行实时监控。目前各大医院普遍采用人工方式进行监控，如果输液瓶中的药液输完或药液发生堵塞时，医护人员若未能及时处理，就会引发回血或其他危险，存在危险隐患甚至可能导致医疗事故的发生[2]。本文设计了一套自动化输液检测系统以解决上述问题，该方案适用于常规输液大厅和普通病房，能通过对病人输液的精确测量和远程无线监控，改善输液环境、减少护理人员的压力、实现无需专门陪护的输液过程。

1 设计路线

输液自动化监测装置系统主要由护士站服务器、输液液面无线接收器、输液信号无线发射器及输液液面检测装置4部分组成。在输液起始时将液体放置在输液装置上，输液自动化监测装置开始对液面进行实时监测并传送监测信息，当监测不到液面或出现异常时将信号反馈到护士工作站服务器，便于护理人员第一时间予以处理。输液自动化监测装置的系统组成，见图1。输液自动化监测装置的工作流程图，见如图2。

图1 输液自动化监测系统

1.1 主要结构及原理

1.1.1 液面监测及信号读取发射装置

液面监测传感器采用电容接触式开关单片机，电容接触式开关主要由两片相邻的电路极板构成。根据物理原理，两片极板之间会产生电容，如果手指等导体靠近这些极板，平行电容就会与传感器相耦合。将盐水置于电容式传感器上时，电容量会升高；当液面下降，盐水离开电容式传感器时，电容量则会下降。通过测量电容量就可以判断盐水的液面状态，当液体余量不足一定值时，单片机将自动对监测站发送信息提示，无线信号通过常用的2.4 G无线模块发射[3]。电容接触式开关不带任何机械部件，并能轻松顺应曲面应用的要求，选用适当弧度的电路极板可以紧贴输液器皮管，能实时监测液面的变化。

输液网络整体的构架和布局安排，应充分考虑医院输液环境，对输液接收器做出优化，确保所有发射器信号都在接收器主机的覆盖范围内，并且不会受到电磁干扰等问题。进行程序软件的开发制作，对整套系统的精确性能和流畅性能进行提升[4]；对方案进行测试，确保输液监测系统在使用的过程中不会发生安全问题。采用PT2262/2272芯片作为编码：该芯片是台湾普城公司生产的CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空、接高电平、接低电平），任意组合可提供531441地址码，PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射路。发射电路图，见图3。

图2 工作流程图

1.1.2 无线信号接收

无线信号接收解码电路采用编解码芯片组PT2262/2272中的解码芯PT2272。该芯片内部有地址解码、振荡和系统定时、数据检测、同步检测、控制逻辑、译码逻辑电路。PT2272的A0～A7端是芯片的地址设置端口，地址码就好比是一张身份识别的证书，只有接收端的地址码和发射端的地址码设置完全相同，输出端才有输出信号。接收电路图，见图4。

1.1.3 报警提示系统

护士站服务器的报警提示系统是这套系统的人机交互界面，可根据实际情况，选择正常语音播报（正常播报序号，间隔时间重复提示，直至处理结束，音量可调节，服务器桌面序号闪烁提示），小声提示（服务器发出短促“叮叮”声，服务器桌面序号闪烁提示），静默报警（服务器不发出其他提示声响，服务器桌面序号闪烁提示）3种模式，音量大小可调整。当有提示时，服务器桌面上显示报警序号，会有特殊颜色闪烁标出[5-6]。

语音播报可根据报警信号的来源，直接播报出所在序号，直接通知护理人员。此部分根据比较成熟的国内外语音电路情况，选取ISD2560，并根据ISD2560的内部结构接适当外部参数元件，ISD2560的时序和MCS51系列单片机兼容，其输入输出口可直接连接单片机（AT89C51）的I/O口，并辅有2套模数控制方针[7]。采用模数分开走线综合控制方针，通过试验验证该方案可稳定运行。语音芯片原理图，见图5。

2 实际应用

研究根据设计路线对整个产品做了优化，并小批量定制了一批工程样机并进行了实际测试。工程样机针对不同样式的输液器及输液瓶进行了测试。测试用输液器，见表1。

图3 发射电路图

图4 接收电路图

图5 语音芯片原理图

表1 输液器测试编号

测试选用液体A和液体B。液体A模拟常用输液液体，无色透明；液体B模拟带有色差的棕色输液液体。测试流程如下：① 选取一定量的液体，以一定速度进行模拟输液，将液面监测极板感应区紧贴输液器上端；② 模拟输液中不同的状态，测试中主要模拟输液完毕和气泡报警2种状态，对比自动化输液检测系统是否作出相应的报警。对两种测试用液体各进行10次测试，具体测试结果，见表2。

表2 测试数据

从测试数据可以看出，针对不同的液体，该监测装置在输液完毕时，可以进行及时准确的报警；气泡报警准确率不能达到100%且会出现波动。分析主要原因为气泡报警功能不能针对气泡大小和速度做定量测试，从而会有一定漏报率。

3 讨论

本文研究的输液报警装置适用于常规输液大厅和普通病房。该系统主要具有以下优势：① 拥有先进的单片机技术，能够达到精确的测量和提示；② 高效、稳定的工作状态；③ 安静的工作环境和无需人员看管的模式。

针对此项研究，未来主要有以下几个方向的配套的措施可继续进行开发研究：① 针对输液过程中出现的阻塞报警，输液管发生折叠或血块阻塞静脉通路，近心端血管压力过大等问题，可通过算法计算滴数变化来定义相关的报警或添加相应硬件解决此类问题；② 用无线手表接收机接收呼叫按钮的信息，监控统计呼叫信息，并能对呼叫记录进行查询、排序，与护士站同步数据，方便护理人员快速准确的处理实际报警情况；③ 逐渐整合到医院整个PASS系统当中，实现物联网实时跟踪[8]。

输液自动化监测装置借助先进的传感器、检测器和功能完善的单片机芯片，在临床中发挥着极其重要的作用，其对于医院提升整体服务质量有着良好的促进作用，将会成为医疗发展的主流趋势。

[1] 张燕.浅谈静脉炎的预防及护理[A].2014年河南省第三届静脉输液安全管理培训班暨第四届PICC临床应用高级研讨班论文集[C].2014.

[2] 汤青青.降低病房呼叫器使用次数的对策探讨[J].基层医学论坛,2014,(31):4298-4299.

[3] 任静.基于体感网的远程医疗监护系统的软件设计[D].大连:大连理工大学,2012.

[4] 孙传景.基于无线网的ICU诊疗一体化系统-监护输液基站的研制[D].广州:中山大学,2008.

[5] 汪明,黄桂林,林盛业,等.基于AT89C52的红外点滴报警系统研究[J].河南科技, 2012,(6):48.

[6] 王学建.双位红外感应输液报警装置的研制[J].中国医疗设备,2015,30(11):103-104.

[7] 马云峰.单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计[J].计算机测量与控制,2002,10(4):278-280.

[8] 刘强,崔莉,陈海明.物联网关键技术与应用[J].计算机科学, 2010,37(6):1-4.

Development and Research of an Automatic Transfusion Monitoring System

WU Rong1, YANG Yi-fa1, LIN Yan-li2
1. Department of Equipment, Zhejiang Provincial Tumour Hospital, Hangzhou Zhejiang 310022, China; 2.General Ward, the 5thPeople’s Hospital of Hangzhou Yuhang District, Hangzhou Zhejiang 311100, China

This paper introduced an infusion monitoring system, which mainly consisted of 4 parts including the server of nurse station, wireless receiver of the liquid level, the wireless transmitter of transfusion signals and the liquid level detection device so as to realize the real-time monitoring of transfusion status and automatic notifcation to nurse’s station. Experimental results showed that the infusion monitoring system worked well with 3 different transfusion apparatuses and liquid in 2 colors. It achieved accurate monitoring on completion of transfusion and good monitoring of the state of bubbles, which was of great signifcance in clinical application.

transfusion monitoring system; wireless sensor; automation

R318.6

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.07.032

1674-1633(2016)07-0105-04

2015-09-14

2015-10-28

专利：国家实用新型专利（ZL 2014 2 0628783.3）。

作者邮箱：wu_rong12@126.com