一种输液流速监测装置的设计与应用

许新建 纪学鑫 毛坤剑

静脉输液是医院临床治疗中常用的一种给药方式，医务人员根据药物性质和患者体质的不同，设置的静脉输液速度也不同，输液过快、过慢均难以达到预期的治疗效果，甚至影响护理安全[1-2]。目前，临床上多采用输液泵进行输液，其具备的功能有气泡报警、液体输完报警、阻塞报警等，但无输液流速不准报警功能。根据国家关于《医疗器械监督管理条例》的规定，输液泵质量控制主要包括验收质量控制、定期质量控制和维修后质量控制；检测项目包括输液流速、阻塞压力等；输液流速要求在±5%，报警压力与输液泵的厂家型号有关。医务人员在使用输液泵过程中，根据患者需要输液量和设定的流速来计算输液时间，当发现输液时间过长或者过短时，进而判定输液流速不准。因此，这种判定方式无法及时发现输液泵流速不准，可能导致患者输液过程中存在安全隐患[3]。

本研究设计一种输液监测装置，通过光电传感器检测每分钟输液的滴速，再通过计算滴速的总量进而计算每分钟输液流速。医务人员通过输液监测装置时时监测输液流速，保证输液药物能够速度均匀、药量准确且安全地进入患者体内，进一步保证患者的输液安全[4]。

1 输液监测装置设计与实现

1.1 硬件设计

系统通过光电传感器感应输液滴数并转化为流速，显示在液晶显示器上。医务人员可以根据输液泵输液流速设定报警期限，当输液流速与输液泵设置的流速误差超过设定报警期限时，输液监测装置进入报警状态，以提示输液流速异常。整个硬件电路主要包括电源供电及充电电路、主控制电路、光电感应电路、按键电路、液晶显示电路以及报警电路等。系统结构见图1[5]。

图1 输液监测装置系统结构

1.1.1 电源供电及充电电路设计

(1)供电电源。系统采用的电源电路可以通过市电供电，也可以通过内置锂电池供电。整个系统的供电电压为5 V，电源供电及充电电路包括5 V稳压电源和锂电池充电电路。5 V稳压电路见图2。

图2 输液监测装置5 V稳压电路

当市电通过变压整流后输出5 V后，在经过5 V稳压芯片ASM1117后输出更加稳定的5 V供给主控制芯片和光电传感器供电，电容C6、C7起到滤波作用。

(2)充电电路。锂电池充电电路采用电源充电芯片TP4056，5 V的电压经过限流电阻R8和稳压电容C8、C9输入到TP4056的VCC端和CE端，TP4056的BAT端和GND连接充电锂电池，在充电过程中，红色充电指示灯LED2闪烁，当充电完毕后，绿色指示灯LED3亮起，表明充电完毕，见图3[6]。图中R9、R10启动限流左右，R11用于分压左右，用于采集充电锂电池的电压[7-8]。

图3 输液监测装置锂电池充电电路

1.1.2 主控制电路设计

系统采用的主控制芯片为AT89C52，P0.0～P0.7端口连接偏置电阻排RESPACK1；P1.0～P1.7端口连接偏置电阻排RESPACK2；芯片的XTAL1端和XTAL2端用于连接晶振电路，RST端用于连接复位电路，芯片的VCC端连接5 V电压[9]。GND用于接地其电路见图4。

图4 输液监测装置主控制电路

1.1.3 光传感器感应电路设计

系统通过光感应器感应输液泵每分钟的滴数，进而通过软件计算输液泵的流速。采用的光感应器为ST188，其感应的电压信号通过运放放大器放大信号输入主控制器的P1.7端口，工作指示灯LED4亮起，表示光传感器感应电路工作正常，其电路见图5[10]。

图5 输液监测装置光感应器电路

1.1.4 液晶显示电路设计

医务人员在输液过程中首先设定输液泵的流速，再进入正常的输液状态，系统设定的输液监测装置可以将监测的流速值显示在液晶显示器上，医务人员可以将监测值和输液泵的输液设置值进行对比，实时查看输液泵的输液流速是否准确。液晶显示电路见图6[11]。

表1 三种输液泵输液流速误差表

图6 输液监测装置液晶显示电路

1.1.5 按键电路和报警电路设计

系统配备3个按键，其中S1按键用于系统的开关机，S2和S3用于设定输液流速，当系统设定的输液流速值超出输液泵设定值的5%时，报警电路处于报警状态，用于提示输液泵的流速异常，其电路见图7[12]。

图7 输液监测装置按键电路和报警电路

1.2 软件设计

输液监测装置的软件系统设计主要包括电量采集程序、流速采集程序、按键扫描程序、报警程序以及液晶显示程序等。在运用过程中，首先监测锂电池电量是否低电压，随后进入流速采集，当采集的流速与设定的流速＞5%的误差时，将监测的流量数据显示在液晶显示器上，输液监测装置进入报警状态，提示医务人员该患者的输液异常，需尽快查看输液情况。系统程序见图8[13]。

2 输液监测装置临床测量

系统主要检测患者的输液流速，当医务人员无法及时发现输液流速不准，即存在严重的安全隐患。

图8 输液监测装置软件设计

将输液监测装置夹在输液管的静脉壶上，通过计算输液滴数，进而计算输液的流速。在测试过程中，测试标准主要是根据“军队卫生装备质量检测技术规范”和“国际医用电气设备标准(IEC-60601)”的要求，测试流速设定为25 ml/h，每次测试时间为2 h，通过对北京鑫禾丰、北京科力建元、深圳好克等品牌输液泵进行流速测试，每个品牌的输液泵测试5次进行对比，其测试的数据与福禄克IDA-4 Plus型标准器监测的数据进行比较，其误差均在±5%内，符合输液泵的质量控制标准[14]。测试数据见表1。

3 结论

输液泵在临床精确输液中有着不可替代的作用，但是现阶段针对输液过程中的流速不准，输液泵无报警装置，因此当输液泵出现故障导致流速不准时，医务人员不能及时判断，只能通过输液时间来判断，以至存在严重的滞后。本系统针对这种情况，设计一种输液流速监测装置，时时监测患者的输液流速，当出现流速异常时，进行声光报警，以提示医务人员尽快采取相应的措施，对于减少医疗风险具有重大的意义[15]。

现阶段各种输液泵品牌比较多，输液管的种类比较多，针对这种情况，由于输液管路的直径不相同，其液体滴数的容量也不相同。因此，输液流速监测系统的精度计算只能面对一些较常用的输液泵，对于其他不常用输液泵输液流速的检测，需要进一步校准输液流速，也是该系统下一步需要改进的方向。