智能输液护理系统设计

宫晓阳 纪光洋 姜 鑫 郭 廓 王岳齐 曾实现

青岛黄海学院 山东 青岛266427

引言

该设计在原有的医疗系统上进行改进,增加并优化了相关功能,改善了输液治疗质量,实现了输液门诊过程可控、可追溯的精细化管理。本项目利用光电设备检测输液管中的药液是否有剩余,以判断瓶内药量并准确发送信息;分机再通过无线传输向总控制室的主机发送患者信息,主机接收并显示病人的状态。输液完毕时,发送当前状态的信息并语音播报“XX号输液完毕”,从而实现主机对每个患者的信息进行时时监控并处理突发事件,达到真正的无人监护和可控调节,还对医院的整体系统做出了调整和扩展。

1 系统方案

本设计包括控制部分、供电系统、检测部分、语音播报部分、一键呼叫部分、数据传输部分、中控数据显示部分。

主旨在于如何使人们的生活更加舒适,为人们的生产生活提供更大的便利,项目针对医疗卫生系统做出一系列改善,极大程度上实现了卫生医疗中输液的智能化。自动监测及报警作为研究对象,无论是从其使用条件及使用范围,都有其可调控性,适用性强。在科技飞速发展的今天,人们更加需要新型的医疗系统,本项目不仅解决了医院所面对的问题,也更加突出其以人为本的特点。在医疗技术方面凸显了其无人监护,可控调节,系统可扩展等优越性。

拟解决的关键问题:

(1)针对输液药品的规格和颜色不同如何完成准确检测;

(2)双检测系统传感器选择及硬件电路设计;

(3)单片机数据采集及通讯;

(4)语音模块播报对应功能设计及系统兼容;

(5)中控数据平台界面设计。

2 工作流程

在系统开始运行时,重力传感器和光电传感器检测输液系统液面,在药品充足情况下,装置始终执行正常检测程序,当重量传感器检测到此时重量低于设定值时,同时光电传感器检测,是否液面低于设定,若二者条件满足,数据传输中控系统,蜂鸣器报警,提醒更换药物。也可以主动按键呼叫中控。

3 硬件设计

采用STM32单片机控制。STM3 单片机具有集成度高,体积小的特点,同时单片机运行时可靠性高、控制功能强,目前市面上常用ST M32单片机作为生产便携式产品的主控芯片,同时可以通过外部引脚进行功能拓展功能、性价比极高。

3.1 电阻应变式称重传感器 电阻应变式称重传感器由电阻应变片、弹性体和内置检测电路构成。外力使得传感器产生弹性变形,进而形变引起阻值变化,装置内部测量电路测量处理把形变产生的电阻变化等效转换为电信号变化。重量检测原理,可以等效为惠斯特电桥,该电桥电路对于检测电路中的温度和侧向力做到很好的抑制变化,有效解决了传统重力传感器的补偿问题。

3.2 重量检测电路设计 重量检测电路设计需要将传感器变化的数值通过专门的A/D转化芯片与单片机通讯。采用24位A/D 转化芯片HX711。该芯片的控制信号通过单片机程序驱动管脚输入。内部双通道,通道A、B都有可编程增益为128或64,用于系统参数检测。外部传感器和芯片内的A/D转换器芯片的供电由内置稳压电源向提供,无需额外电源接入。

3.3 液面检测 液面检测采用电阻式应变力传感器组成的重量测量装置和专用的非接触式液位传感器相结合。应变式重力检测,是目前市面上大多数称重和测量质量的主要方式。测量原理是基于电阻应变效应,通过传感器的形变,导致电阻值相应发生变化。液位感应器内部独特电路设计,通过高速信号处理芯片对采集信号进行准确处理,突破容器的壁厚,消除影响误差,完成了真正非接触检测输液管内药品的检测。利用光电设备对药液进行监测,可以准确地判断出输液是否完成,向监控设备发送输液完毕的信息。现在绝大多数医院里都是人为的进行看护,耗费大量人力资源。使用该设备能使人力资源得到节约。由于该设计利用光电设备进行检测,不会对药液造成污染,安全可靠。

3.4 中控系统显示界面 中控系统的显示界面采用串口智能电容屏。串口电容屏相较于普通OLED 屏幕相比,程序设计和UI界面设计巧妙结合,简单易上手,显示的画面质量也更胜一筹。内置脚本控制性内核,独立互动式人机界面不需要主机端干预,且响应速度更快,具有良好的可移植性。

3.5 语音播报 语音播报采用TTS-SYN6288语音合成模块。该模块主要亮点为清晰、自然、精确。可以转换B1 G5、GBK、GB2312 格式成语音播报外接出3.5 5 mm标准音频口可选择外接音箱、外放设备;在进行设计时,输入汉字即可合成对应的音频,通过输出口输出声音,采用真人发声,每次最多可播报200字节的内容,不限次数,不限时间。当单片机机收到某位病人“输液已完成”的信息时,医护人员手动确认无误后,主机发出播放语音提示的指令,此时语音模块将告知病人护士正在赶来的消息,同时也播放温馨提示。此功能将使设备更加人性化。

4 软件设计

4.1 信号采集Matlab软件中包含很多工具箱,经过信号调理模块的振动信号是利用Matlab数据采集工具箱Data Acquisition Toolbox进行采集的。具体方法是:首先为声卡建立一个设备对象,启动并触发声卡设备,然后利用声卡设备事件的调用函数,从MatlabdataEngin中提取或查看数据,信号分析结東后停止并删除声卡设备,最后从Matlab Wor kspace中清除设备变量。

4.2 信号处理 振动信号的分析处理是通过Matlab里的信号处理工具箱Signal Processing Toolbox进行分析的。其中包括振动信号的加窗:快速傅立叶变换对信号进行变换:求振动信号的最大值和有效值并实时显示:利用自相关函数及功率谱对振动信号进行分析监测等。

5 结论

该设计在原有的医疗系统上进行改进,增加并优化了相关功能,改善了输液治疗质量,实现了输液门诊过程可控、可追溯的精细化管理。医疗机构普通病房中的输液管理优劣程度影响绝大多数住院患者的输液体验,因此优化普通病房中的输液管理模式具.有必要性与急迫性。