基于MATLAB 的微量注射泵证书生成与数据管理软件的设计

茅晓栋

中国科学院大学附属肿瘤医院·浙江省肿瘤医院 （浙江杭州 310022）

微量注射泵作为医院常规必备的医疗设备，其应用有助于减轻医护人员的工作强度、提高医护人员的工作效率及护理水平[1]。微量注射泵工作时需要保持恒定的压力和速度，以保证输注药液的精准度与安全性，确保患者得到安全有效的治疗。因此，注射泵校准检测工作有着十分重要的意义。我院于2018年6月申请获执微量注射泵校准检测的资质，并积极开展了此项工作。微量注射泵校准检测工作除前期原始数据记录外，还包括后续数据整理与计算、证书出具、结果统计和证书文件与原始数据存档等，其中出具的证书包括计量站信息、送检单位信息、被测件信息、测量设备信息、依据文件、环境条件和测量数据等；将原始数据计算并录入证书的过程易产生错误[2]，且耗费时间与精力，同时原始数据与证书多为纸质文件或word 文档，不利于后续证书查询与数据追溯工作的开展。因此，本研究基于MATLAB 设计了微量注射泵证书生成与数据管理软件（软著证书号：5993549），以减轻大批量证书生成的烦琐程度，提高后续检索的便利性[3-4]。

1 软件构成

微量注射泵证书生成与数据管理软件主要由原始记录录入与数据计算系统、数据存储文件、校准证书自生成系统、证书与原始记录查询系统及各微量注射泵的校准证书文件组成，如图1所示，其中数据存储文件为所有证书信息和原始数据的备份信息，各微量注射泵的校准证书文件为所有同期的校准证书文件所组成。

图1 微量注射泵证书生成与数据管理软件主要结构

1.1 原始记录录入与数据计算系统

原始记录录入与数据计算系统前端交互界面主体为数据交互界面（图2），该界面主要分为3部分：（1）左侧的结果呈现区域，该区域主要包含证书编号、出厂编号（设备序列号）及合格情况，用于展示数据信息已完整录入，等待出具的证书文件；（2）右侧的信息输入区域，用于录入医用注射泵和输液泵校准原始记录表（图3）中的被测件信息、环境条件和测量数据等相关信息，同时也用于显示经计算后得到的流量相对示值误差、流量相对示值重复性和阻塞报警误差等信息；（3）下方的功能区域，主要由4个按钮控件和提示性文本字段组成，分别为“证书出具”按钮、“证书查询”按钮、“数据计算”按钮、“数据保存”按钮及“请先计算数据”文本，同时该文本字段也用于显示当前微量注射泵检测得到的数据是否符合JJF1259-2018《医用注射泵和输液泵校准规范》[5]中的相关最大允差。该系统后端逻辑算法可概括为 “原始记录数据实时计算功能”与“原始记录与证书信息存储功能”。

图2 原始记录录入与数据计算系统数据交互界面

图3 医用注射泵和输液泵校准原始记录表

1.2 校准证书自生成系统

校准证书自生成系统流程（图4）如下：（1）读取存储文件内的证书数据信息；（2）通过已读取的证书信息统计得到本轮需出具的证书数；（3）根据证书数构建证书出具循环，循环逐条读取证书信息与相应的原始数据，并对其进行数据融合，证书信息存储于存储文件的统计目录页（图5）内，原始数据存储于存储文件的编码页（图6）处，两者通过“证书编号”字段进行ID 校验，校验成功进入下一流程，否则退出循环，报错并给予相应错误代码；（4）将融合后的信息数据进行整理并通过“校准证书批量生成”功能出具证书文件（图7）。经统计，该系统1 分钟内可出具6～7 份证书文件，其效率远高于人工填写（2～3 分钟可出具1 份证书文件），且不存在疲惫期，另外，当ID 校验无误后系统将不存在数据填写错误与证书出具遗漏等问题，可确保检测证书的准确性。

图4 校准证书自生成系统流程

图5 统计目录页

图6 编码页

图7 证书文件

1.3 证书与原始记录查询系统

证书与原始记录查询系统负责读取存储文件内的证书信息，并将其以列表的形式进行展示，展示内容包括证书编号、出厂序列号、使用科室、设备类型和合格情况等，如图8 所示；同时，该系统通过输入检索条件与“校准证书检索”功能，可对证书信息进行检索，并将检索后信息进行展示。

图8 证书与原始记录查询页面

为了更快捷地查询证书文件和追溯原始数据，添加了右键菜单，通过该菜单可利用“校准证书与原始记录查看”功能进行查看选中证书的证书文件和原始数据信息。

证书文件与原始数据查询系统可加快证书文件检索速度与原始数据的追溯速度，同时避免纸质证书易丢失、损坏的情况，实现了电子化办公。

2 系统主要功能及实现

2.1 原始记录数据实时计算功能

原始记录数据实时计算功能算法主要用于实现微量注射泵检测数据的计算，其触发方式为点击图2数据交互界面功能区域中的“数据计算”按钮。

医用注射泵和输液泵检测仪（以下简称检测仪）检测得到的原始数据记录于图3医用注射泵和输液泵校准原始记录表中，而证书文件需要的是原始数据经计算得到的流量相对示值误差、流量相对示值重复性和阻塞报警误差等数据[6]，因此原始记录数据实时计算功能根据公式（1）～（4）编辑了相应的算法，以实现对原始数据的计算，并判断计算结果是否符合表1中的流量示值的最大允许误差和重复性，符合即合格，反之则为不合格，同时将合格情况关联到功能区域中提示性文本字段。

表1 流量示值的最大允许误差和重复性

δi为被校仪器第i校准点的流量相对示值误差；Qi为被校仪器第i校准点的流量设定值（ml/h）；Q－i为检测仪在第i校准点3次测量值的算术平均值（ml/h）；

bi为被校仪器第i校准点的流量相对示值重复性；R为检测仪在第i校准点3次测量值的极差（ml/h）；Q－i为检测仪在第i校准点3次测量值的算术平均值（ml/h）；

q为被校仪器阻塞报警绝对误差（kPa）；qr为被校仪器阻塞报警相对误差；ps为被校仪器阻塞报警设定值（kPa）[7-8]；pc为检测仪测得的阻塞报警阈值（kPa）[9]。

原始记录数据实时计算功能通过算法实现了数据计算与最后结果的判断，免除了人工计算的步骤，提高了工作效率，减少了计算错误的发生概率。

2.2 原始记录与证书信息存储功能

原始记录与证书信息存储功能算法主要分为以下5部分：（1）判断证书信息数据是否完整与原始数据是否已计算；（2）读取数据交互界面信息输入区域内的所有数据；（3）为了存储文件可以直观地展示所有证书文件信息，同时又需保留检测仪检测得到的原始数据，信息输入区域内读取的数据流不能直接用于存储，整理数据流将其分为证书信息流与原始数据流，证书信息流包含证书编号、规格型号、出厂编号、制造单位、检测日期、检测环境温湿度、合格情况和类型等，原始数据流包含证书编号、规格型号、出厂编号、原始数据及经计算后得到的流量相对示值误差、流量相对示值重复性和阻塞报警误差等数据；（4）调用matlab 内置的xlswrite 函数将证书信息流和原始数据流按存储规则分别填写至存储文件的统计目录页和编码页处；（5）在结果呈现区域列表中显示，同时对信息输入区域内的数据进行重置，等待下一份证书数据录入，如图9所示，为更快地进行下一份原始记录数据的录入，信息输入区域重置时，证书编号将根据上一份证书自动生成，其编码规则为检测日期加检测序号，温湿度、科室信息、设备型号、出产厂家等信息将暂时保留，若相同则不需要重复输入，原始数据信息和提示性文本字段则进行初始化操作。

图9 信息重置后的数据交互界面

2.3 校准证书批量生成功能

证书信息存储在存储文件内，但最后需要的正式证书文件如图10所示。微量注射泵校准证书有着固定的格式，检测人员需将微量注射泵各信息分别填写至证书模板（图11）的固定位置以进行证书出具，该过程烦琐、枯燥且极容易出错。由于该工作重复程度高，计算机程序算法可完美地替代人工操作，故利用MATLAB 算法编程实现了这一过程。

图10 正式证书文件

图11 证书模板

对于证书出具有着两种思路：（1）创建式：完整地按微量注射泵校准证书固定格式创建新的证书文件，并在创建时将相应数据信息一一填入对应位置；（2）替换式：利用替换的形式实现证书文件出具，即将校准证书模板内容分为通用和需替换两部分，通用部分为所有证书文件均相同的部分，此部分不进行修改，需替换部分则采用特殊标记暂替，例如“#01”，该标记在算法中代表微量注射泵的证书编号，算法运行时，将“#01”替换成真正的证书编号，即完成对证书文件证书编号的填写，同理将证书文件内的所有特殊标记替换为相应数据信息即完成一份证书文件出具。

通过比较，创建式思路较替换式思路出具证书文件花费时间更长，因此校准证书批量生成功能采用了替换式思路，并构建了证书出具算法，首先将证书内容进行全选，然后进行特殊标记所在位置检索，最后将该特殊标记所代表的数据信息替换完成该特殊标记数据信息的自动填写，例如执行下方代码即可实现对证书编号的填写。

2.4 校准证书检索功能

校准证书检索功能应用于证书文件的后期检索工作。以往查看一份证书文件需检索人员翻找所有纸质文件查找，此过程费时费力且容易遗漏，所以本研究利用算法改善了该过程，实现了证书信息多字段模糊检索功能，例如检索人员输入相应科室，检索后列表将只显示该科室的证书文件数据，这样检索人员可快速地检索到需要的证书，大大提高了工作效率。

2.5 校准证书与原始记录查看功能

为了更方便地进行证书的追溯工作，在图8证书与原始记录查询页面添加了右键菜单，以实现校准证书与原始记录查看功能，菜单内容包括打开原始数据、查看证书文件。打开原始数据，即检测仪检测微量注射泵时需将相应数据记录于医用注射泵和输液泵校准原始记录表，而原始记录表一般为纸质文件，需存档且易丢失损坏、查询工作烦琐，因此软件也将原始数据备份于存储文件内，通过代码进行调用显示，当使用人员需体现该证书数据的追溯性时，选中需要证书信息，然后右键打开原始数据则出现原始数据呈现界面（图12），可快速完成数据追溯。查看证书文件，即在日常工作中使用科室常遗失原有的证书文件，当其需要时，检测人员需要查询其设备序列号，通过序列号查找对应的证书编号，再通过证书编号翻找所有证书文件，以对该遗失证书文件进行重新出具，同样该过程本研究也进行了相应的优化，检测人员可以通过校准证书检索功能找到遗失证书文件信息，然后右键菜单选择查看证书文件则打开存档于证书管理部门的证书备份文件，以完成证书的出具。

图12 原始数据呈现界面

3 结语

微量注射泵证书生成与数据管理软件的研制和应用大大提高了微量注射泵检测工作的自动化程度，极大地降低了检测工作的出错概率和工作强度，减轻了后期证书文件管理与原始数据追溯的工作量，同时数据计算、证书批量生成、证书文件及原始数据查询等算法也同样适用于其他检测量大、重复性工作程度高的计量检测和设备质控管理工作，具有很强的扩展性。