無人值守的點滴智能監(jiān)測控制系統(tǒng)

陶小鳳 毛春霞 官洲洋 曾盼 徐建

摘 要：研發(fā)一種移動智能輸液終端及無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對輸液過程中氣泡、堵塞、漏液以及使用者位置等情況的實時監(jiān)控。系統(tǒng)以TI芯片作為主控單元，利用步進(jìn)電機(jī)控制滴速，采用RFID技術(shù)對點滴瓶進(jìn)行跟蹤，同時通過主從通信（CAN）實時監(jiān)控，再將系統(tǒng)采集到的信息通過總線傳送給CC3200，最后將其傳送到云端完成數(shù)據(jù)顯示與自動化控制等功能。

關(guān)鍵詞：實時監(jiān)控;TI芯片;步進(jìn)電機(jī);RFID 技術(shù);主從通信;CC3200

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）10-00-02

0 引 言

隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展與應(yīng)用，醫(yī)療設(shè)備的發(fā)展使靜脈點滴逐漸從人工監(jiān)守轉(zhuǎn)移到自動監(jiān)控，在靜脈點滴過程中使用電子設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。通過走訪醫(yī)院進(jìn)行調(diào)查，了解到目前傳統(tǒng)輸液過程中存在諸多不便之處，如輸液時滴速異常、管路堵塞、有危險氣泡[1]、輸液完畢無提示以及家屬實時監(jiān)控?zé)o法休息等，為此本文設(shè)計了一款多功能智能點滴監(jiān)測系統(tǒng)。

1 整體設(shè)計

本產(chǎn)品采用主從通信（CAN）方式，由CAN總線[2]連接各個子系統(tǒng)。CAN接口由CAN控制器與CAN收發(fā)器兩部分組成。本設(shè)計采用MCP2510作為CAN控制器，主要用于實現(xiàn)物理信令子層與數(shù)據(jù)鏈路層，CAN收發(fā)器采用TJA1050，是用于與物理傳輸媒體連接的子層接口。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

CAN具有檢錯機(jī)制與錯誤處理系統(tǒng)，傳輸距離遠(yuǎn)、實時性強(qiáng)，即使發(fā)送的信息遭到破壞，也可以重新發(fā)送，既能為系統(tǒng)的安全運行提供保障，又為醫(yī)護(hù)人員迅速發(fā)現(xiàn)病床輸液問題并及時解決奠定了基礎(chǔ)。

2 硬件設(shè)計

本智能醫(yī)療輸液裝置基于STM32開發(fā)板設(shè)計，從液位與滴速兩方面對輸液過程進(jìn)行監(jiān)測。

2.1 液位監(jiān)測

液位監(jiān)測采用XCK-Y25型號非接觸式液位傳感器，液位傳感器[3]（探頭）安裝于被測容器外壁的上下方（液位的高位與低位），無需與液體直接接觸，具有高穩(wěn)定性、高靈敏度，抗干擾能力強(qiáng)，不受外界電磁干擾等優(yōu)點。它利用水的感應(yīng)電容檢測是否有液體存在，當(dāng)液面慢慢升高接近感應(yīng)器時，液體的寄生電容耦合到靜態(tài)電容上，使感應(yīng)器的最終電容值變大，然后將變化的電容信號轉(zhuǎn)換成電信號，計算出該變化量，當(dāng)超過一定閾值時就認(rèn)為液位到達(dá)感應(yīng)點，再將數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)進(jìn)行融合處理，最后傳送至護(hù)士端，使醫(yī)護(hù)人員對藥液的剩余量有一定的了解，當(dāng)輸液管頂端沒有藥液時，蜂鳴器開始報警，紅色小燈閃爍，提醒醫(yī)護(hù)人員輸液完畢以便更換藥液或拔針，避免出現(xiàn)回血等意外。

2.2 滴速監(jiān)測

滴速監(jiān)測采用紅外對射式光電開關(guān)，對滴管里藥液的滴速進(jìn)行監(jiān)測，通過測量液滴之間的間隔時間來計算每分鐘的滴流速[4]。當(dāng)?shù)嗡倥c設(shè)定的初始值不同時，通過步進(jìn)電機(jī)控制輸液管的松緊，改變輸液管的藥液橫截面積[5]，使滴速恢復(fù)正常，以此達(dá)到控制液滴流速的目的。防止由于滴速異常給患者帶來不適或引發(fā)醫(yī)療事故，滴速監(jiān)測流程如圖2所示。

2.3 RFID標(biāo)簽

在每位病人所用的藥瓶上貼上RFID標(biāo)簽，通過手機(jī)的NFC功能向RFID標(biāo)簽中寫入信息，病人可通過手機(jī)的NFC讀取功能，讀取前期寫入的信息，降低出錯概率;利用RFID技術(shù)對點滴瓶進(jìn)行跟蹤，可通過無線電信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)[6]，極大地減少外界對藥瓶跟蹤帶來的干擾，同時也在很大程度上降低了醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度。RFID信息讀取流程如圖3所示。

3 軟件系統(tǒng)

3.1 CC3200

為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，本設(shè)計采用CC3200的TCP套接字，提供面向連接、可靠的字節(jié)流服務(wù)。客戶與服務(wù)器建立一個TCP連接后才能傳輸數(shù)據(jù)，同時提供超時重傳、檢驗數(shù)據(jù)、擁塞避免等功能，保證數(shù)據(jù)能從一端傳送至另一端。

傳感器網(wǎng)絡(luò)將檢測到的數(shù)據(jù)通過CC3200模塊傳送至主控制器，主控制器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、分析處理得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，然后傳送至控制系統(tǒng)。控制器獲取到數(shù)據(jù)后進(jìn)行整理、分析和判斷，產(chǎn)生兩路占空比可調(diào)的PWM對系統(tǒng)進(jìn)行控制：一路PWM用來驅(qū)動減速直流電機(jī)，實現(xiàn)GPS導(dǎo)航功能;另一路PWM驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)滴速功能。

3.2 網(wǎng)頁顯示

系統(tǒng)微處理器的程序開發(fā)軟件采用德國KEIL 公司的MDK5。全球有超過10萬嵌入式開發(fā)工程師使用MDK，目前其最新版本為MDK5.14。該版本使用μVision5 IDE集成開發(fā)環(huán)境，是目前針對ARM處理器，尤其是Cortex M內(nèi)核處理器的最佳開發(fā)工具，μVision IDE從MDK4.7版本開始就加入了代碼提示與語法動態(tài)檢測等功能。

本文系統(tǒng)主要利用Eclipse完成整個Web的后臺開發(fā)。Eclipse是一個開放源代碼的軟件開發(fā)項目，專注于為高度集成的工具開發(fā)提供一個全功能的、具有商業(yè)品質(zhì)的工業(yè)平臺。Web主要基于硬件返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，主要目的是反映點滴瓶每時每刻的信息，以實現(xiàn)及時處理輸液異常的功能，避免出現(xiàn)管路堵塞、血液回流的狀況。軟件工作流程如圖4所示。

4 結(jié) 語

本文產(chǎn)品與醫(yī)療系統(tǒng)相互配合，實現(xiàn)了護(hù)士站與病床端的一站式管理，非常適合在醫(yī)院進(jìn)行推廣，可有效減少醫(yī)療糾紛，提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，該系統(tǒng)是輸液管理及臨床護(hù)理模式的一次變革，提升了現(xiàn)代化醫(yī)院的信息化管理水平。

注：本文通訊作者為徐建。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉曉菲，宋朝暉.智能輸液器設(shè)計淺析[J].電腦知識與技術(shù)，2010，6（5）：1180-1181.

[2]石小波，汪金剛，何為，等.基于CAN總線的醫(yī)院內(nèi)部病人輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[J].計算機(jī)應(yīng)用，2001（z2）：452-456.

[3]宋雪麗，王虎林，萬金領(lǐng).基于單片機(jī)系統(tǒng)的液體點滴速度監(jiān)控裝置設(shè)計[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2007，20（5）：43-44.

[4]果莉.點滴監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].中國科技信息，2005（17）：23.

[5]劉寶明，尹樹華，羅珊.點滴智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電訊技術(shù)，2005（6）：177-180.

[6]劉男男，李陽，李亞男.基于RFID的醫(yī)療器械智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（1）：75-77.

[7]段月.多管點滴智能切換系統(tǒng)的設(shè)計與實踐[J].民營科技，2017（5）：20.

[8]王洋，黃其維.智能輸液實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（21）：92.

[9]周晶，任小鴻.輸液點滴觀察管液面高度控制裝置的設(shè)計[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（8）：24.

[10]張英平，張漢強(qiáng)，張金鵬，等.智能液體點滴監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，38（3）：69-73.