無人值守的點滴智能監(jiān)測控制系統(tǒng)

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)備進行監(jiān)測。通過走訪醫(yī)院進行調(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)控無法休息等，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 具有檢錯機制與錯誤處理系統(tǒng)，傳輸距離遠、實時性強，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，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，當超過一定閾值時就認為液位到達感應(yīng)點，再將數(shù)據(jù)傳輸至單片機進行融合處理，最后傳送至護士端，使醫(yī)護人員對藥液的剩余量有一定的了解，當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?shù)嗡倥c設(shè)定的初始值不同時，通過步進電機控制輸液管的松緊，改變輸液管的藥液橫截面積 [5]，使滴速恢復正常，以此達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 標簽

在每位病人所用的藥瓶上貼上 RFID 標簽，通過手機的 NFC 功能向 RFID 標簽中寫入信息，病人可通過手機的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)對點滴瓶進行跟蹤，可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關(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)護人員的工作強度。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)?？蛻襞c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)進行融合、分析處理得到較為準確的數(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)進行控制 ：一路 PWM 用來驅(qū)動減速直流電機，實現(xiàn)GPS 導航功能 ；另一路 PWM 驅(qū)動步進電機實現(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)了護士站與病床端的一站式管理，非常適合在醫(yī)院進行推廣，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。