無(wú)人值守的點(diǎn)滴智能監(jiān)測(cè)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(diǎn)滴逐漸從人工監(jiān)守轉(zhuǎn)移到自動(dòng)監(jiān)控，在靜脈點(diǎn)滴過(guò)程中使用電子設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)走訪醫(yī)院進(jìn)行調(diào)查，了解到目前傳統(tǒng)輸液過(guò)程中存在諸多不便之處，如輸液時(shí)滴速異常、管路堵塞、有危險(xiǎn)氣泡 [1]、輸液完畢無(wú)提示以及家屬實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o法休息等，為此本文設(shè)計(jì)了一款多功能智能點(diǎn)滴監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 整體設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品采用主從通信（CAN）方式，由 CAN 總線 [2] 連接各個(gè)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(jì)采用 MCP2510 作為 CAN 控制器，主要用于實(shí)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(cuò)機(jī)制與錯(cuò)誤處理系統(tǒng)，傳輸距離遠(yuǎn)、實(shí)時(shí)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(yùn)行提供保障，又為醫(yī)護(hù)人員迅速發(fā)現(xiàn)病床輸液?jiǎn)栴}并及時(shí)解決奠定了基礎(chǔ)。

2 硬件設(shè)計(jì)

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

2.1 液位監(jiān)測(cè)

液位監(jiān)測(cè)采用 XCK-Y25 型號(hào)非接觸式液位傳感器，液位傳感器 [3]（探頭）安裝于被測(cè)容器外壁的上下方（液位的高位與低位），無(wú)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(diǎn)。它利用水的感應(yīng)電容檢測(cè)是否有液體存在，當(dāng)液面慢慢升高接近感應(yīng)器時(shí)，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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，計(jì)算出該變化量，當(dāng)超過(guò)一定閾值時(shí)就認(rèn)為液位到達(dá)感應(yīng)點(diǎn)，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(duì)藥液的剩余量有一定的了解，當(dāng)輸液管頂端沒(méi)有藥液時(shí)，蜂鳴器開始報(bào)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(cè)

滴速監(jiān)測(cè)采用紅外對(duì)射式光電開關(guān)，對(duì)滴管里藥液的滴速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)測(cè)量液滴之間的間隔時(shí)間來(lái)計(jì)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(shí)，通過(guò)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(lái)不適或引發(fā)醫(yī)療事故，滴速監(jiān)測(cè)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(guò)手機(jī)的 NFC 功能向 RFID 標(biāo)簽中寫入信息，病人可通過(guò)手機(jī)的NFC 讀取功能，讀取前期寫入的信息，降低出錯(cuò)概率 ；利 用 RFID 技術(shù)對(duì)點(diǎn)滴瓶進(jìn)行跟蹤，可通過(guò)無(wú)線電信號(hào)識(shí)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(duì)藥瓶跟蹤帶來(lái)的干擾，同時(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，本設(shè)計(jì)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(gè) TCP 連接后才能傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)提供超時(shí)重傳、檢驗(yàn)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(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò) CC3200 模塊傳送至主控制器，主控制器對(duì)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)?？刂破鳙@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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制 ：一路 PWM 用來(lái)驅(qū)動(dòng)減速直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)GPS 導(dǎo)航功能 ；另一路 PWM 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)滴速功能。

3.2 網(wǎng)頁(yè)顯示

系統(tǒng)微處理器的程序開發(fā)軟件采用德國(guó) KEIL 公司的MDK5。全球有超過(guò) 10 萬(wàn)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(duì) 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(yǔ)法動(dòng)態(tài)檢測(cè)等功能。

本文系統(tǒng)主要利用 Eclipse 完成整個(gè) Web 的后臺(tái)開發(fā)。Eclipse 是一個(gè)開放源代碼的軟件開發(fā)項(xiàng)目，專注于為高度集成的工具開發(fā)提供一個(gè)全功能的、具有商業(yè)品質(zhì)的工業(yè)平臺(tái)。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(diǎn)滴瓶每時(shí)每刻的信息，以實(shí)現(xiàn)及時(shí)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(yǔ)

本文產(chǎn)品與醫(yī)療系統(tǒng)相互配合，實(shí)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。