一種醫(yī)用輸液滴速自動控制與報(bào)警系統(tǒng)

摘 要：針對傳統(tǒng)輸液依靠人工控制和監(jiān)視的問題，研制了一種醫(yī)用輸液滴速自動控制與報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)以MCS-51單片機(jī)為控制核心，采用紅外光電式傳感器對點(diǎn)滴速度進(jìn)行檢測，通過步進(jìn)電機(jī)控制松緊機(jī)構(gòu)自動調(diào)整點(diǎn)滴速度，實(shí)時顯示輸液信息并進(jìn)行聲光報(bào)警。經(jīng)臨床應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有檢測準(zhǔn)確，響應(yīng)速度快，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：輸液；紅外光電式傳感器；自動報(bào)警；點(diǎn)滴速度檢測與控制

中圖分類號：TP311.13

1 目前輸液存在的問題

靜脈輸液是臨床醫(yī)學(xué)中常用的輔助醫(yī)療手段。目前醫(yī)院基本上還是采用傳統(tǒng)的輸液方法，依靠人工控制和監(jiān)視[1]。醫(yī)院在對病人進(jìn)行輸液治療過程中，需要根據(jù)輸液的藥物和患者病情選擇合適的靜脈輸液點(diǎn)滴流速，輸液速度是護(hù)士通過轉(zhuǎn)動輸液器上的手動滑輪來控制，通過肉眼觀察進(jìn)行估計(jì)。輸液過程中滴速過快或過慢不能及時調(diào)整，異常情況不能預(yù)先報(bào)警。當(dāng)輸液完成需要換藥液時，需要醫(yī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)及時，否則就會出現(xiàn)空氣進(jìn)入血管內(nèi)形成空氣栓塞、凝血堵塞針頭等情況，輕則延誤治療，給病人造成痛苦，重則會危及病人生命安全，發(fā)生醫(yī)療事故[2-5]。日常臨床輸液中采取的應(yīng)對措施一般是由患者、陪侍或醫(yī)務(wù)人員隨時觀察監(jiān)視藥液余量情況，從而加重了患者和醫(yī)護(hù)人員的精神負(fù)擔(dān)。為了解決上述問題，本文研制了一種醫(yī)用輸液滴速自動控制與報(bào)警系統(tǒng)，能夠?qū)斠核俣茸詣訖z測和控制，可根據(jù)臨床需要調(diào)整點(diǎn)滴速度，實(shí)時顯示藥液余量、點(diǎn)滴速度等信息，當(dāng)輸液完畢或出現(xiàn)輸液堵塞等異常情況，本地和醫(yī)護(hù)辦公室同時報(bào)警并顯示床位號，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)院護(hù)理工作的自動化和智能化。

2 滴速自動控制與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)。滴速自動控制與報(bào)警系統(tǒng)主要由下位機(jī)和上位機(jī)兩部分組成。下位機(jī)采用MCS-51單片機(jī)作為控制和數(shù)據(jù)處理的核心，主要由液位檢測、滴速檢測、滴速控制、鍵盤、顯示、聲光報(bào)警電路等組成，通過鍵盤設(shè)定點(diǎn)滴速度等控制信息，實(shí)時顯示藥液余量、液滴速度等信息，對異常情況進(jìn)行報(bào)警，并能接收上位機(jī)設(shè)定的信息。上位機(jī)使用PC機(jī)，通過通訊模塊RS232/485，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與各個下位機(jī)的通訊[5]。通訊方式采用巡回查詢方式，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)采集數(shù)據(jù)的判斷、顯示、報(bào)警和存儲等功能。

2.2 輸液滴速自動檢測與報(bào)警。根據(jù)紅外線對水和空氣的不同感應(yīng)原理，滴速檢測電路的設(shè)計(jì)采用紅外光電式傳感器，具有非接觸式測量，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。將滴斗卡在紅外線光電傳感器的槽路中，在滴斗處檢測點(diǎn)滴速度，檢測電路原理示意圖如圖1所示。該檢測電路是由紅外發(fā)射管和高靈敏度的光敏晶體管組成，可根據(jù)接收到的光強(qiáng)的強(qiáng)弱判斷是否有液體。

當(dāng)有液滴滴下，藥液對紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光線產(chǎn)生阻擋作用，光敏晶體管不能接收到紅外光，產(chǎn)生高電平信號，經(jīng)非門CD4069反向后輸出低電平信號，將低電平信號輸入到單片機(jī)的外部中斷INT1中去。當(dāng)無液滴滴下，光敏晶體管接收到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，光電耦合器導(dǎo)通，產(chǎn)生低電平信號，經(jīng)非門CD4069反向后輸出高電平信號，將高電平信號輸入到單片機(jī)的外部中斷INT1中去。單片機(jī)根據(jù)高低電平的變化來判斷液滴的有無和對液滴的計(jì)數(shù)，脈沖數(shù)目與液滴數(shù)目一一對應(yīng)。測量相鄰液滴下落的時間間隔即可確定液滴速度。同時莫非管液滴體積是一定的，液滴總體積和滴下的液滴數(shù)目是成一定的函數(shù)關(guān)系，因此可以通過數(shù)脈沖的點(diǎn)滴數(shù)來確定已經(jīng)通過的液體體積，從而確定輸液瓶內(nèi)所剩液體的體積[5]。這樣，只要對由INT1傳來的中斷個數(shù)計(jì)數(shù)就相當(dāng)于對液滴的滴數(shù)計(jì)數(shù)。當(dāng)有一個外部中斷時就對寄存器進(jìn)行加1，這樣就實(shí)現(xiàn)了對液滴的計(jì)數(shù)，考慮到8位寄存器的最大值只有255，程序設(shè)計(jì)中每隔2秒進(jìn)行一個循環(huán)，在實(shí)際輸液的過程中2秒的時間間隔內(nèi)液滴的滴數(shù)是不可能達(dá)到255滴，所以用一個8位的寄存器對液滴計(jì)數(shù)完全是可行的。

查詢液滴有無及液滴過慢時的報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)主要是通過4秒的定時中斷來實(shí)現(xiàn)的。只要在4秒內(nèi)有液滴滴下寄存器中的值就一定會改變，在正常的輸液情況下在4秒的時間內(nèi)寄存器的值是一定會改變的。因此，就通過判斷4秒內(nèi)寄存器的值是否變化，來判斷在這4秒的時間間隔中是否有液滴滴下，當(dāng)寄存器的值有變化時就說明4秒內(nèi)有液滴滴下。當(dāng)判斷出寄存器的值沒有任何變化就說明4秒內(nèi)沒有液滴滴下，給報(bào)警標(biāo)志位置1，驅(qū)動發(fā)光二極管和蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警。

當(dāng)輸液完畢時，最后一滴液體滴下時，以后再沒有液滴滴下，這時相當(dāng)于兩滴液體的間隔為無窮大，即遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4秒的定時，這時寄存器的值就不會變化，實(shí)現(xiàn)了輸液完畢自動報(bào)警。輸液因意外情況而發(fā)生中斷，這時中斷前的一滴液體滴下后再沒有液滴滴下，它與上述輸液完畢時相同，這時寄存器的值也就不會變化，進(jìn)行異常中斷報(bào)警。輸液過慢，即兩液滴之間的時間間隔超過4秒鐘，這時寄存器的值也不會變化，從而也進(jìn)行報(bào)警。

2.3 輸液滴速自動控制。滴速控制是通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動安裝在輸液管的上松緊機(jī)構(gòu)來控制滴速的。系統(tǒng)通過步進(jìn)電機(jī)脈沖個數(shù)來控制位移量，達(dá)到準(zhǔn)確定位。通過脈沖頻率來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，使電機(jī)正傳或反轉(zhuǎn)帶動松緊機(jī)構(gòu)夾緊或放松輸液管，從而達(dá)到調(diào)節(jié)滴速的目的[3]。根據(jù)實(shí)測的點(diǎn)滴速度與已設(shè)定的點(diǎn)滴速度相比較，并將變化的信號反饋給單片機(jī)，啟動步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)松緊機(jī)構(gòu)，控制輸液管的夾緊度，使滴速恢復(fù)到設(shè)定的速度。

滴速檢測與控制程序工作流程如下：第一步首先進(jìn)行初始化，開中斷。第二步進(jìn)行測速，如果滴速超限，則啟動報(bào)警指示燈和蜂鳴器。第三步比較實(shí)測值和設(shè)定值是否相等，如果不相等，則驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)自動調(diào)節(jié)松緊機(jī)構(gòu)放松或夾緊輸液管，進(jìn)行調(diào)速處理。第四步掃描鍵盤，判斷有效鍵是否按下，如果有，則可以修改設(shè)定值。如此循環(huán)直至下一個中斷的到來再執(zhí)行中斷操作。

3 結(jié)束語

該輸液滴速自動控制與報(bào)警系統(tǒng)已在臨床上得到應(yīng)用，具有檢測準(zhǔn)確，響應(yīng)速度快，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

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作者簡介：史國川（1963-），男，教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用；史斌浩（1994-），男，本碩連讀生，研究方向：臨床醫(yī)學(xué)。

作者單位：陸軍軍官學(xué)院，合肥 230031；安徽醫(yī)科大學(xué)，合肥 230032

基金項(xiàng)目：安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：AH201310366032）。