智能輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

聶宇 段韋 周清宇 張叢耀

摘 要：目前，大多數(shù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)在對(duì)病人進(jìn)行靜脈輸液時(shí)多采用人工監(jiān)控的方式，這就存在不準(zhǔn)確、不方便又耗時(shí)耗力等弊端。為了改善這一情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套智能輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用重力檢測(cè)、STM32、藍(lán)牙通信和RFID電子標(biāo)簽技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸液的監(jiān)控管理。醫(yī)護(hù)人員通過終端就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)病房進(jìn)行輸液監(jiān)控，從而節(jié)省了人力，也提高了輸液的效率和安全性。同時(shí)，藥瓶上的RFID標(biāo)簽還存儲(chǔ)了藥品的建議輸液速度以便調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到藥物的最佳療效。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能輸液；藍(lán)牙通信；傳感器

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2018）02-0186-03

Intelligent Infusion Monitoring System

NIE Yu，DUAN Wei，ZHOU Qingyu，ZHANG Congyao

（College of Computer Science， Sichuan University，Chengdu 610000，China）

Abstract：So far，most medical institutions use manual monitoring way when giving an infusion，which still remain drawbacks like inaccuracy、inconvenience、time-consuming and labor-intensive. In order to improve this situation，we designed a set of intelligent infusion monitoring system. This system uses gravity detection，STM32，Bluetooth communication and RFID electronic label technology to realize the monitoring and management of infusion. Through the terminal，doctors and nurses can achieve infusion monitoring for multiple wards，thereby saving manpower and improving the efficiency and safety of transfusion.At the same time，the RFID label on the medicine bottle also stores the recommended infusion speed for the drug so as to regulate the drug，so as to achieve the best effect of the medicine.

Keywords：internet of things；intelligent infusion；Bluetooth communication；sensor

0 引 言

靜脈輸液是一種高度專業(yè)技術(shù)，是護(hù)理專業(yè)一種常用的給藥治療技術(shù)。目前，醫(yī)院靜脈輸液控制主要采用人工方式，由人工監(jiān)控藥液的輸入情況，一旦輸液過程中出現(xiàn)貽誤的情況，很有可能造成醫(yī)療事故。同時(shí)，不同年齡段的人以及不同的藥物，對(duì)輸液的速度都有著不同的要求[1]。一般情況下，成年人輸液速度為40～60滴/分鐘。由于兒童、老年人器官發(fā)育不完全或功能降低，輸液速度應(yīng)減慢，兒童的輸液速度為20～40滴/分鐘，老年人輸液速度不應(yīng)超過40滴/分鐘。再及，在輸液過程中可能會(huì)出現(xiàn)如氣泡、阻塞等故障[2]，若處理不及時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果[3]。

國外對(duì)智能輸液設(shè)備的研究較早。早在幾年前，許多發(fā)達(dá)國家住院床位就已經(jīng)配備了輸液泵，它能夠較為精確地檢測(cè)控制輸液速度，并能很好地處理氣泡、阻塞等問題。但這類輸液泵普遍價(jià)格昂貴，操作較為復(fù)雜，不利于大面積普及。

為了改善這一現(xiàn)狀，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套智能輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用重力檢測(cè)、STM32、藍(lán)牙通信、RFID電子標(biāo)簽技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸液的監(jiān)控管理。醫(yī)護(hù)人員通過終端在護(hù)士站內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)病房進(jìn)行輸液監(jiān)控，從而節(jié)省了人力，也提高了輸液的效率和安全性[4]。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)采用物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)[5]，具體如圖1所示，包括感知層、傳輸層和應(yīng)用層。

感知層采用RFID標(biāo)簽標(biāo)記藥物和病人，使用讀卡器來采集標(biāo)簽中存儲(chǔ)的相關(guān)信息（病人信息、藥物信息、建議輸液速度等）。采用重力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)余液量，用于檢測(cè)輸液速度和判斷阻塞情況等，以便出現(xiàn)異常情況時(shí)能通過報(bào)警裝置發(fā)出警示。本系統(tǒng)還配備了一個(gè)LCD屏，用于將病人信息、藥物信息、實(shí)時(shí)輸液速度等實(shí)時(shí)顯示出來，以便看護(hù)人員查看和校對(duì)。

在傳輸層采用HC-05藍(lán)牙傳輸模塊實(shí)現(xiàn)感知層與網(wǎng)關(guān)的通信，達(dá)到短距離，具有高安全性和高時(shí)效性的通信的目的。網(wǎng)關(guān)部分利用藍(lán)牙轉(zhuǎn)串口工具，將接收到的藍(lán)牙信息轉(zhuǎn)換成串口信息，使用C++應(yīng)用程序開發(fā)框架Qt以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)代碼，從而讀取串口信息，并轉(zhuǎn)換成特定格式轉(zhuǎn)發(fā)到應(yīng)用層。

應(yīng)用層分為云數(shù)據(jù)服務(wù)器和客戶端，其中云服務(wù)器中存儲(chǔ)著病人信息，當(dāng)云服務(wù)器接收到網(wǎng)關(guān)發(fā)送的輸液信息后，實(shí)時(shí)發(fā)送給該病人對(duì)應(yīng)的客戶端；客戶端獲取到云服務(wù)器的信息后進(jìn)行顯示，并在余液達(dá)到特定閾值或出現(xiàn)阻塞情況時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 RFID模塊

射頻識(shí)別，RFID[6]（Radio Frequency Identification）技術(shù)，可以通過無線電訊號(hào)識(shí)別到特定目標(biāo)，并與之進(jìn)行通信，讀取或?qū)懭胂嚓P(guān)數(shù)據(jù)。具有非接觸、存取速度極快、安全性高、讀取方便和可重復(fù)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)采用MF RC522作為RFID卡的讀寫卡器芯片，工作頻率為13.56MHZ，有低電壓、低成本、體積小等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，通過串行接口將讀卡器與MCU進(jìn)行連接，能夠在保證通信質(zhì)量的前提下有效減少連線，降低成本。

2.1.2 重力傳感器模塊

對(duì)藥液余量的檢測(cè)通過重力傳感器[7]來實(shí)現(xiàn)。重力傳感器與轉(zhuǎn)換模塊HX711連接后通過AD轉(zhuǎn)換得到藥品的余液信息，也可以通過單位時(shí)間內(nèi)藥液的變化量來得到輸液速度。

HX711是一款高精度AD轉(zhuǎn)換器芯片，具有響應(yīng)速度快、集成度高和抗干擾性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。如圖3所示，需要關(guān)注的芯片引腳是INNA、INPA、INNB和INPB，分別表示A和B兩個(gè)通道的負(fù)輸入端和正輸入端，用于連接重力傳感器。還需要注意的是DOUT和PD_SCK分別是數(shù)字輸出和數(shù)字輸入，DOUT是AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，而PD_SCK是由MCU提供的數(shù)字控制信號(hào)。

2.1.3 藍(lán)牙通信模塊

系統(tǒng)的通信部分依靠HC-05藍(lán)牙模塊，該模塊基于藍(lán)牙V2.0通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信，具有短距離、低功耗、高安全性的特點(diǎn)，非常適合在醫(yī)院這種小范圍、長時(shí)間、高保密性的環(huán)境下工作[8]。藍(lán)牙通信的拓?fù)鋱D如圖4所示。

整個(gè)藍(lán)牙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用一主多從的形式。一臺(tái)藍(lán)牙路由器為主機(jī)（Master），各個(gè)床位的輸液系統(tǒng)為從機(jī)（Slaver），每層護(hù)士站分管一個(gè)藍(lán)牙路由器網(wǎng)關(guān)（GateWay），所有的藍(lán)牙路由器再由以太網(wǎng)連入服務(wù)端，以便交換數(shù)據(jù)和統(tǒng)一管理。

2.2 軟件設(shè)計(jì)[9]

2.2.1 網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)程序借助Qt[10]框架對(duì)串口通信以及網(wǎng)絡(luò)通信的封裝進(jìn)行軟件開發(fā)。

網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的藍(lán)牙轉(zhuǎn)串口工具將從傳感層接收到的藍(lán)牙信息轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單易讀的串口信息，使用網(wǎng)關(guān)程序中串口通信模塊的QtSerialPort相關(guān)類讀取串口信息，并轉(zhuǎn)換成特定格式，利用Qt信號(hào)槽機(jī)制將收集到的信息發(fā)射給套接字模塊；套接字模塊與應(yīng)用層的云服務(wù)器一直保持連接狀態(tài)，當(dāng)套接字模塊獲取到信號(hào)時(shí)，實(shí)時(shí)傳輸給云服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.2.2 服務(wù)端

服務(wù)端程序使用Java語言進(jìn)行開發(fā)，以MySQL數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

如圖5所示，數(shù)據(jù)庫主要存儲(chǔ)病人信息和輸液情況。其中病人信息表存儲(chǔ)病人基本信息、病房信息以及RFID號(hào)，輸液情況表主要存儲(chǔ)病人的RFID號(hào)、藥液總量、藥液余量、余液未變次數(shù)、完成情況（進(jìn)行中、已完成）及警告信息。

服務(wù)端Java程序從套接字中接收消息，根據(jù)具體信息向輸液情況表中添加元組信息或者修改已有元組余液信息，根據(jù)余液信息與藥液總量計(jì)算出是否達(dá)到警告閾值（藥液余量減少為總藥液量的5%和1%）。如果達(dá)到則設(shè)置警告信息；若新接收到藥液余量與當(dāng)前數(shù)據(jù)庫藥液余量一致，則余液未變次數(shù)增一，當(dāng)余液未變次數(shù)達(dá)到閾值（3次）則發(fā)出疑是阻塞的警告信息。

2.2.3 客戶端

客戶端由C#語言設(shè)計(jì)開發(fā)，以桌面應(yīng)用程序的形式進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)管理。主要涉及用戶登錄模塊、用戶管理模塊以及輸液檢測(cè)模塊。用戶通過登錄校驗(yàn)其身份合法性，可以在用戶管理模塊對(duì)其信息進(jìn)行修改管理；輸液檢測(cè)模塊會(huì)以列表形式顯示當(dāng)前正在輸液人員的信息，當(dāng)病人的余液只剩5%、1%或者出現(xiàn)疑是阻塞的情況時(shí)，會(huì)彈出窗口信息提醒護(hù)士到病人病房進(jìn)行檢查處理。

3 適用性分析

目前，大多數(shù)醫(yī)院的醫(yī)療系統(tǒng)較為成熟，病人手環(huán)、數(shù)據(jù)庫、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等建設(shè)相對(duì)完善。本系統(tǒng)只需在此基礎(chǔ)上添加部分軟硬件即可實(shí)現(xiàn)對(duì)病人輸液情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，極大地提高了護(hù)士的工作效率和執(zhí)行準(zhǔn)確性，并且較低的成本、可靠的安全性使其可在大中型醫(yī)院推廣。

4 結(jié) 論

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，借助于該系統(tǒng)可以保證病人輸液用藥安全，減少醫(yī)療事故的發(fā)生，規(guī)范靜脈輸液的操作流程，減輕醫(yī)療人員以及陪同家屬的負(fù)擔(dān)。通過本系統(tǒng)，醫(yī)院及其他相關(guān)部門可以規(guī)劃建設(shè)醫(yī)療大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步推進(jìn)醫(yī)療現(xiàn)代化和信息化建設(shè)。

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