兒童醫(yī)院輸液監(jiān)測及控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

陳霜蝶

摘 要：本文以輸液過程中輸液越限報(bào)警以及滴速顯示與控制為研究對象，確定各個(gè)部分的設(shè)計(jì)方案（包括硬件和軟件），從而解決設(shè)計(jì)中遇到的難題。

關(guān)鍵詞：兒童醫(yī)院輸液；監(jiān)測及控制；方案設(shè)計(jì)

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2018）15-051-1

據(jù)了解，當(dāng)前國內(nèi)大多數(shù)醫(yī)院中所使用的靜脈輸液器，大多都是采用懸掛方式，也就是依靠重力原理進(jìn)行輸液。而且，在整個(gè)輸液過程中必須由醫(yī)護(hù)人員或者家屬不定時(shí)地進(jìn)行巡視，耗費(fèi)了不少人力資源。在醫(yī)療高峰期，還會出現(xiàn)輸液結(jié)束，而醫(yī)護(hù)人員卻還沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理的情況，這種狀況會造成不同程度的醫(yī)療事故，因此對于兒童醫(yī)院來說，由于患者年齡較小，則更需要對輸液速度進(jìn)行控制及即時(shí)的調(diào)控。鑒于以上所述原因，設(shè)計(jì)和開發(fā)一種智能兒童醫(yī)院輸液監(jiān)測報(bào)警、滴速控制系統(tǒng)。對輸液臨近結(jié)束進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，并在報(bào)警后進(jìn)行滴速控制是切實(shí)可行的。

一、輸液監(jiān)測和控制的原理

兒童醫(yī)院輸液監(jiān)測和控制這兩個(gè)部分主要的思路是利用89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制中心，所以說也就是本設(shè)計(jì)的核心所在。

在監(jiān)測部分采用的是光電傳感器監(jiān)測液面位置以及采用紅外對管作為計(jì)數(shù)器精確計(jì)算出所滴液滴的計(jì)量（每1ml約20～25滴），再進(jìn)行邏輯計(jì)算出剩余點(diǎn)滴液的余量從而產(chǎn)生警報(bào)的信號完成；而且可以利用顯示屏顯示出滴速、已經(jīng)輸入的量和剩余，也可以計(jì)算出用時(shí)多久可以點(diǎn)滴結(jié)束等相關(guān)信息；利用發(fā)光二極管和蜂鳴器作為報(bào)警裝置。

在控制部分上，采用的是利用89C52單片機(jī)在接收到報(bào)警信號后產(chǎn)生一個(gè)指令，操作步進(jìn)電機(jī)對點(diǎn)滴的軟管粗細(xì)進(jìn)行控制從而達(dá)到控制速度的目的。

該設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)功能的主要工作。軟件的設(shè)計(jì)是利用Keil為設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)。該部分同樣分成監(jiān)測與控制兩個(gè)部分。監(jiān)測液位利用的是控制激光發(fā)射，檢測光敏端電壓的信號得以確定液面位置。滴速部分利用紅外對管電路接收信號計(jì)算出滴速，并且顯示到顯示屏上去。在控制上由于是使用電機(jī)則參考電機(jī)的編程。

經(jīng)過綜合的考慮，筆者選擇基于光電技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)本課題。

硬件設(shè)計(jì)上通過多種光電耦合傳感器（激光發(fā)射與光敏電阻組合、紅外對管組合）接收液位的檢測和滴速的信號再使用89C51系列單片機(jī)處理所傳信號后反饋出來由顯示器（用于顯示相關(guān)的滴速，已經(jīng)輸送的藥液，以及預(yù)計(jì)還有多久完成輸液）、報(bào)警器（采用聲光電報(bào)警）、和控制器（步進(jìn)電機(jī)控制輸液管的直徑）完成后續(xù)工作達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

軟件設(shè)計(jì)上采用C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)編程，這一部分也是可以按照功能上分模塊完成設(shè)計(jì)和調(diào)試。當(dāng)完成了上述的設(shè)計(jì)，我認(rèn)為，這個(gè)設(shè)計(jì)也就基本完成了，可以說著一定程度上減少了在輸液看護(hù)的壓力。然而在設(shè)計(jì)還是有很多地方可以進(jìn)行拓展和改進(jìn)的，比如多個(gè)裝置的組成系統(tǒng)，用于醫(yī)院的系統(tǒng)化的規(guī)范化的需求；在功能上可以加入體溫的檢測，以防備輸液的不適的監(jiān)測；也可以增加對輸入的藥液加熱的功能。

二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的選定

目前，液位檢測是擁有非常多的方法的。按照傳感器跟被測液體接觸方式與否，把它分為接觸式與非接觸式兩種。按照原理的不同又可以分為電容式和光電式、超聲波式、射線式以及靜壓式等等。由于輸液時(shí)候的藥液是需要被輸入人體內(nèi)的，它具有一定的特殊性，檢測液位的時(shí)候不能引入污染，并且不能改變其藥理成分。因此，輸液時(shí)候的液位檢測應(yīng)該采用的是非接觸測量的方法；那么，又兼顧于精度和靈敏度這兩個(gè)因素上。最終決定采用光電檢測這一方法。

光電檢測的基本原理是：根據(jù)液體在空氣中的折射率不同，使得同一個(gè)光源的光在有和沒有液體的時(shí)候產(chǎn)生的折射角度的不同，使得接收到光信號接收強(qiáng)弱不同的信號，產(chǎn)生不同大小的電流，從而分揀出高電平和低電平。以此來判斷液體是否在所設(shè)定的液位之下。決定是否進(jìn)行報(bào)警。

根據(jù)所知道的理論研究和實(shí)驗(yàn)，筆者總結(jié)了如下兩種方案：

方案一：首先要設(shè)定出一個(gè)警戒液位，在輸液的時(shí)候，一般都會希望藥液能夠盡可能多的輸完，所以，警戒液位選擇的應(yīng)該盡可能的低一點(diǎn)，但是，在實(shí)際輸液過程中，輸液器中會有一些高度的插頭，同時(shí)，還要考慮到給醫(yī)護(hù)人員留有一定的時(shí)間趕到拔針頭換藥。所以，在選定警戒液位的時(shí)候應(yīng)該略高于輸液器的插頭。如圖光路示意圖所示：

在設(shè)定警戒液位的地方，藥瓶的外壁感受到光源發(fā)出的光，藥瓶對它產(chǎn)生折射后，瓶內(nèi)的藥液再對它進(jìn)行折射，最終光到達(dá)瓶的內(nèi)壁，接著經(jīng)過藥瓶對它的折射后進(jìn)入到空氣中，被放置的靈敏型光敏電阻傳感器接收到。由于藥瓶這個(gè)部位為弧形，所以，在它的光路上會因?yàn)楣獾恼凵涠杂猩下N。而當(dāng)瓶內(nèi)的藥液下降到先前所設(shè)定的警戒位置時(shí)，由于空氣和藥液的折射率有所不同，它的光路會因此發(fā)生變位，使得原來照射到靈敏型光敏電阻上的光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而這個(gè)時(shí)候的靈敏型光敏電阻只能接收到燈光（或者自然光），而使得光的強(qiáng)度大大減弱，從而使數(shù)字輸出端輸出高電平，此時(shí)單片機(jī)接收到信號，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

方案二：如圖光路示意圖所示。

為了檢測液面的上限，中線源和容器的中心線必須有一個(gè)反應(yīng)，否則，我們將不能確定液體是否已經(jīng)達(dá)到所設(shè)定的位置。具體原理和方案一相同，但是由于光所經(jīng)過的路線不同，光電傳感器有一些部分的結(jié)構(gòu)在制作時(shí)會有不同的要求。

綜合以上，比較方案一和方案二，方案二設(shè)定的報(bào)警位置，提前量比方案一大，而方案一的報(bào)警提前量較小，在實(shí)際輸液過程中，可以盡可能多地輸完瓶中的藥液，避免造成不必要的藥物浪費(fèi)。因此，方案一的設(shè)計(jì)，所進(jìn)行的報(bào)警提前量較為適用。