基于C#語言的輸液監(jiān)測儀軟件設計與實現(xiàn)

吳世敬，王國靜，胡敏露，王衛(wèi)東

中國人民解放軍總醫(yī)院，北京市，100853

0 引言

隨著信息科學技術的飛速發(fā)展，醫(yī)院正逐步邁向信息化和自動化時代，尤其體現(xiàn)在醫(yī)療監(jiān)護類設備使用方面[1]。靜脈輸液技術是臨床監(jiān)護與治療的一項重要內容[2]。目前臨床中輸液過程大多依靠患者或家屬觀察進行監(jiān)護，當輸液速度不適或液體剩余少量時通過床鈴呼叫護士，但是在長期照顧病人后容易疲憊而出現(xiàn)疏忽，而且當護士應鈴不及時時，容易產生醫(yī)療事故[3]。為避免這一現(xiàn)象，開發(fā)集輸液數(shù)據(jù)顯示和報警提示為一體的輸液過程監(jiān)測軟件尤為必要。

近年來，隨著計算機和無線通信等技術的快速發(fā)展，臨床上已經(jīng)引進了多種智能輸液監(jiān)測設備，它們一般都采用稱重法[4]、光電檢測法[5]、超聲回波檢測法[6]、電容檢測法[7]等方法實現(xiàn)輸液輔助監(jiān)護，但與之配套的能夠實現(xiàn)輸液區(qū)全面智能監(jiān)測的上位機軟件少之又少。

本文針對臨床輸液監(jiān)護的現(xiàn)狀設計開發(fā)了基于C#的輸液監(jiān)測儀軟件，并提出了由上位機軟件、實驗室自行研制的無線網(wǎng)關和輸液監(jiān)測儀構成的無線智能輸液監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)中的上位機軟件實現(xiàn)了多個輸液監(jiān)測儀的全面監(jiān)測和輸液過程的實時監(jiān)控，且操作簡單，兼容性較強，易于在醫(yī)院落實推廣，有助于提高工作效率和醫(yī)護質量。

1 智能輸液監(jiān)測系統(tǒng)總體結構

本文提出的智能輸液監(jiān)測系統(tǒng)主要分為上位機軟件、無線網(wǎng)關和輸液監(jiān)測儀三個部分。臨床使用時，輸液監(jiān)測儀監(jiān)測數(shù)據(jù)并將當前輸液滴數(shù)和輸液時長通過ZigBee網(wǎng)絡上傳至無線網(wǎng)關，網(wǎng)關接收到數(shù)據(jù)后通過WiFi網(wǎng)絡將其傳至上位機，上位機接收數(shù)據(jù)后實時顯示并計算輸液剩余量。當輸液即將完成時，上位機軟件將發(fā)出警報通知醫(yī)護人員及時處理。系統(tǒng)整體結構如圖1所示。

圖1 智能輸液監(jiān)測系統(tǒng)整體結構圖Fig.1 Overall structure of the intelligent infusion monitoring system

上位機軟件是系統(tǒng)中的移動數(shù)據(jù)終端。它是一款基于WiFi傳輸?shù)囊苿討卯a品，在Visual Studio平臺上利用C#語言開發(fā)，具有傳輸穩(wěn)定、攜帶方便和易于操作的優(yōu)點。輸液監(jiān)測儀軟件集實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示和報警提示為一體，實現(xiàn)了輸液過程的全面實時監(jiān)控。

無線網(wǎng)關是系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)中轉站。此網(wǎng)關為本實驗室自行研發(fā)[8]，混合采用ZigBee、WiFi和藍牙技術，一端與多個輸液監(jiān)測儀組成ZigBee星形網(wǎng)絡，另一端通過藍牙或WiFi與上位機連接，且網(wǎng)關上集成有Micro SD卡，可對數(shù)據(jù)進行暫存。無線網(wǎng)關實物圖如圖2所示。輸液監(jiān)測儀是系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測設備。此設備同為實驗室自行設計研發(fā)[9]，采用電容檢測法對輸液進程直接監(jiān)測，與傳統(tǒng)電容檢測法相比，通過對滴壺處兩個柔性電極電容采集點的采集結果進行差分計算去除了環(huán)境干擾，有效增強了數(shù)據(jù)準確性。輸液監(jiān)測儀實物圖如圖3所示。

圖2 無線網(wǎng)關實物圖Fig.2 Physical picture of wireless gateway

圖3 輸液監(jiān)測儀實物圖Fig.3 Physical map of infusion monitor

2 輸液監(jiān)測儀軟件設計

2.1 C#語言

該研究中的輸液監(jiān)測儀軟件在Visual Studio平臺上利用C#語言開發(fā)。C#是一種安全、簡單、穩(wěn)定的面向對象的編程語言，是.NET開發(fā)的首選語言。它由C和C++衍生而來，繼承了他們強大功能的同時去掉了一些復雜特性（如沒有宏）[10]。

2.2 通信方式與通信協(xié)議

本研究中的輸液監(jiān)測儀軟件在無線局域網(wǎng)基礎上通過WiFi網(wǎng)絡與無線網(wǎng)關進行連接，并基于TCP/IP傳輸協(xié)議采用Socket技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。其中，軟件作為服務端（Server），網(wǎng)關作為客戶端（Client），兩者之間通過IP地址+協(xié)議+端口號來唯一標識網(wǎng)絡中的應用進程。通信流程如圖4所示。

圖4 Socket通信流程圖Fig.4 Communication flow chart of socket

本研究制定的通信協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式如圖5所示。

圖5 通信協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式Fig.5 Communication protocol data frame format

其中，各個字段的作用如下：

起始碼：標志數(shù)據(jù)包合法開端。

mac地址碼：標志數(shù)據(jù)包來源設備輸液監(jiān)測儀的mac地址。

設備類型碼：標志輸液監(jiān)測儀設備的設備類型。

命令類型碼：標志輸液監(jiān)測儀設備的數(shù)據(jù)處理方法。

數(shù)據(jù)長度碼：標志數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)長度。

數(shù)據(jù)段：存放輸液滴數(shù)和輸液時長等數(shù)據(jù)。

結束碼：標志數(shù)據(jù)包合法結尾。

2.3 軟件功能設計

該系統(tǒng)中的輸液監(jiān)測儀軟件功能結構圖如圖6所示。

圖6 輸液監(jiān)測儀軟件功能結構圖Fig.6 Functional structure diagram of infusion monitor software

根據(jù)功能結構圖，輸液監(jiān)測儀軟件實現(xiàn)的功能如下：

（1）通信模塊：主要實現(xiàn)輸液監(jiān)測儀軟件與無線網(wǎng)關的連接和數(shù)據(jù)傳輸。其中，軟件作為Socket通信的服務端，綁定的IP地址為所安裝電腦的IPv4地址，端口號設定為9999。

（2）設備管理：主要實現(xiàn)輸液監(jiān)測儀容量選擇以及設備與軟件顯示區(qū)域的一一對應。該軟件可監(jiān)控10個輸液監(jiān)測儀工作，并可根據(jù)實際輸液容量選擇100 mL，250 mL，500 mL或1 000 mL。每個輸液監(jiān)測儀的mac地址固定不變，軟件可通過解析mac地址得知設備號，并與相應的顯示區(qū)域一一對應。

（3）數(shù)據(jù)管理：主要實現(xiàn)輸液數(shù)據(jù)的正確讀取、解析并顯示。

①數(shù)據(jù)解析

數(shù)據(jù)解析是設計開發(fā)該軟件的關鍵部分。上位機在接收到char型原始數(shù)據(jù)后，首先根據(jù)起始碼和結束碼判斷整包數(shù)據(jù)的正確性，如果錯誤直接丟掉；在整包數(shù)據(jù)正確的前提下，根據(jù)通信協(xié)議將數(shù)據(jù)轉換為無符號long型，從而解析出輸液滴數(shù)和輸液時長。

②數(shù)據(jù)顯示

在正確解析輸液數(shù)據(jù)后做簡單處理并在TextBox控件中顯示。

（4）報警提示：主要實現(xiàn)計算液體剩余量并顯示以及報警提示輸液即將完成的狀態(tài)。

①數(shù)據(jù)計算

在解析出輸液滴數(shù)后，通過公式（剩余體積=輸液總量-輸液滴數(shù)×每滴液體體積）計算液體剩余量，并以進度條和剩余體積/輸液總量的形式顯示。

②報警提示

當剩余液體體積＜10 mL時，數(shù)據(jù)顯示面板閃爍且發(fā)出“滴滴滴”報警聲音進行提示。

③停止報警

當醫(yī)護人員及時發(fā)現(xiàn)輸液即將完成后，可點擊停止報警按鈕將報警聲音關閉，數(shù)據(jù)顯示面板不再閃爍。

2.4 軟件流程設計

以1號輸液監(jiān)測儀為例，本軟件的程序設計流程如圖7所示。

圖7 輸液監(jiān)測儀軟件程序設計流程圖Fig.7 Programming flow diagram of infusion monitor software

3 輸液監(jiān)測儀軟件實現(xiàn)結果

此輸液監(jiān)測儀軟件經(jīng)過長期運行和反復測試，能夠正確讀取輸液數(shù)據(jù)并正常顯示，具備報警提示功能，驗證了實驗室已有輸液監(jiān)測儀和無線網(wǎng)關的有效性和實用性，且輸液監(jiān)測儀軟件有較好的用戶使用界面，工作性能良好。軟件運行結果如圖8所示。

圖8 輸液監(jiān)測儀軟件運行結果圖Fig.8 Operation result diagram of infusion monitor software

4 結語

我們研究設計開發(fā)了輸液監(jiān)測儀軟件，并基于軟件提出了由上位機軟件、無線網(wǎng)關和輸液監(jiān)測儀構成的無線智能輸液監(jiān)測系統(tǒng)，且在此系統(tǒng)上驗證了輸液監(jiān)測儀軟件的可用性。此軟件操作簡單，兼容性較強，易于在醫(yī)院推廣實施，實現(xiàn)了多個輸液監(jiān)測儀的全面監(jiān)測和輸液過程的實時監(jiān)控，有助于提高醫(yī)護工作效率和質量。但輸液監(jiān)測儀軟件上并沒有集成算法，缺少對輸液數(shù)據(jù)的進一步分析，后續(xù)工作可對算法分析功能進行完善和研究。另外，還需提高軟件界面及功能的友好程度，并根據(jù)臨床現(xiàn)有的輸液監(jiān)測儀，增強軟件兼容性，從而進一步推廣到臨床。