智能循環(huán)輸液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林艷麗 吳 榮

1.杭州市余杭區(qū)第五人民醫(yī)院護(hù)理創(chuàng)新研究室，浙江杭州 311100；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 浙江省腫瘤醫(yī)院基建部，浙江杭州 310022

在臨床護(hù)理中，靜脈輸液是一項(xiàng)重要的治療方法，我國(guó)多數(shù)醫(yī)院住院患者中約95%需接受靜脈輸液的方式給藥治療[1-3]，85%左右護(hù)士用于輸液工作的時(shí)間超過(guò)了75%[4-6]。目前臨床的輸液系統(tǒng)，只能實(shí)現(xiàn)單袋虧液檢測(cè)和提示報(bào)警，無(wú)自動(dòng)關(guān)閉輸液，且控制對(duì)象均為單袋[7-10]，未改變臨床的輸液模式。為此筆者設(shè)計(jì)出一款基于輸液控制管理平臺(tái)的多通道智能循環(huán)輸液系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制多通道輸液、預(yù)設(shè)置、輸液過(guò)程在線監(jiān)測(cè)和跟蹤、自動(dòng)切換循環(huán)輸液等功能，不僅解決輸液患者和家屬過(guò)度關(guān)注輸液換袋的煩惱，同時(shí)節(jié)省大量輸液換袋的時(shí)間，用于必要的巡視和宣教，大大提高輸液安全性和護(hù)理的滿意度[11-13]。該設(shè)計(jì)獲得國(guó)家實(shí)用新型專利（專利號(hào)：ZL201620395365.3）?，F(xiàn)將設(shè)計(jì)思路和已實(shí)現(xiàn)的效果分析如下：

1 輸液控制管理平臺(tái)的多通道智控輸液裝置的構(gòu)成

該裝置由智能輸液控制管理平臺(tái)、多通道智能輸液控制裝置、手持控制設(shè)備（PDA）組成[14-18]。依托智能輸液控制管理平臺(tái)，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通信為數(shù)據(jù)傳輸載體[19-21]，實(shí)現(xiàn)控制裝置、PDA、控制管理平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)互訪，確保精準(zhǔn)的控制和管理。該裝置分別由控制邏輯芯片、采樣數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電容性開(kāi)關(guān)檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、角度檢測(cè)傳感器芯片和壓力傳感器、帶轉(zhuǎn)向軸固定輸液管機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。通過(guò)系統(tǒng)邏輯控制和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換將輸液過(guò)程中數(shù)據(jù)和狀況、模式切換等信息由數(shù)據(jù)傳輸載體傳送至智能輸液管理平臺(tái)和PDA，電路系統(tǒng)原理圖。見(jiàn)圖1。

圖1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊電路和功能介紹

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)裝置模塊電路組成和實(shí)現(xiàn)功能介紹

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊包括重量檢測(cè)電路，虧液檢測(cè)電路，輸液管控制通斷電路，WiFi 通訊電路，藍(lán)牙通訊電路，角度檢測(cè)電路，液晶顯示電路，聲控報(bào)警電路，電源轉(zhuǎn)換電路，系統(tǒng)中全部電路可實(shí)現(xiàn)護(hù)士可把0～n袋輸液袋一次性全部掛入系統(tǒng)，由通過(guò)手持設(shè)備或電腦上位機(jī)設(shè)置輸液順序，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行設(shè)定指令，當(dāng)執(zhí)行輸液袋輸完后，系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)控制電路，自動(dòng)切換到下一通道輸液，無(wú)需人為干預(yù)；輸液過(guò)程系統(tǒng)把輸液袋容量、滴速、輸液時(shí)間、報(bào)警信息通過(guò)WiFi、藍(lán)牙電路全部上傳到上位機(jī)和患者手機(jī)APP 中；如輸液出現(xiàn)異常報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷輸液通道，必須由護(hù)士處理報(bào)警，系統(tǒng)才能從新正常工作，介紹框圖見(jiàn)圖2。

1.2 手持設(shè)備裝置模塊電路組成和實(shí)現(xiàn)功能介紹

手持設(shè)備裝置（PDA）包括條形碼掃描電路，輕觸按鍵控制電路，液晶顯示電路，電池供電電路，串口數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換電路，聲控報(bào)警電路；系統(tǒng)中全部電路可實(shí)現(xiàn)護(hù)士使用手持設(shè)備離線（移動(dòng)操作）和連接電腦USB 掃描輸液袋或輸液瓶上條形碼，手持設(shè)備可掃描讀取輸液袋容量，袋或瓶、患者、醫(yī)院、科室、輸液編號(hào)等信息，并自動(dòng)與醫(yī)院錄入信息進(jìn)行匹配，當(dāng)以上信息出現(xiàn)匹配錯(cuò)誤時(shí)，PDA 發(fā)出報(bào)警指令，待匹配數(shù)據(jù)正確，才可啟動(dòng)輸液治療，輸液過(guò)程PDA 可顯示輸液容量、滴速、時(shí)間、報(bào)警信息等動(dòng)態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，介紹框圖見(jiàn)圖3。

1.3 監(jiān)控系統(tǒng)裝置模塊軟件初始化和工作流程圖

監(jiān)控模塊軟件內(nèi)部含MSP430F1611 單片機(jī)系統(tǒng)，16 位超低功耗MCU，具有48 kB 閃存、10240 B RAM、12 位ADC、雙DAC、2 USART、I2C、HW Mult 和DMA，MCU 控制核心系統(tǒng)上電系統(tǒng)對(duì)重量檢測(cè)電路，虧液檢測(cè)電路，輸液管控制通斷電路，wifi 通訊電路，藍(lán)牙通訊電路，角度檢測(cè)電路，液晶顯示電路，聲控報(bào)警電路完成初始化和自檢，確認(rèn)各電路是否正常，當(dāng)完成初始化后，系統(tǒng)對(duì)輸液通道進(jìn)行自檢，同時(shí)wifi 和藍(lán)牙接收數(shù)據(jù)指令，分別執(zhí)行對(duì)應(yīng)指令，自動(dòng)執(zhí)行輸液動(dòng)作，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)最快速度關(guān)閉各輸液通道，并通過(guò)WiFi 和藍(lán)牙上傳報(bào)警信息，系統(tǒng)時(shí)時(shí)監(jiān)控輸液執(zhí)行情況。

1.4 手持設(shè)備裝置模塊軟件初始化

手持設(shè)備裝置軟件內(nèi)部含MSP430F149 單片機(jī)系統(tǒng)，16 位超低功耗微控制器、60 kB 閃存、2 kB RAM、12 位ADC、2 USART、硬件乘法器，MCU 控制核心系統(tǒng)上電系統(tǒng)對(duì)條形碼掃描電路，輕觸按鍵控制電路，液晶顯示電路，串口數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換電路，聲控報(bào)警電路完成初始化和自檢，確認(rèn)各電路是否正常，當(dāng)完成初始化后，系統(tǒng)對(duì)輸液通道進(jìn)行自檢，同時(shí)WiFi 和藍(lán)牙發(fā)送和接收數(shù)據(jù)指令，當(dāng)條形碼掃描到對(duì)應(yīng)信息，系統(tǒng)分別執(zhí)行對(duì)應(yīng)動(dòng)作；自動(dòng)執(zhí)行輸液動(dòng)作，當(dāng)出現(xiàn)信息比對(duì)錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)最快速度切斷各輸液通道，并在已經(jīng)和上位機(jī)上顯示對(duì)應(yīng)報(bào)警信息，PDA 和電腦均可查看輸液狀態(tài)。

圖2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊電路和功能介紹

圖3 手持設(shè)備模塊電路和功能介紹

1.5 輸液袋/瓶條形碼編碼規(guī)則定義介紹

輸液袋/瓶需要粘貼正確條形碼，以此讓系統(tǒng)進(jìn)行全部信息讀取和匹配醫(yī)院錄入信息，使輸液更安全可靠，系統(tǒng)對(duì)條形碼編碼規(guī)則進(jìn)行了定義，條形碼一共為27 位；第1 位表示輸液年份，1 代表2020 年，2 代表2021 年，以此后推；第2～5 位表示月份和日份，0416代表4 月16 日，可根據(jù)日期進(jìn)行輸入；第6～9 位表示時(shí)間，1157 代表11 點(diǎn)57 分，可根據(jù)時(shí)間進(jìn)行輸入；第10～13 位表示輸液容量，1000 代表1000 mL，可輸液1000、500、250、100、50 mL 等實(shí)際容量信息；第14 位表示袋或瓶，1 代表袋裝，2 代表瓶裝；第15～20 位表示患者信息，151813 代表或者身份證后6 位，可根據(jù)患者身份證實(shí)際信息輸入；第21～24 位表示醫(yī)院信息，2034 代表抗州市余杭第五人民醫(yī)院，可根據(jù)實(shí)際醫(yī)院進(jìn)行輸入；第25 位表示科室信息，5 代表內(nèi)科，可根據(jù)實(shí)際科室進(jìn)行輸入；第26 位表示當(dāng)前為第幾袋輸液，2 代表當(dāng)前為總輸液的第2 袋輸液；第27 位表示總輸液袋數(shù)，9 代表總輸液袋數(shù)為9 袋，以上全部數(shù)值為舉例說(shuō)明，可根據(jù)實(shí)際患者信息和藥物信息生成打印。

條形碼生成和使用步驟：第一步：患者到醫(yī)院就診，通過(guò)身份證或醫(yī)療卡掛號(hào)，患者身份信息將自動(dòng)輸入系統(tǒng)，條形碼15～20 位生成；第二步：患者到指定醫(yī)生就診，醫(yī)生根據(jù)病情開(kāi)具對(duì)應(yīng)藥物，條形碼21～24 位生成；其中25 位也將生成，藥物位醫(yī)院ERP 編碼；第三步：領(lǐng)取藥物，護(hù)士將智能點(diǎn)滴上位機(jī)系統(tǒng)到醫(yī)院醫(yī)務(wù)系統(tǒng)中調(diào)取改患者信息和用藥信息；第四步：系統(tǒng)將自動(dòng)生成時(shí)間，袋數(shù)，患者信息等，分別打印出對(duì)應(yīng)n 袋條形碼；第五步：護(hù)士依次將條形碼粘貼在輸液袋上；第六步：輸液中，護(hù)士使用PDA 依次掃描輸液袋上條形碼。

1.6 智能點(diǎn)滴系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取處理和電機(jī)聯(lián)動(dòng)控制

該系統(tǒng)中全部數(shù)據(jù)（輸液時(shí)間、滴速、虧液、輸液袋切換）來(lái)自于系統(tǒng)種兩類傳感器和檢測(cè)模塊，分別是壓力稱重模塊和電容探測(cè)模塊；壓力稱重模塊在該系統(tǒng)中為一個(gè)，患者全部輸液袋懸掛在同一個(gè)壓力傳感器模塊上；電容探測(cè)模塊數(shù)量和輸液袋，假設(shè)此處患者有3 袋輸液袋，系統(tǒng)需要放置3 個(gè)電容探測(cè)模塊。以3 袋輸液舉例數(shù)據(jù)來(lái)源和處理。第一步：護(hù)士將全部輸液袋依次懸掛到系統(tǒng)中，使用PDA 依次掃描輸液袋上二維碼；第二步：稱重模塊分別記錄每次輸液袋重量為(a、b、c)g，系統(tǒng)將自動(dòng)保存下來(lái)；第三步：系統(tǒng)將匹配稱重模塊檢測(cè)到重量是否和二維碼信息一致，如一致系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行，如存在差異，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，自動(dòng)關(guān)閉輸液；第四步：護(hù)士設(shè)定輸液順序，假設(shè)為a-b-c；第五步：系統(tǒng)將先自動(dòng)打開(kāi)a 對(duì)應(yīng)電機(jī)閥，a 輸液袋啟動(dòng)開(kāi)始輸液；第六步：稱重模塊定時(shí)采集變化重量，根據(jù)變化g 數(shù)，計(jì)算出滴速(xxx)g/s；自動(dòng)比對(duì)系統(tǒng)設(shè)定最大和最小滴速，計(jì)算滴速超過(guò)范圍，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉輸液，發(fā)出報(bào)警；第七步：根據(jù)前面保存重量（a）g，計(jì)算出輸液時(shí)間（xxx）min，預(yù)估剩余時(shí)間（xxx）min；第八步：當(dāng)a 袋輸液完畢時(shí)，a 對(duì)應(yīng)電容檢測(cè)模塊通過(guò)檢測(cè)輸液管是否有連續(xù)液體流過(guò)，判斷是否虧液，當(dāng)出現(xiàn)虧液，電容檢測(cè)模塊檢測(cè)并上傳系統(tǒng)；第九步：系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)作a 對(duì)應(yīng)電機(jī)控制閥，關(guān)閉a 輸液；第十步：系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)作b 對(duì)應(yīng)電機(jī)控制閥，打開(kāi)b輸液；第十一步：系統(tǒng)依次自動(dòng)完成輸出，直到最后1 袋輸液袋；

2 結(jié)論

多通道智能控制輸液系統(tǒng)不受藥業(yè)容器干擾，根據(jù)治療要求自動(dòng)切換輸液和關(guān)閉輸液，并監(jiān)控輸液全過(guò)程。實(shí)現(xiàn)多瓶不同液體之間的交替輸液和預(yù)設(shè)置輸液，避免藥物前后配伍禁忌，有效地降低輸液不良反應(yīng)[22-23]。明顯減少接瓶次數(shù)，顯著提升護(hù)理效率，變被動(dòng)的呼叫護(hù)理為主動(dòng)巡查模式，降低因工作量大、護(hù)理不到位引起的差錯(cuò)；降低臨床護(hù)理人員的剛性需求，增加對(duì)患者的直接護(hù)理時(shí)間[24-26]。輸液全程記錄，為后期信息跟蹤、大數(shù)據(jù)分析提供參考；患者或家屬可通過(guò)手機(jī)APP 查看輸液時(shí)間、滴速、輸液預(yù)估剩余時(shí)間。院感控制和疫情防控形勢(shì)下，通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能管控、遠(yuǎn)程操作，達(dá)到高效準(zhǔn)確、合理化的輸液，減少人員頻率接觸，避免交叉感染，具有非常重要的臨床意義。