基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)的智慧輸液系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

賈博奇，劉曉華，許鋒，欒笑笑，李亦林，計(jì)虹，張晨，盧?，喬杰

北京大學(xué)第三醫(yī)院 a. 醫(yī)學(xué)工程處；b. 信息管理與大數(shù)據(jù)中心；c. 婦產(chǎn)科，北京 100191

引言

目前，靜脈輸液已經(jīng)成為臨床重要治療手段。有研究顯示，我國(guó)靜脈輸液使用率高達(dá)93.13%[1]，輸液工作時(shí)間占護(hù)士每天工作時(shí)間的75%以上[2]。目前護(hù)士使用移動(dòng)護(hù)理系統(tǒng)對(duì)患者信息進(jìn)行掃碼核對(duì)，但未對(duì)輸液液體的重量和藥品進(jìn)行二次核對(duì)。在輸液中常出現(xiàn)滴速異常和換液不及時(shí)等問(wèn)題[3]。液體滴速異常不僅影響藥效，還可能引發(fā)藥物不良反應(yīng)[4-7]，危及患者安全。當(dāng)病房患者呼叫密集時(shí)，護(hù)士未能及時(shí)響應(yīng)，導(dǎo)致回血留空等不良事件發(fā)生，影響臨床工作質(zhì)量和患者就醫(yī)滿意度。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸成熟。目前監(jiān)測(cè)輸液滴速主要有重力和紅外兩種測(cè)量方式[8-9]。其中，重力測(cè)量以準(zhǔn)確和安全著稱。輸液監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸主要有低功耗藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)和LoRaWan三種方式[10-12]。ZigBee方式目前存在傳輸速率低、時(shí)延不確定性的缺陷，無(wú)法大規(guī)模在病房中應(yīng)用[13]；LoRaWan方式則由于剛剛起步，穩(wěn)定性還有待改善未能得到大規(guī)模應(yīng)用[14]；而低功耗藍(lán)牙技術(shù)則以傳輸距離遠(yuǎn)、速度快、穩(wěn)定性高和擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)成為了智慧輸液監(jiān)測(cè)器的首選數(shù)據(jù)傳輸方式[15]。醫(yī)院通過(guò)輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以建設(shè)完善智慧醫(yī)院系統(tǒng)，為患者提供智慧服務(wù)，以智慧服務(wù)為抓手，針對(duì)患者的實(shí)際就醫(yī)需求，推動(dòng)信息技術(shù)與醫(yī)療服務(wù)深度融合。

針對(duì)傳統(tǒng)輸液痛點(diǎn)和醫(yī)院智慧化建設(shè)要求，本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)了基于低功耗藍(lán)牙輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用超微重力傳感器監(jiān)測(cè)液體的滴速和余量，通過(guò)低功耗藍(lán)牙技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)患者輸液二次核對(duì)，滴速量化管理和智慧換液提醒，以期解決傳統(tǒng)輸液方式的不足，提高臨床工作效率，營(yíng)造安靜舒適的病房環(huán)境，提升患者滿意度。同時(shí)，制定個(gè)性化輸液方案，促進(jìn)病房合理用藥和個(gè)性化用藥，是創(chuàng)新醫(yī)院智慧服務(wù)新模式的有力探索。

1 智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 建設(shè)目標(biāo)

智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將輸液監(jiān)測(cè)器與臨床信息系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)輸液過(guò)程的滴速精準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、異常情況警報(bào)和換液智能提醒。對(duì)輸液過(guò)程進(jìn)行定量管理，形成全閉環(huán)的臨床輸液管理，提高臨床的工作效率，保障患者輸液安全，提升臨床醫(yī)療質(zhì)量；減少患者使用呼叫器次數(shù)，打造安靜病房，提升就醫(yī)體驗(yàn)。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為輸液監(jiān)測(cè)器和輸液管理平臺(tái)兩個(gè)部分。輸液監(jiān)測(cè)器使用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸液液體滴速和余量，并將數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)橋傳輸至輸液管理平臺(tái)。輸液管理平臺(tái)則與醫(yī)院信息系統(tǒng)聯(lián)通，獲取醫(yī)囑和護(hù)理信息，并通過(guò)護(hù)士站大屏、護(hù)理工作站和手持終端（Personal Digital Assistant，PDA）顯示輸液進(jìn)程以及提示護(hù)士換液（圖1）。兩部分相互協(xié)同，共同助力輸液智慧化。

圖1 智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

1.2.1 低功耗藍(lán)牙輸液監(jiān)測(cè)器

低功耗藍(lán)牙輸液監(jiān)測(cè)器由滴速傳感器和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)液體滴速和余量進(jìn)行感知和數(shù)據(jù)傳輸，是智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中感知層的主要組成部分。

本研究使用超微重力傳感器對(duì)液體余量和滴速進(jìn)行感知，通過(guò)重量對(duì)懸掛的輸液器和藥品進(jìn)行匹配，然后在輸液過(guò)程中通過(guò)重量的變化監(jiān)測(cè)剩余液體的余量并計(jì)算出實(shí)時(shí)滴速。與目前廣泛應(yīng)用的紅外輸液檢測(cè)器相比，使用超微重力傳感器由于不與藥品產(chǎn)生直接接觸，不會(huì)導(dǎo)致藥物變質(zhì)，影響輸液效果。而且目前紅外激活化療藥物[16-18]正成為研究熱點(diǎn)，超微重力傳感器與此類藥物兼容，不會(huì)影響藥效。

本研究使用低功率藍(lán)牙模塊作為數(shù)據(jù)傳輸方式，低功耗藍(lán)牙技術(shù)是針對(duì)低功耗領(lǐng)域進(jìn)行的一種無(wú)線數(shù)據(jù)傳送的解決方案[19-20]。智慧輸液監(jiān)測(cè)器通過(guò)低功耗藍(lán)牙將采集數(shù)據(jù)傳送至部署在病房中的藍(lán)橋，藍(lán)橋再通過(guò)院內(nèi)無(wú)線局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至輸液管理平臺(tái)分析計(jì)算，進(jìn)行展示和預(yù)警。同時(shí)，由于低功耗藍(lán)牙的低功耗特性，可支持無(wú)線方式充電，與傳統(tǒng)使用干電池方式相比，能夠有效減小智慧輸液監(jiān)測(cè)器體積，而且能夠避免充電線纜過(guò)多纏繞，操作簡(jiǎn)便，能夠保持護(hù)士操作間整潔。

1.2.2 輸液管理平臺(tái)

輸液管理平臺(tái)以臨床信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)接患者的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和醫(yī)囑信息，供護(hù)士核對(duì)患者與液體信息，保證患者輸液安全。輸液管理平臺(tái)通過(guò)二維碼將患者與低功耗藍(lán)牙輸液監(jiān)測(cè)器進(jìn)行綁定，保證監(jiān)測(cè)信息真實(shí)有效。通過(guò)數(shù)據(jù)模型分析，平臺(tái)自動(dòng)計(jì)算即時(shí)的輸液滴速、剩余液量和剩余時(shí)間等信息，以圖表方式展現(xiàn)在護(hù)士站大屏和PDA上，實(shí)現(xiàn)輸液量化管理。平臺(tái)將以上信息和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，當(dāng)輸液滴速大于或小于預(yù)設(shè)區(qū)間時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)在設(shè)備上進(jìn)行報(bào)警提示輸液滴速異常。當(dāng)剩余液量小于預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)向護(hù)士PDA上自動(dòng)發(fā)送換液提醒，自動(dòng)提示護(hù)士操作，讓護(hù)士有序合理安排換液工作，降低輸液不良事件發(fā)生率。

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

為了解決傳統(tǒng)輸液不能直觀顯示滴速、對(duì)剩余液量監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，兼顧臨床統(tǒng)計(jì)分析和定制標(biāo)準(zhǔn)化輸液方案需求，智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)了7大功能，分別為輸液監(jiān)測(cè)器綁定與解綁、患者輸液信息二次核對(duì)、輸液狀態(tài)顯示、輸液異常報(bào)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、輸液個(gè)性化方案制定和輸液監(jiān)測(cè)設(shè)備管理。

1.3.1 輸液監(jiān)測(cè)器綁定與解綁

通過(guò)護(hù)理工作站或PDA將輸液監(jiān)測(cè)器與床位信息、患者信息進(jìn)行綁定關(guān)聯(lián)。在大批量輸液時(shí)，護(hù)士可以通過(guò)護(hù)理工作站在系統(tǒng)中手動(dòng)輸入床位信息進(jìn)行綁定，并根據(jù)工作需要隨時(shí)解綁。同時(shí)，護(hù)士也可通過(guò)PDA掃描輸液監(jiān)測(cè)器上的二維碼快速完成輸液監(jiān)測(cè)器與床位的綁定與解綁，方便快捷。輸液管理平臺(tái)會(huì)自動(dòng)獲取該床位患者的醫(yī)囑信息，獲得患者的用藥信息，方便護(hù)士輸液前核對(duì)，確保患者輸液安全。

1.3.2 患者輸液信息二次核對(duì)

智慧輸液檢測(cè)系統(tǒng)與電子病歷系統(tǒng)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)醫(yī)囑核對(duì)功能。護(hù)士通過(guò)PDA掃描患者腕帶二維碼獲取患者信息，并與醫(yī)囑信息進(jìn)行校驗(yàn)。在輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中存有病房輸液液體重量和藥品信息，輸液監(jiān)測(cè)器通過(guò)監(jiān)測(cè)當(dāng)前掛在監(jiān)測(cè)器上的液體重量，對(duì)輸液藥品品種進(jìn)行二次核對(duì)，如有差錯(cuò)可立即報(bào)警提示護(hù)士再次核對(duì)藥品信息，保障患者輸液安全。

1.3.3 輸液狀態(tài)顯示

通過(guò)輸液監(jiān)測(cè)器中的微重力傳感器對(duì)輸液的液體滴速、液體余量和輸液時(shí)間進(jìn)行測(cè)算，并按床位分別在護(hù)士站大屏中進(jìn)行顯示，方便護(hù)士對(duì)整個(gè)病房的患者輸液情況進(jìn)行管理。護(hù)士也可以在PDA中查看患者的詳細(xì)輸液信息，遠(yuǎn)程查看患者輸液信息，保證輸液的安全有效。

1.3.4 輸液異常報(bào)警

在患者輸液時(shí)，護(hù)士可根據(jù)輸液藥物種類預(yù)先設(shè)置輸液滴速區(qū)間，確保輸液藥效，保障患者輸液安全。在輸液過(guò)程中，如遇到當(dāng)前滴速超過(guò)或低于預(yù)設(shè)的滴速區(qū)間，輸液管理平臺(tái)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，對(duì)應(yīng)床位患者的輸液情況在護(hù)士站大屏變?yōu)榧t色，并向護(hù)士PDA報(bào)警提示護(hù)士進(jìn)行查看和響應(yīng)操作。當(dāng)患者剩余液量過(guò)低時(shí)，輸液管理平臺(tái)自動(dòng)報(bào)警提示護(hù)士及時(shí)換液，護(hù)士可以有序地對(duì)患者進(jìn)行換液，避免輸液不良事件發(fā)生。并且可以有效減少患者使用病房呼叫器次數(shù)，為患者營(yíng)造更加安靜舒適的休養(yǎng)環(huán)境，提升患者就醫(yī)體驗(yàn)。

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

在護(hù)理工作站和PDA可以同時(shí)進(jìn)行病房輸液情況和工作量統(tǒng)計(jì)，并支持自動(dòng)生成統(tǒng)計(jì)圖表，方便科室進(jìn)行人員調(diào)度安排和護(hù)理質(zhì)量控制。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能可以進(jìn)行精細(xì)化統(tǒng)計(jì)查詢和消息管理統(tǒng)計(jì)查詢。支持查詢特定時(shí)間范圍或科室內(nèi)部指定患者某種藥物的輸液統(tǒng)計(jì)情況，包含單次使用藥物劑量、藥物累積使用記錄、輸液患者信息、輸液中異常情況等，方便進(jìn)行臨床藥物統(tǒng)計(jì)分析，指導(dǎo)合理用藥。

1.3.6 輸液個(gè)性化方案制定

智慧輸液檢測(cè)系統(tǒng)中支持根據(jù)患者年齡分組和輸液藥品品種等信息進(jìn)行輸液方案制定。在輸液過(guò)程中保持輸液滴速在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，既保證輸液藥效，又減小輸液藥物的不良反應(yīng)，提升患者的輸液效果，保障臨床輸液滿意度。

1.3.7 輸液監(jiān)測(cè)設(shè)備管理

護(hù)士可在護(hù)理工作站和PDA中實(shí)時(shí)查看輸液監(jiān)測(cè)器和藍(lán)橋的設(shè)備信息以及使用狀態(tài)，如設(shè)備序列號(hào)、設(shè)備的連接狀態(tài)、輸液監(jiān)測(cè)器剩余電量、輸液監(jiān)測(cè)器的綁定床位信息等。護(hù)士可根據(jù)臨床工作需要在系統(tǒng)中解除輸液監(jiān)測(cè)器與床位的綁定，進(jìn)行智能管理。同時(shí)，工程師也可遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)備的巡檢及預(yù)防性維護(hù)，確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，保障臨床工作順利開(kāi)展。

2 實(shí)施方案及效果

我院以婦科一病房為試點(diǎn)，建設(shè)了基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)的輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，共裝有53個(gè)輸液監(jiān)測(cè)器，8個(gè)無(wú)線充電站，1個(gè)護(hù)士站大屏，并在每間病房裝配無(wú)線藍(lán)橋。低功耗藍(lán)牙輸液監(jiān)測(cè)器通過(guò)藍(lán)牙方式將采集到的重量數(shù)據(jù)傳輸至藍(lán)橋，藍(lán)橋通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)至輸液管理平臺(tái)，并通過(guò)護(hù)士站大屏和護(hù)士PDA顯示輸液信息（圖2）。護(hù)士通過(guò)護(hù)理工作站和PDA可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸液全流程監(jiān)控和信息追溯，護(hù)士預(yù)先在輸液管理平臺(tái)對(duì)滴速和余液液量進(jìn)行設(shè)置。輸液前，護(hù)士使用PDA進(jìn)行掃碼，確認(rèn)患者身份，并核對(duì)藥品信息，如果信息不匹配，PDA立即發(fā)出警報(bào)，確?；颊咝畔⑴c實(shí)際藥品對(duì)應(yīng)無(wú)誤。經(jīng)過(guò)臨床實(shí)踐，對(duì)于婦科病房輸液常見(jiàn)藥物，將滴速區(qū)間設(shè)置為20～60滴/min，余液液量報(bào)警值為10 mL，可取得較好的輸液效果。在實(shí)際輸液過(guò)程中，當(dāng)?shù)嗡僦挡辉谠O(shè)置區(qū)間時(shí)，護(hù)士站大屏和PDA上顯示滴速報(bào)警，提示護(hù)士查看相應(yīng)患者的輸液情況；當(dāng)余液液量<10 mL時(shí)，護(hù)士站大屏和PDA通知護(hù)士對(duì)相應(yīng)患者進(jìn)行換液或封管操作。在輸液后，通過(guò)管理平臺(tái)對(duì)病房每月輸液工作量、用藥種類、每種藥物的輸液時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行工作量統(tǒng)計(jì)和護(hù)理質(zhì)量控制。

圖2 智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

為驗(yàn)證智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效性，本文以2021年9月1日至30日的350例臨床輸液數(shù)據(jù)為對(duì)照組，以2021年12月1日至30日的350例臨床輸液數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以護(hù)士收到病人呼叫或輸液結(jié)束報(bào)警到護(hù)士實(shí)際進(jìn)行換液操作的時(shí)間差作為護(hù)士換液時(shí)間，并分別統(tǒng)計(jì)期間每日患者使用呼叫器換液次數(shù)與當(dāng)天使用呼叫器總次數(shù)占比作為病房輸液響鈴率，結(jié)果如表1所示。智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用前，護(hù)士換液的平均時(shí)間為（4.37±1.79）min，病房輸液響鈴率為65.31%±4.65%；智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用后，護(hù)士換液的平均時(shí)間為（2.47±0.89）min，病房輸液響鈴率為38.69%±3.96%。智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用前后，護(hù)士換液時(shí)間和病房輸液響鈴率均有顯著差異（P<0.001），護(hù)士換液時(shí)間平均值減少43.48%，病房輸液響鈴率平均值減少40.76%。智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用前，護(hù)士無(wú)法提前知曉患者是接瓶還是封管，存在往返操作間的情況，造成換液時(shí)間較長(zhǎng)。在輸液結(jié)束時(shí)，患者使用呼叫器或家屬通知時(shí)，護(hù)士才能進(jìn)行響應(yīng)，服務(wù)被動(dòng)。智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用后，護(hù)士可以通過(guò)系統(tǒng)獲悉后續(xù)有無(wú)液體，可以事先進(jìn)行操作準(zhǔn)備，大大減少換液時(shí)間，提高病房工作效率。并且智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在患者輸液結(jié)束前主動(dòng)提示護(hù)士，責(zé)任護(hù)士可以隨時(shí)通過(guò)PDA遠(yuǎn)程查看滴速和液體剩余量，由被動(dòng)服務(wù)變?yōu)橹鲃?dòng)服務(wù)，可減少患者使用呼叫器次數(shù)，進(jìn)一步向?qū)崿F(xiàn)安靜病房邁進(jìn)。

表1 智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用前后護(hù)士換液時(shí)間及病房輸液響鈴率對(duì)比（±s）

表1 智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用前后護(hù)士換液時(shí)間及病房輸液響鈴率對(duì)比（±s）

時(shí)間 護(hù)士換液時(shí)間/min 病房輸液響鈴率/%系統(tǒng)應(yīng)用前 4.37±1.79 65.31±4.65系統(tǒng)應(yīng)用后 2.47±0.89 38.69±3.96 t值 19.29 24.76 P值 ＜0.001 ＜0.001

3 討論與結(jié)論

本文建設(shè)了智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用超微傳感器對(duì)液體余量和滴速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用低功耗藍(lán)牙技術(shù)將輸液數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并通過(guò)護(hù)士站大屏和PDA進(jìn)行直觀顯示，提高了臨床工作效率，實(shí)現(xiàn)了輸液全閉環(huán)管理的同時(shí)打造安靜病房，促進(jìn)用藥合理化。智慧輸液管理系統(tǒng)與HIS互聯(lián)互通將患者醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行全面整合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)統(tǒng)一管理，提升醫(yī)院整體智慧化醫(yī)療診治服務(wù)水平。與羅繼軍等[21]研究的紅外輸液監(jiān)測(cè)器相比，本文使用了超微重力傳感器，避免了紅外光對(duì)化療藥物的影響，既實(shí)現(xiàn)了輸液監(jiān)測(cè)，又保障了輸液安全。與潘小琴等[22]使用ZigBee無(wú)線傳輸方式的輸液監(jiān)測(cè)器相比，本文使用了低功耗藍(lán)牙傳輸方式，設(shè)備整體功耗較低，又使用了無(wú)線充電技術(shù)，縮小了設(shè)備體積，使用方便。本系統(tǒng)還可以通過(guò)病房藍(lán)橋兼容更多智慧藍(lán)牙醫(yī)療設(shè)備，為今后智慧病房建設(shè)做好技術(shù)鋪墊。臨床科室可以使用輸液管理平臺(tái)對(duì)日常輸液數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，針對(duì)常用輸液藥品和患者年齡制定不同的輸液方案，減少輸液藥物帶來(lái)的不良反應(yīng)，保證輸液質(zhì)量。智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為臨床工作質(zhì)量控制提供了有力的工具，為進(jìn)一步提升診療服務(wù)水平提供重要數(shù)據(jù)支撐。但本系統(tǒng)對(duì)輸液容器識(shí)別，即塑料袋和玻璃瓶仍存在不足，仍需要護(hù)士人工確定；并且在患者移動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，在后續(xù)應(yīng)對(duì)輸液容器識(shí)別和監(jiān)測(cè)算法進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適用性。

本文通過(guò)使用微重力傳感器和低功耗藍(lán)牙技術(shù)建設(shè)了智慧輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以智慧化手段監(jiān)測(cè)輸液進(jìn)程，提高了臨床工作效率和質(zhì)量，為患者提供了智慧醫(yī)療服務(wù)，打造了安靜舒適的病房環(huán)境，提升了患者就醫(yī)滿意度。通過(guò)不斷加強(qiáng)智慧醫(yī)院建設(shè)，為推進(jìn)健康中國(guó)建設(shè)，努力全方位、全周期保障人民健康做出有力探索。