基于液位監(jiān)測(cè)的智能輸液報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

曾鑫， 梁?，帲?周瑩

靜脈輸液是患者治療及護(hù)理用藥的主要途徑，在患者治療過程中保障其安全性、有效性并預(yù)防院內(nèi)交叉感染尤為重要。目前我國大部分醫(yī)院靜脈輸液護(hù)理仍采取傳統(tǒng)的人工監(jiān)護(hù)法，即在患者輸液結(jié)束或輸液流速不當(dāng)時(shí)人為地通知護(hù)士進(jìn)行處理。這種方式需要醫(yī)護(hù)人員和患者家屬的雙重監(jiān)護(hù)，倘若在患者輸液過程中家屬監(jiān)護(hù)不到位或醫(yī)護(hù)人員工作繁忙未能及時(shí)處理，往往容易發(fā)生空氣栓塞等輸液意外風(fēng)險(xiǎn)[1-2]，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜盎颊呱踩?，造成相關(guān)醫(yī)療糾紛或醫(yī)療事故[3]。隨著醫(yī)用智能輸液報(bào)警器的推廣應(yīng)用，護(hù)理人員的工作強(qiáng)度明顯減輕，輸液安全系數(shù)有效提高，但當(dāng)前臨床上缺乏對(duì)輸液報(bào)警器的統(tǒng)一使用及管理標(biāo)準(zhǔn)[4]，且現(xiàn)有的輸液報(bào)警器存在適用范圍窄、監(jiān)測(cè)誤差率大、報(bào)警提示噪聲大、易受輸液支架搖晃和外界光照環(huán)境影響等缺陷[5-6]，因此，為了實(shí)現(xiàn)患者輸液全程智能監(jiān)護(hù)，達(dá)到精準(zhǔn)、安全輸液目的，本研究設(shè)計(jì)一款基于近紅外光監(jiān)測(cè)輸液瓶中指定液位高度的智能輸液報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)采用三色警示和蜂鳴報(bào)警，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將患者輸液信息及時(shí)反饋給醫(yī)護(hù)人員，從而在輸液監(jiān)測(cè)精確性上取得較好效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 設(shè)計(jì)與方法

1.1 輸液報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架與設(shè)計(jì)

本智能輸液報(bào)警系統(tǒng)主要由STM32F407單片機(jī)、近紅外光電傳感器、LCD液晶顯示屏、蜂鳴器、ATK-RM04串口轉(zhuǎn)WIFI模塊、手機(jī)或電腦接收管理軟件、按鍵模塊、可充電鋰電池和充電管理電路共同組成。裝置主要是運(yùn)用近紅外光電傳感器監(jiān)測(cè)患者輸液瓶中指定的液位高度，憑借紅外線被藥液遮擋時(shí)，傳感器中的紅外接收管產(chǎn)生電位變化來判斷輸液是否完成。通過單片機(jī)中嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uCOS-Ⅱ利用C語言編程完成信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者輸液信息的采集、傳輸及存儲(chǔ)。再將基本信息通過LCD液晶顯示屏三色預(yù)警、蜂鳴器報(bào)警的同時(shí)，經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)傳送將輸液患者的相關(guān)數(shù)據(jù)在醫(yī)護(hù)人員手中的手機(jī)或電腦接收管理軟件上實(shí)時(shí)顯示，從而達(dá)到對(duì)患者輸液情況的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)和量化管理。按鍵模塊作為裝置的開啟和復(fù)位按鈕，可充電鋰電池則保障其持久續(xù)航以及使用過程中的安全性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

圖1 輸液報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

1.1.1 近紅外光電傳感器的設(shè)計(jì) 采用XKC-Y25-NPN型芯片，類型為擴(kuò)散反射型光電傳感器，采取集成式構(gòu)造可有效降低外界光線的干擾。近紅外光電傳感器由紅外發(fā)射器、紅外收光器、發(fā)光二極管、蜂鳴器、發(fā)射板和光導(dǎo)纖維組成。輸液前將其附著于輸液瓶外表面監(jiān)測(cè)藥液的液位高度，當(dāng)監(jiān)測(cè)到液面低于預(yù)設(shè)液面高度時(shí)輸出高電平信號(hào)，發(fā)光二極管紅燈滅，單片機(jī)中斷響應(yīng)，LCD液晶顯示屏顏色由綠色轉(zhuǎn)為黃色，由光導(dǎo)纖維傳至監(jiān)測(cè)器使接收到的有效信號(hào)濾出，并將信號(hào)傳輸至STM32F407單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別顯示，且單片機(jī)的LCD液晶顯示屏及終端接收的電腦或手機(jī)軟件中當(dāng)前狀態(tài)顯示由安全轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)警。為確保輸液監(jiān)測(cè)全程不易發(fā)生裝置故障，采用近紅外波長的發(fā)光二極管作光源，監(jiān)測(cè)所用的光敏二極管也選用在近紅外波長范圍，與之前的光源相匹配。對(duì)發(fā)光二極管采取兩個(gè)垂直交叉的檢查保護(hù)電路，當(dāng)發(fā)光二極管的電路都出現(xiàn)斷路時(shí)，電路會(huì)自動(dòng)接入一個(gè)帶開關(guān)的蜂鳴器，代替二極管工作，并將錯(cuò)誤信息提示上傳到終端接收管理軟件。

1.1.2 信息反饋界面的設(shè)計(jì) 采用2.8英寸ALIENTEK TFT LCD模塊，液晶顯示屏為電阻式鋼化玻璃觸摸屏，分辨率高，工作能耗小，抗外界干擾強(qiáng)。輸液報(bào)警器工作時(shí)顯示屏呈三色警示(綠色：安全狀態(tài)；黃色：預(yù)警狀態(tài)；紅色：緊急狀態(tài))并顯示患者的基本信息(姓名、性別、年齡、病床號(hào)、輸液類型等)，使患者與醫(yī)護(hù)人員更清晰直觀地觀察到當(dāng)前輸液狀態(tài)，保障患者輸液安全的同時(shí)，讓醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)顯示界面上實(shí)時(shí)反饋的患者輸液信息提前做出合理的預(yù)判，準(zhǔn)備好相關(guān)輸液護(hù)理工作的醫(yī)療用品。輸液報(bào)警裝置原理圖如圖2所示。

圖2 輸液報(bào)警裝置原理圖

1.1.3 輸液報(bào)警系統(tǒng)終端接收管理軟件的設(shè)計(jì) 報(bào)警系統(tǒng)前端數(shù)據(jù)采集部分使用STM32F407芯片，ATK-RM04串口轉(zhuǎn)WIFI模塊是數(shù)據(jù)傳輸部分的核心機(jī)件，采集的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機(jī)，數(shù)據(jù)采集部分與上位機(jī)間的通信通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系并發(fā)送數(shù)據(jù)到指定服務(wù)器和移動(dòng)終端。程序?qū)崟r(shí)接收網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)并將相關(guān)信息通過終端接收管理軟件同步顯示整個(gè)輸液病區(qū)中所有患者的輸液情況，從而給予醫(yī)護(hù)人員相對(duì)充足的反應(yīng)時(shí)間并指導(dǎo)做出合理的、有針對(duì)性的處理方案。

1.2 輸液報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用

1.2.1 系統(tǒng)工作流程 輸液報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)行步驟為：①首先初始化系統(tǒng)參數(shù)并調(diào)試程序接入網(wǎng)絡(luò)；②紅外光探測(cè)頭監(jiān)測(cè)輸液瓶中的液位高度，程序?qū)⒁何恍畔⑥D(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集器；③監(jiān)測(cè)液位是否低于預(yù)設(shè)高度，若第一端口輸出低電平，則顯示屏為綠色(即安全狀態(tài))，若輸出高電平，則信號(hào)傳輸至第二端口，顯示屏為黃色(即預(yù)警狀態(tài))；④若第二端口輸出高電平，則顯示屏轉(zhuǎn)為紅色(即緊急狀態(tài))；⑤當(dāng)顯示屏保持紅色超過5 s后，系統(tǒng)通過蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，并將相關(guān)信息上傳至移動(dòng)終端的接收管理軟件，提示患者和醫(yī)務(wù)人員輸液即將完成。

1.2.2 研究對(duì)象 選取2021年3月至5月南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院第一附屬醫(yī)院輸液區(qū)收治的300例輸液患者作為研究對(duì)象，按隨機(jī)數(shù)表法將其分成智能監(jiān)護(hù)組與人工監(jiān)護(hù)組，每組各150例?；颊呒{入標(biāo)準(zhǔn)：①因病就診需要靜脈輸液治療的患者；②輸液患者的疾病類型均符合國家衛(wèi)生部門的規(guī)定；③愿意配置輸液報(bào)警器，參與本研究的輸液患者；④能進(jìn)行有效溝通，無語言障礙的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①非體表靜脈輸液的患者；②患有嚴(yán)重疾病，不能主動(dòng)配合靜脈輸液治療的患者；③未簽署相關(guān)知情同意書的患者。其中智能監(jiān)護(hù)組男89例，女61例，年齡22～74歲，平均年齡(46.73±14.6)歲，輸液瓶數(shù)2～5(3.85±0.78)瓶/天。人工監(jiān)護(hù)組男83例，女67例，年齡23～76歲，平均年齡(47.23±15.1)歲，輸液瓶數(shù)2～5(3.49±0.46)瓶/天。兩組患者性別、年齡及輸液瓶數(shù)經(jīng)比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。參與研究的患者以及其家屬均簽署相關(guān)知情同意書。

1.2.3 應(yīng)用方法 兩組患者均遵循醫(yī)囑進(jìn)行靜脈輸液，人工監(jiān)護(hù)組采用傳統(tǒng)方法對(duì)輸液患者進(jìn)行監(jiān)管，當(dāng)輸液全程有相應(yīng)問題和需要時(shí)，通過家屬或其他陪護(hù)人員呼喚護(hù)士這樣的人工方式來處理相關(guān)護(hù)理需求；智能監(jiān)護(hù)組采用智能輸液報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管，輸液前將輸液報(bào)警器的傳感器附著于輸液瓶外側(cè)指定位置，設(shè)置滴速，開啟報(bào)警裝置。在輸液過程中，患者的相關(guān)信息及輸液狀態(tài)實(shí)時(shí)展示在裝置的顯示屏和終端接收管理軟件上。若出現(xiàn)滴速誤差、液體滴空、針頭回血及針頭阻塞等異?，F(xiàn)象時(shí)，裝置的顯示屏呈紅色(緊急狀態(tài))且5 s后發(fā)出蜂鳴報(bào)警，從而及時(shí)提示患者及護(hù)士對(duì)相應(yīng)情況進(jìn)行處理。當(dāng)輸液即將完成時(shí)，系統(tǒng)會(huì)做出遇到異常情況時(shí)同樣的反應(yīng)，并提前在終端接收管理軟件上提醒護(hù)士換液或拔針操作。同時(shí)患者在輸液過程中接受的全部醫(yī)療操作信息會(huì)及時(shí)上傳到數(shù)據(jù)庫，便于后期信息的調(diào)取和審核。

1.3 觀察指標(biāo)

1.3.1 輸液護(hù)理質(zhì)量的缺陷發(fā)生率 輸液護(hù)理工作中，由于某些原因而導(dǎo)致患者身體上遭受一定的損害稱為輸液護(hù)理質(zhì)量缺陷[7]。根據(jù)患者在輸液流程中可能遇到的輸液風(fēng)險(xiǎn)，從滴速誤差、液體滴空、針頭回血、針頭阻塞這4個(gè)環(huán)節(jié)著手，統(tǒng)計(jì)并比較兩組在輸液過程中護(hù)理質(zhì)量缺陷的發(fā)生情況[8-10]。滴速誤差：靜脈輸液設(shè)置滴速與實(shí)際滴速不一致。液體滴空：滴空輸液瓶后，空氣進(jìn)入莫菲氏滴管下5 cm以上。針頭回血：液體結(jié)束后，血液倒流入輸液針管內(nèi)。針頭阻塞：輸液過程中出現(xiàn)針頭堵塞，液體未往下滴。本調(diào)查由本研究小組在3個(gè)月內(nèi)采取隨機(jī)數(shù)表法選取10個(gè)工作日進(jìn)行觀察記錄，并將不同類型的輸液護(hù)理質(zhì)量缺陷次數(shù)收集合計(jì)到各自環(huán)節(jié)中。

1.3.2 兩組輸液監(jiān)護(hù)方式的滿意度對(duì)比 通過自制的護(hù)理質(zhì)量滿意度調(diào)查表對(duì)兩組輸液監(jiān)護(hù)方式在輸液安全氛圍、輸液流程合理性以及輸液過程舒適度這3個(gè)方面進(jìn)行紙質(zhì)問卷調(diào)查。此表總共20題，每題5分，滿分100分，根據(jù)患者評(píng)分分為非常滿意、滿意和不滿意，其中評(píng)分90～100分為非常滿意，60～89分為滿意，<60分為不滿意，滿意度=(非常滿意+滿意)例數(shù)/總例數(shù)×100%[11-12]。全程共發(fā)放問卷300份，全部有效回收。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 23.0軟件對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)數(shù)資料以例(%)表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組輸液護(hù)理質(zhì)量缺陷率的比較

智能監(jiān)護(hù)組在滴速誤差、液體滴空、針頭回血及針頭阻塞上的缺陷率及護(hù)理質(zhì)量總?cè)毕萋示陀谌斯けO(jiān)護(hù)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表1。

表1 兩種輸液監(jiān)護(hù)方式護(hù)理質(zhì)量缺陷率的比較[n=150，例(%)]

2.2 兩組患者對(duì)輸液監(jiān)護(hù)方式的滿意度對(duì)比

智能監(jiān)護(hù)組對(duì)輸液監(jiān)護(hù)方式的滿意度高于人工監(jiān)護(hù)組的滿意度(99.3%vs.71.3%)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表2。

表2 兩組患者對(duì)輸液監(jiān)護(hù)方式的滿意度對(duì)比[n=150，例(%)]

3 討論

3.1 基于液位監(jiān)測(cè)的智能輸液報(bào)警系統(tǒng)精確性高，報(bào)警錯(cuò)誤率低，實(shí)用性強(qiáng)

本輸液報(bào)警系統(tǒng)通過近紅外光傳感器監(jiān)測(cè)輸液瓶中的液位高度進(jìn)行報(bào)警，相比于扣在輸液管上監(jiān)測(cè)莫菲氏滴管中藥液滴速的報(bào)警器[13-14]，監(jiān)測(cè)過程持續(xù)且精準(zhǔn)，安全可靠。即使出現(xiàn)莫菲氏滴管狹窄或氣壓堵塞等異常，系統(tǒng)也不會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)情況。區(qū)別于稱重一體式輸液報(bào)警器的監(jiān)測(cè)位置固定[15]，適用范圍窄。該裝置的監(jiān)測(cè)位置可根據(jù)不同輸液瓶(或輸液袋)的規(guī)格大小進(jìn)行調(diào)整，從而適用于各種輸液類型，滿足不同輸液環(huán)境下的監(jiān)測(cè)需求。與同類型紅外感應(yīng)的輸液報(bào)警器相比較[16]，裝置使用擴(kuò)散反射型紅外傳感器，從而不易受被檢物的材質(zhì)、形狀、顏色影響，而遮光集成式構(gòu)造可有效降低外界光線的干擾，避免在監(jiān)測(cè)過程中發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警。在性能方面，本報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)通過模擬輸液實(shí)驗(yàn)和真實(shí)輸液過程的雙重檢驗(yàn)，說明輸液報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用具有初步的可行性。

3.2 基于液位監(jiān)測(cè)的智能輸液報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)用可有效降低輸液護(hù)理質(zhì)量缺陷，提升患者輸液安全質(zhì)量

傳統(tǒng)的輸液監(jiān)護(hù)方式會(huì)消耗患者和家屬的大量精力，增加醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度。同時(shí)由于其方式的滯后性，當(dāng)輸液過程中存在滴速誤差、液體滴空、針頭回血及針頭阻塞等隱患時(shí)，容易造成患者遇到這些輸液風(fēng)險(xiǎn)不能得到及時(shí)處理，受到不必要的身體損害。液位監(jiān)測(cè)智能輸液報(bào)警系統(tǒng)的使用可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸液瓶中的余液量和輸液滴速快慢。倘若輸液全程發(fā)生以上異常反應(yīng)，系統(tǒng)會(huì)將異常信息傳輸?shù)浇K端接收管理軟件，提醒醫(yī)護(hù)人員立即對(duì)患者酌情調(diào)節(jié)輸液滴速或暫停輸液。安全高效的反饋報(bào)警系統(tǒng)能做到前饋控制和反饋調(diào)節(jié)[17]，保證輸液全程各個(gè)環(huán)節(jié)的合理性，防范輸液過程中可能出現(xiàn)的誤差缺陷。本研究結(jié)果表明，智能監(jiān)護(hù)組的輸液護(hù)理質(zhì)量缺陷發(fā)生率明顯低于人工監(jiān)護(hù)組，證明輸液報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用能有效規(guī)避輸液風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。該系統(tǒng)客觀記錄患者輸液全過程，使輸液管理更加嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范，減少醫(yī)患糾紛投訴，實(shí)現(xiàn)輸液全程的智能監(jiān)控和量化管理[18]。

3.3 基于液位監(jiān)測(cè)的智能輸液報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用能提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率，提高患者對(duì)輸液護(hù)理服務(wù)的滿意度

對(duì)于傳統(tǒng)輸液監(jiān)護(hù)方式，加強(qiáng)護(hù)士的輸液巡視是患者輸液安全的最有效保障[19]。但由于護(hù)士不能及時(shí)得知對(duì)應(yīng)患者的相關(guān)輸液?jiǎn)栴}，因此護(hù)士需要頻繁往返于病區(qū)與護(hù)士站之間做出相應(yīng)的處理，增加醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度。使用智能輸液報(bào)警系統(tǒng)后護(hù)士能夠第一時(shí)間收到對(duì)應(yīng)患者的相關(guān)輸液?jiǎn)栴}，從而根據(jù)相應(yīng)患者的輕重緩急程度作出合理的安排，使護(hù)士的輸液護(hù)理工作由被動(dòng)安排狀態(tài)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)，減少護(hù)士因輸液?jiǎn)栴}而巡視病房的時(shí)間，大大提高了醫(yī)護(hù)人員的工作效率[20]。同樣，輸液報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)用也讓患者不用再擔(dān)心液體滴空等隱患的發(fā)生，保證輸液患者與家屬的休息，營造安靜舒適的輸液氛圍，提高患者對(duì)輸液護(hù)理服務(wù)的滿意度，緩解日益緊張的醫(yī)患關(guān)系。

綜上所述，基于液位監(jiān)測(cè)的智能輸液報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)用可提升醫(yī)護(hù)人員工作效率，有效降低輸液護(hù)理缺陷的發(fā)生，提供患者更加安全優(yōu)質(zhì)的輸液護(hù)理服務(wù)，提高護(hù)理質(zhì)量滿意度，值得走向市場(chǎng)推廣使用。