基于MQTT的智能輸液系統(tǒng)設(shè)計

汪婕 鐘麟 高寬翔

摘要：輸液是常見的治療方式，靜脈輸液的監(jiān)控常采用人工目測，但由于輸液滴注速度受多種因素影響，難以保持恒定速度，經(jīng)常出現(xiàn)時快時慢，導(dǎo)致出現(xiàn)停止滴注甚至回血的情況。輸液完成時，如未及時更換輸液或拔出針頭，輕則影響療效，重則發(fā)生嚴(yán)重的醫(yī)療事故。因此，改進和優(yōu)化輸液監(jiān)測與報警系統(tǒng)，并且要求結(jié)構(gòu)簡單，能實現(xiàn)自動化是目前亟須解決的重要技術(shù)問題。文章基于MQTT設(shè)計的智能輸液系統(tǒng)，由上位機和下位機共同構(gòu)成，能夠?qū)崟r檢測輸液進度并在上位機顯示，通過上位機控制下位機輸液速度和警報，上位機實時更新患者和藥品信息并存儲。系統(tǒng)可實現(xiàn)更科學(xué)、高效的輸液管理，協(xié)助醫(yī)護人員創(chuàng)造更好的醫(yī)療環(huán)境，具有廣泛的市場前景和實用價值。

關(guān)鍵詞：非接觸；報警；靜脈輸液

中圖分類號：TP319文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

臨床最重要的治療方式之一就是靜脈輸液，靜脈輸液工作時間占據(jù)了護士每天工作時間的75%以上。但因滴速異常和換液不及時等問題也使輸液治療為人們所詬病，液體滴速異常不僅影響藥效，還引發(fā)藥物不良反應(yīng)。因此，需要對輸液進行更加科學(xué)系統(tǒng)的檢測與管理，本文設(shè)計的智能輸液系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測輸液進度，遠(yuǎn)程控制輸液速度，在輸液即將完成時進行示警，并將病患信息及時更新到文件中，具有較高的實用價值。整套設(shè)備的成本較低，易于遷移，具有較為廣泛的市場前景。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 主控模塊

主控模塊選用的處理芯片是ESP8266，其核心是AT指令集與MQTT協(xié)議，該核心的功能較為強大，不僅能夠作為一個單獨模塊進行開發(fā)設(shè)計，獨立應(yīng)用［1］，還可以作為WiFi模塊使用，具有天線開關(guān)、射頻balun、功率放大器、低噪聲放大器、濾波器和電源管理模塊。在本設(shè)計中，此芯片主要負(fù)責(zé)接收PC端信息，從而控制電機的旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)對輸液速度的控制。其功能原理如圖1所示。

1.2 液位檢測模塊

選用XH-M208非接觸式液位感應(yīng)器完成液位檢測工作，該液位傳感器的原理是通過改變電容的大小來表示液面是否高于/低于該檢測位，包括一個高頻振蕩器，由兩個金屬電極構(gòu)成其傳感表面。一旦物體靠近感應(yīng)表面，它就會移動到電極的靜電場中并改變振蕩器的電容。因此，一旦達到一定幅度，振蕩器電路將開始振蕩并改變傳感器的輸出條件；一旦目標(biāo)遠(yuǎn)離電容傳感器，振蕩器的振幅就會減小，從而將電容傳感器切換回原始位置，最終實現(xiàn)非接觸的液位檢測［2］。

1.3 流速控制模塊

選用當(dāng)前技術(shù)相對成熟的MG995伺服電機組成控制模塊，通過程序設(shè)定的固定輸液速度，在上位機端發(fā)布指令調(diào)節(jié)伺服電機的角度，配合3D打印模型對輸液管進行一定程度的夾持；通過軟件設(shè)置不同脈沖的步進度數(shù)，實現(xiàn)對輸液速度的精準(zhǔn)控制。

1.4 報警模塊

ZK-3A是可孚公司生產(chǎn)的一款輸液報警裝置，比傳統(tǒng)輸液報警裝置體積更小，且移植性好，只需夾持在輸液管上即可使用。使用過程中，當(dāng)輸液完成時蜂鳴器報警，分貝達85 dB，且紅燈閃爍，可夜間使用，分貝適中，既可做到提醒，又不會打擾到其他病人的正常休息，待機時間長，符合本系統(tǒng)的設(shè)計需求。

1.5 WiFi模塊

ESP8266是一款超低功耗的UART WiFi透傳模塊，可將用戶的物理設(shè)備連接到WiFi 無線網(wǎng)絡(luò)上，進行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。ESP8266模塊成本低、使用簡便、功能強大，通過串口AT指令與單片機通信，實現(xiàn)串口透傳，不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換（如串口到WiFi、藍牙等）由模塊完成，應(yīng)用在本系統(tǒng)中完成信號的傳輸工作。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)軟件流程

程序設(shè)計分為界面設(shè)計、通信協(xié)議、上位機程序3個部分。其中，MQTT協(xié)議通信距離可達幾百米，能夠及時將輸液信息通知醫(yī)護人員［3］。本系統(tǒng)程序設(shè)計使用兩塊ESP8266模塊獨立運作，一塊用于采集液位信息并通過WiFi上傳至群組，另一塊用于讀取群組信息，從而實現(xiàn)兩塊獨立ESP8266的信息互通。軟件流程如圖2所示。

2.2 上位機設(shè)計

本系統(tǒng)使用純Python圖形GUI庫進行顯示模塊的設(shè)計。使用序列號來對病人信息進行區(qū)分，避免程序在數(shù)據(jù)讀取時出現(xiàn)誤讀的情況。上位機顯示界面中包括病人信息、處方編號、負(fù)責(zé)醫(yī)生等信息，通過讀取特定的信息表格內(nèi)容更新上位機的顯示，在此信息表格中可以進行病患信息的更改。為使輸液速度可視化，本系統(tǒng)在界面的上部設(shè)置一個流速控制條形框顯示流速［4］。綜合考慮各種特殊情況，對輸液的流速控制可手動設(shè)置為0，流速控制條下方的輸液進度顯示輸液完成度［5］。上位機界面如圖3所示，具體功能如下。

（1）流速控制條有5種模式，分別是停止、低速、中速、高速和全速，當(dāng)輸液即將完成時，上位機自動控制下位機停止輸液。

（2）輸液進度欄顯示當(dāng)前的輸液進度，當(dāng)輸液完成時，顯示輸液完成。

（3）具體信息欄分為病人基本信息和醫(yī)院附加信息，兩欄分開顯示。

（4）關(guān)閉報警按鈕控制的是報警器的狀態(tài)，可遠(yuǎn)程關(guān)閉警報。

2.3 數(shù)據(jù)存儲

為了能隨時查看病人的輸液信息，本系統(tǒng)設(shè)計了信息存儲文件夾，該文件夾內(nèi)包含系統(tǒng)的主程序、界面程序、硬件程序和病人信息表格。其中，以news命名的Excel文件存儲的是病人的基本信息，醫(yī)生可以在文件中錄入或修正患者信息，保存后可以在上位機中完成信息的更新與顯示。以record命名的Excel文件中記錄了病人輸液的起止時間，由Python程序創(chuàng)建，每次輸液完成后，文件自動更新輸液開始和結(jié)束的時間，以供醫(yī)護人員隨時查詢。

3 結(jié)語

當(dāng)前，國內(nèi)智慧醫(yī)療每年實際投入資金僅占醫(yī)院總收入的0.3%～0.5%，發(fā)達國家普遍達到3%～5%，國內(nèi)智慧醫(yī)療市場仍有提升空間。本文設(shè)計的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更加科學(xué)、高效的輸液管理，可以協(xié)助醫(yī)護人員打造更好的醫(yī)療環(huán)境。相信智慧輸液設(shè)備也將在醫(yī)院得到廣泛應(yīng)用，萬物互聯(lián)這一想法也將隨之落地。

參考文獻

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（編輯 沈 強）