吳世敬，王國(guó)靜，胡敏露，王衛(wèi)東

中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院，北京市，100853

0 引言

隨著信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，醫(yī)院正逐步邁向信息化和自動(dòng)化時(shí)代，尤其體現(xiàn)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)類設(shè)備使用方面[1]。靜脈輸液技術(shù)是臨床監(jiān)護(hù)與治療的一項(xiàng)重要內(nèi)容[2]。目前臨床中輸液過(guò)程大多依靠患者或家屬觀察進(jìn)行監(jiān)護(hù)，當(dāng)輸液速度不適或液體剩余少量時(shí)通過(guò)床鈴呼叫護(hù)士，但是在長(zhǎng)期照顧病人后容易疲憊而出現(xiàn)疏忽，而且當(dāng)護(hù)士應(yīng)鈴不及時(shí)時(shí)，容易產(chǎn)生醫(yī)療事故[3]。為避免這一現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)集輸液數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警提示為一體的輸液過(guò)程監(jiān)測(cè)軟件尤為必要。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和無(wú)線通信等技術(shù)的快速發(fā)展，臨床上已經(jīng)引進(jìn)了多種智能輸液監(jiān)測(cè)設(shè)備，它們一般都采用稱重法[4]、光電檢測(cè)法[5]、超聲回波檢測(cè)法[6]、電容檢測(cè)法[7]等方法實(shí)現(xiàn)輸液輔助監(jiān)護(hù)，但與之配套的能夠?qū)崿F(xiàn)輸液區(qū)全面智能監(jiān)測(cè)的上位機(jī)軟件少之又少。

本文針對(duì)臨床輸液監(jiān)護(hù)的現(xiàn)狀設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于C#的輸液監(jiān)測(cè)儀軟件，并提出了由上位機(jī)軟件、實(shí)驗(yàn)室自行研制的無(wú)線網(wǎng)關(guān)和輸液監(jiān)測(cè)儀構(gòu)成的無(wú)線智能輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)了多個(gè)輸液監(jiān)測(cè)儀的全面監(jiān)測(cè)和輸液過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，且操作簡(jiǎn)單，兼容性較強(qiáng)，易于在醫(yī)院落實(shí)推廣，有助于提高工作效率和醫(yī)護(hù)質(zhì)量。

1 智能輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文提出的智能輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要分為上位機(jī)軟件、無(wú)線網(wǎng)關(guān)和輸液監(jiān)測(cè)儀三個(gè)部分。臨床使用時(shí)，輸液監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并將當(dāng)前輸液滴數(shù)和輸液時(shí)長(zhǎng)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)上傳至無(wú)線網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)接收到數(shù)據(jù)后通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)將其傳至上位機(jī)，上位機(jī)接收數(shù)據(jù)后實(shí)時(shí)顯示并計(jì)算輸液剩余量。當(dāng)輸液即將完成時(shí)，上位機(jī)軟件將發(fā)出警報(bào)通知醫(yī)護(hù)人員及時(shí)處理。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall structure of the intelligent infusion monitoring system

上位機(jī)軟件是系統(tǒng)中的移動(dòng)數(shù)據(jù)終端。它是一款基于WiFi傳輸?shù)囊苿?dòng)應(yīng)用產(chǎn)品，在Visual Studio平臺(tái)上利用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，具有傳輸穩(wěn)定、攜帶方便和易于操作的優(yōu)點(diǎn)。輸液監(jiān)測(cè)儀軟件集實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警提示為一體，實(shí)現(xiàn)了輸液過(guò)程的全面實(shí)時(shí)監(jiān)控。

無(wú)線網(wǎng)關(guān)是系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。此網(wǎng)關(guān)為本實(shí)驗(yàn)室自行研發(fā)[8]，混合采用ZigBee、WiFi和藍(lán)牙技術(shù)，一端與多個(gè)輸液監(jiān)測(cè)儀組成ZigBee星形網(wǎng)絡(luò)，另一端通過(guò)藍(lán)牙或WiFi與上位機(jī)連接，且網(wǎng)關(guān)上集成有Micro SD卡，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存。無(wú)線網(wǎng)關(guān)實(shí)物圖如圖2所示。輸液監(jiān)測(cè)儀是系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)設(shè)備。此設(shè)備同為實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)研發(fā)[9]，采用電容檢測(cè)法對(duì)輸液進(jìn)程直接監(jiān)測(cè)，與傳統(tǒng)電容檢測(cè)法相比，通過(guò)對(duì)滴壺處兩個(gè)柔性電極電容采集點(diǎn)的采集結(jié)果進(jìn)行差分計(jì)算去除了環(huán)境干擾，有效增強(qiáng)了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。輸液監(jiān)測(cè)儀實(shí)物圖如圖3所示。

圖2 無(wú)線網(wǎng)關(guān)實(shí)物圖Fig.2 Physical picture of wireless gateway

圖3 輸液監(jiān)測(cè)儀實(shí)物圖Fig.3 Physical map of infusion monitor

2 輸液監(jiān)測(cè)儀軟件設(shè)計(jì)

2.1 C#語(yǔ)言

該研究中的輸液監(jiān)測(cè)儀軟件在Visual Studio平臺(tái)上利用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。C#是一種安全、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，是.NET開(kāi)發(fā)的首選語(yǔ)言。它由C和C++衍生而來(lái)，繼承了他們強(qiáng)大功能的同時(shí)去掉了一些復(fù)雜特性（如沒(méi)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(cè)儀軟件在無(wú)線局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，并基于TCP/IP傳輸協(xié)議采用Socket技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。其中，軟件作為服務(wù)端（Server），網(wǎng)關(guān)作為客戶端（Client），兩者之間通過(guò)IP地址+協(xié)議+端口號(hào)來(lái)唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用進(jìn)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(gè)字段的作用如下：

起始碼：標(biāo)志數(shù)據(jù)包合法開(kāi)端。

mac地址碼：標(biāo)志數(shù)據(jù)包來(lái)源設(shè)備輸液監(jiān)測(cè)儀的mac地址。

設(shè)備類型碼：標(biāo)志輸液監(jiān)測(cè)儀設(shè)備的設(shè)備類型。

命令類型碼：標(biāo)志輸液監(jiān)測(cè)儀設(shè)備的數(shù)據(jù)處理方法。

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼：標(biāo)志數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

數(shù)據(jù)段：存放輸液滴數(shù)和輸液時(shí)長(zhǎng)等數(shù)據(jù)。

結(jié)束碼：標(biāo)志數(shù)據(jù)包合法結(jié)尾。

2.3 軟件功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)中的輸液監(jiān)測(cè)儀軟件功能結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 輸液監(jiān)測(cè)儀軟件功能結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Functional structure diagram of infusion monitor software

根據(jù)功能結(jié)構(gòu)圖，輸液監(jiān)測(cè)儀軟件實(shí)現(xiàn)的功能如下：

（1）通信模塊：主要實(shí)現(xiàn)輸液監(jiān)測(cè)儀軟件與無(wú)線網(wǎng)關(guān)的連接和數(shù)據(jù)傳輸。其中，軟件作為Socket通信的服務(wù)端，綁定的IP地址為所安裝電腦的IPv4地址，端口號(hào)設(shè)定為9999。

（2）設(shè)備管理：主要實(shí)現(xiàn)輸液監(jiān)測(cè)儀容量選擇以及設(shè)備與軟件顯示區(qū)域的一一對(duì)應(yīng)。該軟件可監(jiān)控10個(gè)輸液監(jiān)測(cè)儀工作，并可根據(jù)實(shí)際輸液容量選擇100 mL，250 mL，500 mL或1 000 mL。每個(gè)輸液監(jiān)測(cè)儀的mac地址固定不變，軟件可通過(guò)解析mac地址得知設(shè)備號(hào)，并與相應(yīng)的顯示區(qū)域一一對(duì)應(yīng)。

（3）數(shù)據(jù)管理：主要實(shí)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(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)該軟件的關(guān)鍵部分。上位機(jī)在接收到char型原始數(shù)據(jù)后，首先根據(jù)起始碼和結(jié)束碼判斷整包數(shù)據(jù)的正確性，如果錯(cuò)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(zhuǎn)換為無(wú)符號(hào)long型，從而解析出輸液滴數(shù)和輸液時(shí)長(zhǎng)。

②數(shù)據(jù)顯示

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

（4）報(bào)警提示：主要實(shí)現(xiàn)計(jì)算液體剩余量并顯示以及報(bào)警提示輸液即將完成的狀態(tài)。

①數(shù)據(jù)計(jì)算

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

②報(bào)警提示

當(dāng)剩余液體體積＜10 mL時(shí)，數(shù)據(jù)顯示面板閃爍且發(fā)出“滴滴滴”報(bào)警聲音進(jìn)行提示。

③停止報(bào)警

當(dāng)醫(yī)護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸液即將完成后，可點(diǎn)擊停止報(bào)警按鈕將報(bào)警聲音關(guān)閉，數(shù)據(jù)顯示面板不再閃爍。

2.4 軟件流程設(shè)計(jì)

以1號(hào)輸液監(jiān)測(cè)儀為例，本軟件的程序設(shè)計(jì)流程如圖7所示。

圖7 輸液監(jiān)測(cè)儀軟件程序設(shè)計(jì)流程圖Fig.7 Programming flow diagram of infusion monitor software

3 輸液監(jiān)測(cè)儀軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)果

此輸液監(jiān)測(cè)儀軟件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行和反復(fù)測(cè)試，能夠正確讀取輸液數(shù)據(jù)并正常顯示，具備報(bào)警提示功能，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)室已有輸液監(jiān)測(cè)儀和無(wú)線網(wǎng)關(guān)的有效性和實(shí)用性，且輸液監(jiān)測(cè)儀軟件有較好的用戶使用界面，工作性能良好。軟件運(yùn)行結(jié)果如圖8所示。

圖8 輸液監(jiān)測(cè)儀軟件運(yùn)行結(jié)果圖Fig.8 Operation result diagram of infusion monitor software

4 結(jié)語(yǔ)

我們研究設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了輸液監(jiān)測(cè)儀軟件，并基于軟件提出了由上位機(jī)軟件、無(wú)線網(wǎng)關(guān)和輸液監(jiān)測(cè)儀構(gòu)成的無(wú)線智能輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，且在此系統(tǒng)上驗(yàn)證了輸液監(jiān)測(cè)儀軟件的可用性。此軟件操作簡(jiǎn)單，兼容性較強(qiáng)，易于在醫(yī)院推廣實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)輸液監(jiān)測(cè)儀的全面監(jiān)測(cè)和輸液過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有助于提高醫(yī)護(hù)工作效率和質(zhì)量。但輸液監(jiān)測(cè)儀軟件上并沒(méi)有集成算法，缺少對(duì)輸液數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，后續(xù)工作可對(duì)算法分析功能進(jìn)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(cè)儀，增強(qiáng)軟件兼容性，從而進(jìn)一步推廣到臨床。