舒 娥，王微微，何 欣

（廣東省湛江衛(wèi)生學(xué)校，廣東 湛江 524000）

1 基于傳感器和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)

本文介紹了一項(xiàng)關(guān)于輸液加溫智能多功能監(jiān)控模塊硬件設(shè)計(jì)的研究。該研究利用傳感器和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）等技術(shù)，旨在監(jiān)測(cè)輸液過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，并提供智能化的監(jiān)控功能。該監(jiān)控模塊通過(guò)傳感器收集輸液過(guò)程中的物理參數(shù)，并借助WSN 將數(shù)據(jù)傳輸給接收器或接收設(shè)備。該硬件設(shè)計(jì)的目標(biāo)是幫助醫(yī)生、護(hù)士和其他醫(yī)務(wù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸液過(guò)程，并提供必要的數(shù)據(jù)處理和反饋功能。通過(guò)該智能監(jiān)控模塊，可以提高輸液的安全性和效率，以滿足醫(yī)療監(jiān)控的需求[1]。

1.1 靜脈滴注計(jì)和控制器

該項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)一種輸液加溫智能多功能監(jiān)控模塊，該模塊不僅可以監(jiān)測(cè)輸液過(guò)程，還可以控制滴速并提供警報(bào)功能。該設(shè)備旨在幫助用戶輕松調(diào)整不同液體和滴液組的滴速，用戶只需輸入已知參數(shù)，如要注入的體積、注入所需的時(shí)間、滴落系數(shù)或所需的滴速。該模塊將持續(xù)監(jiān)測(cè)和顯示滴速，無(wú)論液體濃度、成分、粘度或儲(chǔ)液罐中的液體量或其他參數(shù)如何變化，滴速都將保持恒定。當(dāng)?shù)我菏页錆M、滴液停止、設(shè)定速率發(fā)生變化（加速或減速）、達(dá)到預(yù)設(shè)儲(chǔ)液液位、儲(chǔ)液罐低液位或空液位、電池電量低等情況時(shí)，該模塊將觸發(fā)警報(bào)（聲音和視覺(jué)）。為防止空氣栓塞和/或其他并發(fā)癥的發(fā)生，滴液將在儲(chǔ)液罐排空之前或達(dá)到預(yù)設(shè)液位后自動(dòng)關(guān)閉。該硬件設(shè)計(jì)研究將關(guān)注如何實(shí)現(xiàn)輸液加溫、滴速控制和警報(bào)功能，并確保系統(tǒng)在不同情況下的穩(wěn)定性和安全性[2]。

1.2 通過(guò)NRF24L01E 進(jìn)行即時(shí)警報(bào)的智能滴注監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在輸液治療中，正確管理滴注速率非常重要。本系統(tǒng)使用滴計(jì)數(shù)器來(lái)檢測(cè)滴注速率，并每小時(shí)或每30分鐘計(jì)算一次輸液速率。該系統(tǒng)由一個(gè)集中監(jiān)控計(jì)算機(jī)和多個(gè)監(jiān)測(cè)裝置組成，監(jiān)測(cè)裝置安裝在輸液裝置上。通過(guò)分析滴注速率、壓力等標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)以及與輸液袋狀態(tài)、流量變化、溶液耗盡等相關(guān)的信息，監(jiān)測(cè)裝置會(huì)立即將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊斜O(jiān)控計(jì)算機(jī)。這些數(shù)據(jù)將以圖形方式顯示在集中監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，供醫(yī)護(hù)人員在護(hù)士站中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和分析。該系統(tǒng)能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)醫(yī)院內(nèi)多名患者的輸液狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)保存在護(hù)士站中，以便以后參考和檢索。硬件設(shè)計(jì)研究將聚焦于如何利用NRF24L01E 模塊實(shí)現(xiàn)即時(shí)警報(bào)功能，并確保系統(tǒng)在輸液加溫、滴速監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸方面的穩(wěn)定性和可靠性[3]。

1.3 具有自由流動(dòng)檢測(cè)功能的新型滴注液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

開(kāi)發(fā)一種具有自由流動(dòng)檢測(cè)功能的新型輸液加溫智能多功能監(jiān)控模塊硬件設(shè)計(jì)。在某些情況下，患者無(wú)法通過(guò)口服液體來(lái)滿足治療需求，因此需要使用滴注和輸液泵將液體注入患者體內(nèi)。目前，滴注技術(shù)更為常用，而滴落計(jì)數(shù)器被用于監(jiān)測(cè)滴液速率。本設(shè)計(jì)方案使用紅外發(fā)射器和接收器連接到滴液室，實(shí)時(shí)檢測(cè)每滴液體的下落并計(jì)數(shù)。該多功能監(jiān)控模塊還具備輸液加溫功能，通過(guò)控制溫度來(lái)確保輸液液體的恒溫。此外，該硬件設(shè)計(jì)研究還包括智能功能，例如警報(bào)系統(tǒng)，可以在滴速異常或溫度異常時(shí)立即發(fā)出聲音和視覺(jué)警報(bào)。通過(guò)集成這些功能，該系統(tǒng)能夠提高輸液過(guò)程的精確性和安全性，并為醫(yī)護(hù)人員提供更便捷的操作和監(jiān)控方式。

1.4 靜脈液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)

在進(jìn)行輸液加溫智能多功能監(jiān)控模塊硬件設(shè)計(jì)研究時(shí)，提出了一種靜脈液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)旨在控制生理鹽水的流速，并提醒醫(yī)護(hù)人員更換液體瓶。設(shè)計(jì)中采用流量傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)滴水量，并同時(shí)監(jiān)測(cè)患者的生理狀況，如血流量、心率和血壓。系統(tǒng)的工作原理如下：首先，在PLC 電路中，設(shè)定這些生理狀況的正常范圍作為輸入?yún)?shù)，任何與正常范圍的偏差都會(huì)觸發(fā)警報(bào)提醒醫(yī)護(hù)人員。其次，在流量傳感器附近設(shè)置液體流通回路，用于控制輸注到患者體內(nèi)的靜脈液體量。輸入?yún)?shù)包括要輸注的液體量以及完成輸注的時(shí)間。系統(tǒng)將根據(jù)輸入?yún)?shù)計(jì)算出流速值，并通過(guò)流量傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。當(dāng)液體瓶的液位降至預(yù)設(shè)閾值時(shí)，流量傳感器將自動(dòng)關(guān)閉，并發(fā)出警報(bào)提醒醫(yī)務(wù)人員更換液體瓶。通過(guò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，該系統(tǒng)減少了手動(dòng)操作的需求，提高了輸液過(guò)程的效率和安全性[4]。

2 系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)框圖

Arduino（ATMEGA328 微控制器）被編程為感知來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)并生成數(shù)據(jù)包以將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。配備Arduino 的藍(lán)牙模塊能夠與智能手機(jī)應(yīng)用程序連接，傳感器從患者身體和靜脈輸液袋收集數(shù)據(jù)，并將信息發(fā)送到應(yīng)用程序。護(hù)士/工作人員攜帶的應(yīng)用程序分析數(shù)據(jù)并做出適當(dāng)?shù)臎Q定。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制成為可能。

2.2 輸液加溫智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

如圖1 所示，它代表了系統(tǒng)架構(gòu)的基本流程。智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過(guò)傳感器從受試者身體和靜脈輸液袋收集數(shù)據(jù)，并通過(guò)藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用程序。該應(yīng)用程序是可以使用移動(dòng)應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控和分析所有數(shù)據(jù)的地方。液位由濕度傳感器檢測(cè)，如果液位變?yōu)榭諣顟B(tài)，它將向護(hù)士移動(dòng)應(yīng)用程序發(fā)出警報(bào)。她/他可以通過(guò)分析流體狀態(tài)來(lái)手動(dòng)控制流速。如果患者感到不適，他/她可以按下緊急按鈕以獲得醫(yī)務(wù)人員的幫助，如果醫(yī)務(wù)人員遠(yuǎn)離患者，則警報(bào)消息/警報(bào)呼叫將傳遞到移動(dòng)應(yīng)用程序。

圖1 輸液加溫智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.3 輸液管內(nèi)液體溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)紅外測(cè)溫單元對(duì)測(cè)量物體或測(cè)量對(duì)象的具體要求，本方案測(cè)量目標(biāo)為輸液管內(nèi)液體溫度的非接觸測(cè)量，并通過(guò)通信總線將檢測(cè)得到的液體溫度值傳入STM32 監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)加溫需求輸出溫度控制信號(hào)，對(duì)輸液管進(jìn)行加溫控制，以此形成一個(gè)閉環(huán)溫度檢測(cè)控制電路，輸液溫度監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 溫度監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.4 輸液加溫與控制模塊設(shè)計(jì)

針對(duì)不同的輸液情況提出不同的加溫方式，對(duì)于小流量低速輸液，采用輸液管長(zhǎng)距離加溫方式；對(duì)于大流量高速輸液，采用上端輸液管快速加溫結(jié)合下端輸液管長(zhǎng)距離保溫的加溫方式，其中下端輸液管保溫方式與小流量低速輸液加溫的方式相一致。

上端輸液管快速加溫采用加熱板加溫的方式，發(fā)熱材料采用硅橡膠加熱片，內(nèi)部加熱部分為經(jīng)過(guò)排列后的鎳鉻合金絲。與傳統(tǒng)的電阻絲、PTC 熱敏電阻加溫元件相比，硅橡膠發(fā)熱材料發(fā)熱快、加熱均勻、使用方便、安全耐磨。同時(shí)具有柔性，可與加熱物體緊密接觸快速加溫等優(yōu)點(diǎn)，使用電壓6V～380V，交流直流均可。

2.5 模塊化描述

該系統(tǒng)中使用的四個(gè)模塊是：傳感器連接到患者和靜脈輸液袋的身體上；信號(hào)調(diào)理部分；患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)；醫(yī)生/護(hù)士手機(jī)。

1.傳感器連接到患者和靜脈輸液袋的主體上：將脈搏傳感器、溫度傳感器、血壓傳感器、液位傳感器嵌入Arduino 板。溫度傳感器：LM35 傳感器用于測(cè)量體溫。傳感器連接到患者身體上，并感應(yīng)體溫，它以攝氏度線性校準(zhǔn)，具有低自發(fā)熱能力。此外，它不需要外部校準(zhǔn)。液位傳感器：IV 液位傳感器用于測(cè)量IV液位。在有水的情況下，模塊輸出處于高水平；否則，輸出處于較低水平。使用NPN 晶體管來(lái)檢測(cè)IV 液位。

2.信號(hào)調(diào)理部分：（1）Arduino Uno：Arduino Uno的特點(diǎn)是基于ATmega328P 的微控制器板。它包括14個(gè)輸入/輸出數(shù)字引腳（其中6 個(gè)可用作PWM 輸出）、6 個(gè)模擬輸入、一個(gè)16MHz 大小的石英晶體、一個(gè)ICSP 接頭、一個(gè)USB 連接、一個(gè)復(fù)位按鈕和一個(gè)電源插孔。它集成了支持微控制器所需的一切，并通過(guò)USB電纜輕松將其與計(jì)算機(jī)連接，并使用AC-DC 適配器或電池為其供電以開(kāi)始設(shè)計(jì)。（2）藍(lán)牙模塊：HC05 藍(lán)牙串行直通模塊的特點(diǎn)是有兩種操作模式，第一種是數(shù)據(jù)模式，它可以從其他藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，第二種是AT 命令模式，在該模式下可以更改默認(rèn)設(shè)備設(shè)置。

3.病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)：智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備定期從用戶和環(huán)境收集數(shù)據(jù)，并通過(guò)藍(lán)牙介質(zhì)將其發(fā)送到應(yīng)用程序，實(shí)時(shí)監(jiān)控脈搏率、血壓、溫度和液位等數(shù)據(jù)。液位傳感器讀取值并與閾值或預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較。如果低于閾值，它將提醒護(hù)士或醫(yī)務(wù)人員。

4.醫(yī)生/護(hù)士手機(jī)：患者數(shù)據(jù)受到監(jiān)控，并以圖形方式顯示在醫(yī)務(wù)人員的移動(dòng)設(shè)備上。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)控是可能的。

3 結(jié)果和討論

終端開(kāi)發(fā)了相應(yīng)硬件，例如嵌入傳感器的Arduino，以獲取液位，患者物理參數(shù)（例如血壓、溫度、心率等）等數(shù)據(jù)。感應(yīng)到的數(shù)據(jù)直觀地顯示在與滴灌系統(tǒng)相連的安卓應(yīng)用程序上。它還包含一個(gè)緊急按鈕，患者可以通過(guò)消息傳遞設(shè)施通知護(hù)士尋求緊急幫助。所有收集的數(shù)據(jù)都被發(fā)送到受保護(hù)的云中，并且可以通過(guò)使用Android 應(yīng)用程序從醫(yī)院的任何地方訪問(wèn)。該項(xiàng)目的總體目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)Android 應(yīng)用程序，顯示有關(guān)滴水水平/患者身體參數(shù)的通知，并在獲得靜脈輸液袋開(kāi)始清空狀態(tài)時(shí)向護(hù)士或醫(yī)生發(fā)出警報(bào)。這是一種低成本和安全的靜脈滴注系統(tǒng)醫(yī)療保健，為觀察者/護(hù)士提供了便利。

4 結(jié)語(yǔ)

該研究回顧了與輸液加溫智能多功能監(jiān)控模塊硬件設(shè)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容，并討論了靜脈滴注系統(tǒng)的功能和相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)實(shí)際問(wèn)題，即在家庭護(hù)理環(huán)境下對(duì)患者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提出了一種解決方案。該系統(tǒng)的核心組成部分包括安裝硬件和軟件傳感器，將數(shù)據(jù)檢索和存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，并通過(guò)數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)靜脈滴注監(jiān)控的自動(dòng)化。該系統(tǒng)整合了現(xiàn)有獨(dú)立系統(tǒng)的多個(gè)功能，并增加了一些關(guān)鍵功能，從而提高了系統(tǒng)的實(shí)用性和適用范圍。使用這種設(shè)備可以減少與醫(yī)院靜脈滴注相關(guān)的并發(fā)癥的發(fā)生。