趙麗萍

（長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046000）

靜脈輸液是十分常見(jiàn)的醫(yī)療治療方式，當(dāng)輸液瓶中液體流進(jìn)后，需要由醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行更換或拔出，整個(gè)過(guò)程對(duì)于人力的需求量較大，尤其在疾病高發(fā)期，因此，智能化技術(shù)的應(yīng)用十分有必要。針對(duì)RFID 技術(shù)下智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要依賴該技術(shù)非接觸、自動(dòng)識(shí)別的特點(diǎn)，能夠與傳感器相互配合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)藥物輸入情況。

1 智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求

針對(duì)智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求方面，技術(shù)需要攻破的內(nèi)容包括輸液基本信息監(jiān)測(cè)、上下位機(jī)間實(shí)時(shí)通信以及異常狀態(tài)及時(shí)報(bào)警這3 項(xiàng)設(shè)計(jì)。

1.1 輸液基本信息監(jiān)測(cè)

智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)輸液基本進(jìn)行展開(kāi)監(jiān)測(cè)。第一，對(duì)于液速方面應(yīng)用紅外線傳感器技術(shù)，其原理在于，液體在滴落的過(guò)程中會(huì)發(fā)出紅外線阻擋發(fā)射管，此時(shí)接收器部分無(wú)法通過(guò)接收器，紅外傳感器會(huì)發(fā)送低電壓電平脈沖，脈沖數(shù)與液體的滴落數(shù)一致。因此，只需檢測(cè)脈沖數(shù)量即可知道液體的滴落情況，再根據(jù)計(jì)算獲取速度信息。第二，對(duì)于液體是否流盡情況進(jìn)行檢測(cè)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要依照“RSSI 信號(hào)值在有介質(zhì)條件下減弱”這一現(xiàn)象，將兩張RFID 標(biāo)簽分別貼在玻璃袋子的上方和下方，其中上方作為對(duì)照組，下方作為測(cè)試組，當(dāng)裝入液體后發(fā)現(xiàn)，上下兩個(gè)RSSI 信號(hào)值存在明顯差異，當(dāng)液體流盡后下方RSID 標(biāo)簽又重新恢復(fù)信號(hào)值，可由此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體流盡情況的檢測(cè)。第三，對(duì)液體剩余量進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)這一部分，依照先前“標(biāo)簽RFID 信號(hào)值受到液體表面下降程度的影響，信號(hào)值明顯衰減”這一現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^(guò)讀寫(xiě)器檢測(cè)標(biāo)簽判斷信號(hào)值變化，再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析對(duì)比。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)輸液器的調(diào)節(jié)按鈕，通過(guò)對(duì)液體下降過(guò)程中標(biāo)簽信號(hào)變化判斷RSSI信號(hào)值斷電，從而判斷輸液袋的剩余容量。

1.2 上下位機(jī)間的實(shí)時(shí)通信

針對(duì)上下位機(jī)間的實(shí)時(shí)通信，主要依靠RFID 讀寫(xiě)器，完成對(duì)標(biāo)簽信息的讀取。其中應(yīng)用RFID 標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程激活或通電，經(jīng)過(guò)讀寫(xiě)器群?jiǎn)柡虬l(fā)送標(biāo)簽信息。為了保證系統(tǒng)能夠順利詢問(wèn)標(biāo)簽，可以采用兩種方式，其一是電感耦合，其原理在于利用法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)RFID 讀寫(xiě)器感受到標(biāo)簽中線圈交流段或交流電源時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)讀取先去安徽感應(yīng)到類似磁場(chǎng)，根據(jù)標(biāo)簽與RFID 讀寫(xiě)器之間的距離遠(yuǎn)近感受感應(yīng)電壓的強(qiáng)弱。其二是電磁反向散射耦合，相較電感耦合，電磁反向散射耦合能夠刺激標(biāo)簽激活自身能量，并通過(guò)天線發(fā)送無(wú)線電波信號(hào)，再利用RFID 讀寫(xiě)器進(jìn)行信號(hào)解析，并產(chǎn)生頻率、相位等信號(hào)。在以往的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)部分讀寫(xiě)器存在“漏度”情況，標(biāo)簽并未被成功識(shí)別，影響系統(tǒng)整體的運(yùn)行質(zhì)量。造成標(biāo)簽檢測(cè)不到問(wèn)題的主要原因在于讀寫(xiě)器信道沖突，當(dāng)標(biāo)簽碰撞，讀寫(xiě)器無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)的識(shí)別檢測(cè)，影響識(shí)別效率。針對(duì)此類情況，需要設(shè)計(jì)防碰撞設(shè)計(jì)，可應(yīng)用空分多址法、時(shí)分多址法、頻分多址法以及碼分多址法解決。

1.3 異常狀態(tài)下的及時(shí)報(bào)警

為保證整個(gè)輸液過(guò)程的順暢性，在設(shè)計(jì)智能輸液監(jiān)控管理系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)當(dāng)引入報(bào)警機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)行操作問(wèn)題。報(bào)警系統(tǒng)在信息反饋界面的設(shè)計(jì)，本次研究選擇分辨率較高的電阻式鋼化玻璃觸摸屏，具有抗干擾能力強(qiáng)、能耗小的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于報(bào)警系統(tǒng)，主要包括單片機(jī)、近紅外光傳感器、液晶顯示屏、手機(jī)和電腦接收端、蜂鳴器等。其中核心部分在于近紅外光傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)輸液袋中流速情況、液位高度等信息。在輸液前，將近紅外光傳感器附著在輸液瓶表面，一旦低于預(yù)設(shè)液面高度，會(huì)發(fā)出電平信號(hào)，根據(jù)傳感器所接收信息的變化實(shí)現(xiàn)預(yù)警控制，利用光導(dǎo)纖維濾出有效信號(hào)傳輸。當(dāng)進(jìn)行輸液時(shí)，報(bào)警器會(huì)呈現(xiàn)三種警示信息，包括綠色安全狀態(tài)、黃色預(yù)警狀態(tài)以及紅色緊急狀態(tài)，通過(guò)數(shù)字化形式，以便醫(yī)護(hù)人員明確輕重緩急。

2 智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

（1）電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器。針對(duì)電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器方面，研究選擇英頻杰R2000 系列R84L 型號(hào)，在智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠保證外部界面的豐富性，滿足大部分用戶使用。該型號(hào)讀寫(xiě)器優(yōu)勢(shì)在于結(jié)合了工業(yè)計(jì)算機(jī)和超高頻讀寫(xiě)器，在R84L 樹(shù)莓派核心板中，研究人員設(shè)計(jì)了開(kāi)放的開(kāi)發(fā)環(huán)境，其中的Linux 系統(tǒng)支持二次開(kāi)發(fā)，可供多人使用。對(duì)于該系統(tǒng)的硬件部分設(shè)置多個(gè)外接接口，支持?jǐn)U展多套天線，改變以往多設(shè)備搭建的無(wú)序性和復(fù)雜性，有效提升信息獲取精度和閱讀率，保證操作的便捷性、快速性。

（2）射頻天線。針對(duì)射頻天線方面，本次研究選擇920 ～950Mhz 頻率的Laird S9028PLR 天線，其特點(diǎn)為圓極化，最大功率為8dBm。該型號(hào)射頻天線的優(yōu)勢(shì)在于使用量ABS 級(jí)外罩材料，能夠做到防水、防灰塵，性價(jià)比很高，符合超高頻RFID 技術(shù)下智能輸液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)環(huán)境需求。

（3）RFID 射頻標(biāo)簽。針對(duì)RFID 射頻標(biāo)簽的選擇，分為兩個(gè)部分，其一是輸液袋上的標(biāo)簽，相關(guān)學(xué)者經(jīng)過(guò)射頻標(biāo)簽質(zhì)量比選后最終選擇Alien ALN-9640 型號(hào)，長(zhǎng)寬為98.18mm×12.31mm，頻段在860 ～960Mhz，其特點(diǎn)在于超高頻、電子無(wú)源，包含64 位標(biāo)簽號(hào)，用戶存儲(chǔ)區(qū)512 位，能夠?qū)崿F(xiàn)讀寫(xiě)保護(hù)。其二是輸液器滴管位置上的標(biāo)簽，相關(guān)學(xué)者經(jīng)過(guò)射頻標(biāo)簽質(zhì)量比選后，最終選擇Alien ALN-3010 標(biāo)簽，長(zhǎng)寬為33mm×13mm，頻段在860 ～960Mhz，其特點(diǎn)在于使用U8 芯片，用戶存儲(chǔ)區(qū)為128 位。

（4）無(wú)線路由器。針對(duì)路由器部分，本次研究選擇HC5661A 的Gee 極路由1s，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線傳輸，其速率能夠達(dá)到300Mbps，在系統(tǒng)中，該路由器能夠作為PC端與讀寫(xiě)器的過(guò)渡位置，連接二者，確保數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定。該路由器的選擇具有低成本、高效率的優(yōu)勢(shì)，且操作簡(jiǎn)單，只需要在PC 端直接搜索信號(hào)即可，連接后PC 端會(huì)直接收到讀寫(xiě)器數(shù)據(jù)，保證通信穩(wěn)定。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

（1）液面監(jiān)測(cè)程序。針對(duì)RFID 技術(shù)下智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要液面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，針對(duì)液面的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)在于檢測(cè)液體剩余量情況。首先，需明確液體流盡檢測(cè)處理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，其原理為：系統(tǒng)供電→初始化后讀寫(xiě)器發(fā)射電磁波→RFID 標(biāo)簽通過(guò)電磁波反向散射耦合→標(biāo)簽信息通過(guò)天線輻射無(wú)線電磁波完成向讀寫(xiě)器傳輸?shù)倪^(guò)程→讀寫(xiě)器收到信息后傳遞至PC 端→PC 端解析信號(hào)→讀寫(xiě)器對(duì)比測(cè)試標(biāo)簽和對(duì)照標(biāo)簽。在以上流程的基礎(chǔ)上，針對(duì)液體剩余量的監(jiān)測(cè)流程未與之一致。當(dāng)cnt 賦值為0 時(shí)，首先，需要判斷對(duì)應(yīng)的測(cè)試標(biāo)簽RSSI 信號(hào)值是否與cnt 賦值一致，即“=0”。在運(yùn)行程序中，若某一時(shí)刻RSSI 值為0，則表示現(xiàn)實(shí)中的液面已經(jīng)在標(biāo)簽下緣的位置，此時(shí)剩余量為90%。此時(shí)繼續(xù)判斷其他表現(xiàn)，界面顯示的剩余項(xiàng)依次為70%、50%、30%。直至判斷測(cè)試是指標(biāo)簽與對(duì)照標(biāo)簽RSSI 差值大于0，則此時(shí)的cnt 加“1”當(dāng)cnt 賦值達(dá)到“3”以上時(shí)，則會(huì)立即啟動(dòng)submail 上的短信API 函數(shù)，此時(shí)會(huì)直接發(fā)送短信至手機(jī)端，彈出輸液完成提醒并發(fā)出告警。

（2）流速監(jiān)測(cè)程序。針對(duì)智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，需要思考對(duì)液體流速的實(shí)時(shí)檢測(cè)辦法，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行需求及運(yùn)行原理來(lái)看，對(duì)液體的流速檢測(cè)主要依靠液滴震蕩對(duì)標(biāo)簽相位值的影響特征。詳細(xì)流程為：系統(tǒng)上電并進(jìn)行初始化→讀寫(xiě)器發(fā)射電磁波→RFID標(biāo)簽通過(guò)電磁波反向散射耦合→標(biāo)簽信息通過(guò)天線輻射無(wú)線電磁波完成向讀寫(xiě)器傳輸?shù)倪^(guò)程→讀寫(xiě)器收到信息后傳遞至PC 端→PC 端解析信號(hào)。完成以上步驟后，調(diào)用時(shí)間函數(shù)獲取當(dāng)前時(shí)間，并判斷當(dāng)前時(shí)間中RFID 標(biāo)簽相位值域上一時(shí)刻標(biāo)簽中的相位值之間的差異，若差異在“1”以下，則繼續(xù)重復(fù)判斷流程，若大于“1”，則會(huì)在頁(yè)面中顯示一分鐘液體流速。由于液體對(duì)RFID標(biāo)簽相位值產(chǎn)生直接影響，因此會(huì)出現(xiàn)相位值衰減情況在1rad 以上。根據(jù)RFID 標(biāo)簽位置變化情況總結(jié)規(guī)律，并對(duì)后續(xù)的液體流速進(jìn)行預(yù)判，將結(jié)果展示在信息頁(yè)面中。整個(gè)測(cè)速過(guò)程屬于循環(huán)測(cè)量，若判斷已無(wú)液體則會(huì)停止測(cè)量，而后會(huì)傳遞信號(hào)值報(bào)警裝置中，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行報(bào)警。

（3）人機(jī)交互界面。針對(duì)智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的人機(jī)交互頁(yè)面設(shè)計(jì)，研究主要應(yīng)用Java 三大框架SSM，其工作原理為：在瀏覽器輸入U(xiǎn)RL 網(wǎng)址→發(fā)出請(qǐng)求→Controller 收到請(qǐng)求→再放置Spring 框架→根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯開(kāi)始操作，建立IOC 和DI 與MyBatis 框架之間的聯(lián)系，并在前端頁(yè)面中展示數(shù)據(jù)信息。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器經(jīng)過(guò)對(duì)RFID 標(biāo)簽進(jìn)行解讀后，其所獲取的數(shù)據(jù)信息能夠?qū)崿F(xiàn)直接存儲(chǔ)，至DB 數(shù)據(jù)庫(kù)中。在前端人力交互界面中，應(yīng)用CSS、Java 以及HTML技術(shù)完成對(duì)框架的編寫(xiě)，并利用Vue 框架確保數(shù)據(jù)與頁(yè)面之間的連接性，避免造成數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)或頁(yè)面獲取信息不及時(shí)。為方面相關(guān)人員及時(shí)獲取信息，且保證操作流程的便捷性，在頁(yè)面設(shè)計(jì)部分，包括登錄查詢和輸液狀態(tài)兩個(gè)部分。前者的設(shè)計(jì)運(yùn)用Spring Security 框架，能夠更好地保證隱私，只能通過(guò)賬號(hào)和密碼的形式登錄，避免信息被盜用。

3 智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

3.1 測(cè)試環(huán)境

本次研究依照先前的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，首先搭建實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景，并保證軟件、硬件設(shè)計(jì)合理，其中讀寫(xiě)器天線與輸液袋表面正對(duì)，標(biāo)簽背對(duì)天線，保證實(shí)時(shí)讀取信息。利用交叉網(wǎng)線完成路由器與讀寫(xiě)器的連接，再用電腦搜索無(wú)線信號(hào)，保證讀寫(xiě)器、電腦連接穩(wěn)定。完成以上連接工序后，對(duì)模塊進(jìn)行供電。登錄系統(tǒng)并輸入正確的username 和password，完成登錄后即可查驗(yàn)報(bào)警系統(tǒng)液面。該頁(yè)面中顯示的內(nèi)容包括：（1）患者輸液狀態(tài)信息；（2）輸入病人床位號(hào)后展示個(gè)人信息；（3）實(shí)時(shí)展示當(dāng)前輸液剩余量百分比和流速；（4）展示患者輸液藥品類型。當(dāng)液體到達(dá)最低限值后，在后臺(tái)和醫(yī)護(hù)人員的手機(jī)終端均會(huì)展示患者的房號(hào)、床號(hào)信息，保證快速鎖定位置。

3.2 測(cè)試結(jié)果

本次研究模擬實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景，并進(jìn)行多次測(cè)試，在不同時(shí)間內(nèi)分別進(jìn)行20、40、60、80、100 次試驗(yàn)，重點(diǎn)※統(tǒng)計(jì)分析了智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的液體流速、報(bào)警系統(tǒng)、液體剩余量監(jiān)測(cè)質(zhì)量。最終結(jié)果顯示，隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加，相關(guān)檢測(cè)信息的準(zhǔn)確率雖然有所下降，但均保持在90%以上，總體來(lái)看，系統(tǒng)精度比較穩(wěn)定。

3.3 應(yīng)用效益

為了進(jìn)一步檢測(cè)智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的應(yīng)用準(zhǔn)確性，本次研究還設(shè)計(jì)了不同的場(chǎng)景，包括學(xué)校醫(yī)務(wù)室、宿舍、室外場(chǎng)地等，均進(jìn)行100 次實(shí)驗(yàn)，最終結(jié)果顯示，宿舍場(chǎng)景、醫(yī)務(wù)室場(chǎng)景外界干擾少，與實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景所測(cè)得的結(jié)果詳細(xì)，但室外場(chǎng)景的干擾因素相對(duì)較多，對(duì)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生一定影響，準(zhǔn)確率也下降至90%以下。由此可見(jiàn)，該智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)可以在醫(yī)務(wù)室、宿舍等相對(duì)安靜、干擾因素少的場(chǎng)景中推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

RFID 技術(shù)在智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以利用液體介質(zhì)與RFID 標(biāo)簽信號(hào)之間的關(guān)系完成對(duì)液體剩余量的監(jiān)測(cè)，并增加自動(dòng)報(bào)警技術(shù)，解決人工投入量大的問(wèn)題。本次針對(duì)RFID 技術(shù)的應(yīng)用建立智能輸液監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，并引入SSM 框架設(shè)計(jì)交互界面，保證對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行聚合。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后，該系統(tǒng)中液體流盡自動(dòng)預(yù)警準(zhǔn)確率能夠達(dá)到90%以上，液體剩余量和速度檢測(cè)準(zhǔn)確率能夠達(dá)到85%以上。