導(dǎo)語(yǔ)：可穿戴設(shè)備無(wú)線組網(wǎng)輸液監(jiān)控系統(tǒng)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：為了解決傳統(tǒng)輸液過(guò)程中藥物不能及時(shí)更換、異常問(wèn)題不易發(fā)現(xiàn)、醫(yī)護(hù)人員分配不合理等問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種輸液監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)以ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６單片機(jī)作為主控芯片，用射頻電容判斷輸液進(jìn)度，并通過(guò)ＷｉＦｉ無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)數(shù)據(jù)管理軟件。系統(tǒng)還加入了可穿戴的移動(dòng)終端，由上位機(jī)分配需要處理的患者信息，發(fā)送給就近護(hù)士的可穿戴設(shè)備，提醒護(hù)士及時(shí)進(jìn)行處理。系統(tǒng)采用信息閉環(huán)管理設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、低成本、無(wú)人看護(hù)的輸液監(jiān)控，具有低功耗、可擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：輸液監(jiān)控；ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６；射頻電容；ＷｉＦｉ組網(wǎng)；可穿戴設(shè)備

靜脈注射藥物治療在所有的醫(yī)學(xué)治療方案中大約占７０％～８０％［１］。如果輸液管中有空氣進(jìn)入人體的血管，嚴(yán)重會(huì)形成空氣栓賽威脅患者生命安全［２］。目前醫(yī)療機(jī)構(gòu)在監(jiān)控輸液情況時(shí)普遍采用人工方式，難以適應(yīng)如今的醫(yī)療水平發(fā)展。文獻(xiàn)［３］提出了基于非接觸式傳感器設(shè)計(jì)的一種無(wú)人陪護(hù)輸液報(bào)警裝置，通過(guò)聲光進(jìn)行報(bào)警提醒患者或醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行處理。但患者往往處于意識(shí)薄弱狀態(tài)、醫(yī)護(hù)人員間斷性巡查，仍然會(huì)導(dǎo)致報(bào)警信息不能得到及時(shí)的處理。文獻(xiàn)［４］提出了基于無(wú)線藍(lán)牙的靜脈輸液監(jiān)控器的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，但藍(lán)牙通信距離近、不穩(wěn)定，不適用于醫(yī)院環(huán)境。文獻(xiàn)［５］設(shè)計(jì)的一種智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)采用市電進(jìn)行供電，不能滿(mǎn)足便攜式設(shè)計(jì)的要求。以上研究表明輸液報(bào)警系統(tǒng)仍然存在信息處理不及時(shí)、數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、功耗大等缺點(diǎn)。本文鑒于以上問(wèn)題設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種輸液監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合ＷｉＦｉ無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示，將需要處理的信息發(fā)送給護(hù)士的可穿戴設(shè)備由護(hù)士及時(shí)進(jìn)行處理。

１系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

輸液監(jiān)控系統(tǒng)主要由傳感器采集模塊、中繼數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機(jī)數(shù)據(jù)管理軟件、可穿戴設(shè)備組成。中繼數(shù)據(jù)傳輸模塊將傳感器采集模塊采集的數(shù)據(jù)打包，再通過(guò)ＷｉＦｉ將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)。當(dāng)輸液出現(xiàn)異常或輸液完成，上位機(jī)根據(jù)ＷｉＦｉ信號(hào)的強(qiáng)弱計(jì)算出距離，并將待處理信息發(fā)送給就近護(hù)士的可穿戴設(shè)備，通知護(hù)士及時(shí)進(jìn)行處理。護(hù)士會(huì)將反饋信息發(fā)給上位機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖１所示。

２系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

２．１傳感器采集模塊設(shè)計(jì)

傳感器采集模塊主要由主控ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６單片機(jī)、射頻電容式傳感器、ＥＳＰ８２６６、供電模塊構(gòu)成。傳感器采集模塊將病人的狀態(tài)分成三種，分別是離線（無(wú)人輸液）、正在輸液以及報(bào)警。本文采用射頻電容技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)振蕩電壓電路來(lái)分辨輸液管中的液體與氣泡［６］。檢測(cè)電路所用芯片為ＴＴＰ２２３—ＢＡ６感應(yīng)芯片，根據(jù)實(shí)際測(cè)試條件調(diào)節(jié)電極面積和連線電容，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)輸液情況。采集模塊上有ＥＳＰ８２６６通信芯片，ＥＳＰ８２６６芯片體積小，方便嵌入到任何設(shè)備內(nèi)［７］。而且ＥＳＰ８２６６能夠ＳＴＡ與ＡＰ模式共存，實(shí)現(xiàn)Ｎ個(gè)模塊間組網(wǎng)［８］。

２．２中繼數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)

中繼作為每個(gè)病房的連接終端，配有一個(gè)ＥＳＰ８２６６芯片和ＣＨ９１２１ＤＳ１芯片。ＥＳＰ８２６６芯片用于接收來(lái)自輸液檢測(cè)模塊的狀態(tài)信息，ＣＨ９１２１ＤＳ１芯片用于將狀態(tài)信息發(fā)送至護(hù)士站的上位數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)。１）中繼采用７．５Ｖ鋰電池進(jìn)行供電，由三端可調(diào)正穩(wěn)壓器ＬＭ１１７將７．５Ｖ轉(zhuǎn)換為５Ｖ，再由低壓差線性穩(wěn)壓器ＡＭＳ１１７將５Ｖ轉(zhuǎn)換成３．３Ｖ為單片機(jī)供電。２）系統(tǒng)采用樹(shù)狀組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為滿(mǎn)足系統(tǒng)需求，中繼數(shù)據(jù)傳輸模塊與傳感器采集節(jié)點(diǎn)采用一對(duì)多的通信方式。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖２所示。２．３護(hù)士可穿戴設(shè)備模塊設(shè)計(jì)可穿戴設(shè)備是通信、觸摸、顯示一體化系統(tǒng)，可穿戴設(shè)備在保證能夠進(jìn)行正常的信息交互外，還需要滿(mǎn)足小巧精密、便于攜帶等設(shè)計(jì)要求。１）根據(jù)設(shè)計(jì)需求可穿戴設(shè)備配有一片ＥＳＰ８２６６芯片與Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行通信。ＴＦＴ液晶屏幕顯示相關(guān)信息、采用電容式觸摸按鍵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式按鍵。硬件電路設(shè)計(jì)中，選擇了無(wú)電感的ＰＳ３１２０Ａ升壓電路。此電路的抗干擾強(qiáng)，同時(shí)無(wú)電感的設(shè)計(jì)減小了可穿戴設(shè)備的體積，便于攜帶。２）可穿戴設(shè)備根據(jù)與前端采集模塊之間的ＷｉＦｉ信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算出二者之間的距離。并將信號(hào)強(qiáng)度發(fā)送給Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)。

３系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

３．１前端采集軟件設(shè)計(jì)

前端采集軟件設(shè)計(jì)首先完成模塊的初始化，再與中繼數(shù)據(jù)傳輸模塊建立連接，隨后傳感器會(huì)不間斷地檢測(cè)輸液信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到輸液管中無(wú)液體或者存在氣泡時(shí)蜂鳴器報(bào)警，并將包含設(shè)備編號(hào)、報(bào)警信號(hào)等信息的數(shù)據(jù)包通過(guò)ＷｉＦｉ模塊發(fā)送給中繼數(shù)據(jù)傳輸模塊，前端采集流程如圖３（ａ）所示。

３．２中繼數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計(jì)

中繼數(shù)據(jù)傳輸模塊在完成模塊的初始化后，將用于接收前端采集數(shù)據(jù)的ＷｉＦｉ模塊設(shè)置為ＡＰ模式；將用于發(fā)送數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)庫(kù)的ＷｉＦｉ模塊設(shè)置為Ｓｔａｔｉｏｎ模式，與數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接。當(dāng)接收到報(bào)警信號(hào)時(shí)將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給數(shù)據(jù)庫(kù)，中繼數(shù)據(jù)傳輸流程如圖３（ｂ）所示。

３．３可穿戴設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

護(hù)士穿戴設(shè)備將接收到的病人狀態(tài)信息顯示在液晶屏幕上，可通過(guò)按鍵進(jìn)行頁(yè)面切換，信息確認(rèn)和發(fā)送信息，能夠及時(shí)處理和發(fā)送確認(rèn)信息給Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)；若不能發(fā)送處理信息給Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)，隨即Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)將報(bào)警信息發(fā)送給其他護(hù)士可穿戴設(shè)備。護(hù)士設(shè)備的每次通信操作均會(huì)被數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)所記錄，可穿戴設(shè)備流程如圖３（ｃ）所示。

３．４上位機(jī)信息管理系統(tǒng)

為了避免前端直接與數(shù)據(jù)庫(kù)交互帶來(lái)的安全性問(wèn)題［９］。護(hù)士病人信息管理系統(tǒng)基于ＳＳＭ與Ｖｕｅ框架進(jìn)行前后端分離開(kāi)發(fā)［１０］。前端Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)主要負(fù)責(zé)與醫(yī)護(hù)人員交互，后端主要負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)交互并將數(shù)據(jù)提交給前端。整個(gè)系統(tǒng)選擇具有可靠性傳輸、流量控制、擁塞控制的ＴＣＰ協(xié)議完成各個(gè)模塊的通信［１１］。Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信、顯示、存儲(chǔ)以及閉環(huán)的異常處理機(jī)制。以Ｉｎｔｅｌｌｉ-ＪＩＤＥＡ作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境［１２］。３．４．１后端應(yīng)用設(shè)計(jì)后端開(kāi)發(fā)選擇當(dāng)下主流具備體積小、效率高、簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)的Ｍｙｓｑｌ數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)［１３］。基于ＳＳＭ框架，使用Ｊａｖａ語(yǔ)言進(jìn)行后端開(kāi)發(fā)［１４］。程序首先建立ＳｅｒｖｅｒＳｏｃｋｅｔ對(duì)象，并監(jiān)聽(tīng)數(shù)據(jù)通信端口號(hào)。然后，ＤａｔａＩｎｐｕｔＳｔｒｅａｍ按字節(jié)讀取輸入流中的數(shù)據(jù)，根據(jù)通信協(xié)議解析數(shù)據(jù)、存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。３．４．２前端Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)前端網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)通過(guò)Ｖｕｅ框架結(jié)合ＥｌｅｍｅｎｔＵＩ組件導(dǎo)入需要的布局容器，簡(jiǎn)化網(wǎng)頁(yè)的開(kāi)發(fā)，提高效率。醫(yī)護(hù)人員通過(guò)網(wǎng)頁(yè)向后端發(fā)送Ｈｔｔｐ請(qǐng)求，后端根據(jù)請(qǐng)求訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行增、刪、改、查等操作，將結(jié)果集返回給前端網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行顯示。使用Ｒｅｄｉｓ緩存中間件增加數(shù)據(jù)緩存層，若數(shù)據(jù)在緩存中存在，直接將數(shù)據(jù)返回，不再訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)交互流程如圖３（ｄ）所示。為保護(hù)患者和醫(yī)護(hù)人員隱私，護(hù)士和管理員通過(guò)各自的賬號(hào)與密碼登錄。值班護(hù)士需要在系統(tǒng)上登記可穿戴設(shè)備號(hào)與自己的個(gè)人信息，系統(tǒng)分別可以顯示病人信息管理、可穿戴設(shè)備管理、護(hù)士管理等信息。護(hù)士病人管理系統(tǒng)Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)如圖４所示。

４試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)系統(tǒng)需求分析設(shè)計(jì)了輸液監(jiān)測(cè)設(shè)備和信息管理系統(tǒng)，為了驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可行性，將設(shè)備安裝后進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。設(shè)備布局如下：９個(gè)前端采集設(shè)備安裝在不同位置，分別對(duì)不同容量的輸液瓶進(jìn)行檢測(cè)，一個(gè)中繼數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備用于接收前端數(shù)據(jù)，９個(gè)護(hù)士佩戴可穿戴設(shè)備進(jìn)行信息交互測(cè)試。系統(tǒng)設(shè)備如圖５所示。１）輸液信號(hào)采集測(cè)試：對(duì)前端采集設(shè)備輸液信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確率進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表１所示。２）可穿戴設(shè)備與前端采集設(shè)備間距離測(cè)試：９個(gè)護(hù)士分別佩戴可穿戴設(shè)備間歇性移動(dòng)，用卷尺測(cè)量與采集設(shè)備之間的實(shí)際距離，并與系統(tǒng)計(jì)算的實(shí)測(cè)距離進(jìn)行對(duì)比分析。測(cè)試結(jié)果如表２所示。通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程與結(jié)果分析，前端采集設(shè)備能夠準(zhǔn)確地采集到輸液管中液體信息，并將報(bào)警信息準(zhǔn)確傳送給Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)。Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)能夠準(zhǔn)確計(jì)算出離報(bào)警設(shè)備最近的可穿戴設(shè)備編號(hào)，對(duì)于實(shí)際距離的計(jì)算偏差控制在１ｍ以?xún)?nèi)，誤差不超過(guò)±１％，表明系統(tǒng)具有可行性，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

５結(jié)束語(yǔ)

本文以ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６微處理器為核心，結(jié)合傳感器、ＷｉＦｉ無(wú)線通信以及上位機(jī)數(shù)據(jù)管理開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一種基于ＷｉＦｉ的遠(yuǎn)程輸液報(bào)警系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸液大廳或者病房?jī)?nèi)患者輸液狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。設(shè)計(jì)的上位機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能夠?qū)⒋幚硇畔l(fā)送給就近護(hù)士。經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠減輕醫(yī)護(hù)人員的工作壓力、降低人工成本、提高了患者輸液的安全性，具有應(yīng)用推廣價(jià)值。

作者：王健 王仲宇 朱文凱 孫潔茹 潘瑞娟 陳曉寧 單位：安徽大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院