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

摘要：為了解決傳統(tǒng)輸液過程中藥物不能及時更換、異常問題不易發(fā)現(xiàn)、醫(yī)護人員分配不合理等問題，設(shè)計并實現(xiàn)了一種輸液監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)以ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６單片機作為主控芯片，用射頻電容判斷輸液進度，并通過ＷｉＦｉ無線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)發(fā)送給上位機數(shù)據(jù)管理軟件。系統(tǒng)還加入了可穿戴的移動終端，由上位機分配需要處理的患者信息，發(fā)送給就近護士的可穿戴設(shè)備，提醒護士及時進行處理。系統(tǒng)采用信息閉環(huán)管理設(shè)計，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離、低成本、無人看護的輸液監(jiān)控，具有低功耗、可擴展的優(yōu)點。

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入人體的血管，嚴重會形成空氣栓賽威脅患者生命安全［２］。目前醫(yī)療機構(gòu)在監(jiān)控輸液情況時普遍采用人工方式，難以適應(yīng)如今的醫(yī)療水平發(fā)展。文獻［３］提出了基于非接觸式傳感器設(shè)計的一種無人陪護輸液報警裝置，通過聲光進行報警提醒患者或醫(yī)護人員進行處理。但患者往往處于意識薄弱狀態(tài)、醫(yī)護人員間斷性巡查，仍然會導(dǎo)致報警信息不能得到及時的處理。文獻［４］提出了基于無線藍牙的靜脈輸液監(jiān)控器的設(shè)計，該系統(tǒng)通過藍牙的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，但藍牙通信距離近、不穩(wěn)定，不適用于醫(yī)院環(huán)境。文獻［５］設(shè)計的一種智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)采用市電進行供電，不能滿足便攜式設(shè)計的要求。以上研究表明輸液報警系統(tǒng)仍然存在信息處理不及時、數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、功耗大等缺點。本文鑒于以上問題設(shè)計并實現(xiàn)了一種輸液監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合ＷｉＦｉ無線組網(wǎng)技術(shù)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機數(shù)據(jù)軟件進行存儲、顯示，將需要處理的信息發(fā)送給護士的可穿戴設(shè)備由護士及時進行處理。

１系統(tǒng)總體設(shè)計

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ＷｉＦｉ將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機。當(dāng)輸液出現(xiàn)異?；蜉斠和瓿桑衔粰C根據(jù)ＷｉＦｉ信號的強弱計算出距離，并將待處理信息發(fā)送給就近護士的可穿戴設(shè)備，通知護士及時進行處理。護士會將反饋信息發(fā)給上位機實現(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

２．１傳感器采集模塊設(shè)計

傳感器采集模塊主要由主控ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６單片機、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（無人輸液）、正在輸液以及報警。本文采用射頻電容技術(shù)，通過檢測振蕩電壓電路來分辨輸液管中的液體與氣泡［６］。檢測電路所用芯片為ＴＴＰ２２３—ＢＡ６感應(yīng)芯片，根據(jù)實際測試條件調(diào)節(jié)電極面積和連線電容，可以準確地檢測輸液情況。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，實現(xiàn)Ｎ個模塊間組網(wǎng)［８］。

２．２中繼數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計

中繼作為每個病房的連接終端，配有一個ＥＳＰ８２６６芯片和ＣＨ９１２１ＤＳ１芯片。ＥＳＰ８２６６芯片用于接收來自輸液檢測模塊的狀態(tài)信息，ＣＨ９１２１ＤＳ１芯片用于將狀態(tài)信息發(fā)送至護士站的上位數(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為單片機供電。２）系統(tǒng)采用樹狀組網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)。為滿足系統(tǒng)需求，中繼數(shù)據(jù)傳輸模塊與傳感器采集節(jié)點采用一對多的通信方式。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖２所示。２．３護士可穿戴設(shè)備模塊設(shè)計可穿戴設(shè)備是通信、觸摸、顯示一體化系統(tǒng)，可穿戴設(shè)備在保證能夠進行正常的信息交互外，還需要滿足小巧精密、便于攜帶等設(shè)計要求。１）根據(jù)設(shè)計需求可穿戴設(shè)備配有一片ＥＳＰ８２６６芯片與Ｗｅｂ網(wǎng)頁進行通信。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)的機械式按鍵。硬件電路設(shè)計中，選擇了無電感的ＰＳ３１２０Ａ升壓電路。此電路的抗干擾強，同時無電感的設(shè)計減小了可穿戴設(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信號強度計算出二者之間的距離。并將信號強度發(fā)送給Ｗｅｂ網(wǎng)頁。

３系統(tǒng)軟件設(shè)計

３．１前端采集軟件設(shè)計

前端采集軟件設(shè)計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，隨后傳感器會不間斷地檢測輸液信號。當(dāng)檢測到輸液管中無液體或者存在氣泡時蜂鳴器報警，并將包含設(shè)備編號、報警信號等信息的數(shù)據(jù)包通過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

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)庫的ＷｉＦｉ模塊設(shè)置為Ｓｔａｔｉｏｎ模式，與數(shù)據(jù)庫建立連接。當(dāng)接收到報警信號時將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給數(shù)據(jù)庫，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

護士穿戴設(shè)備將接收到的病人狀態(tài)信息顯示在液晶屏幕上，可通過按鍵進行頁面切換，信息確認和發(fā)送信息，能夠及時處理和發(fā)送確認信息給Ｗｅｂ網(wǎng)頁；若不能發(fā)送處理信息給Ｗｅｂ網(wǎng)頁，隨即Ｗｅｂ網(wǎng)頁將報警信息發(fā)送給其他護士可穿戴設(shè)備。護士設(shè)備的每次通信操作均會被數(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上位機信息管理系統(tǒng)

為了避免前端直接與數(shù)據(jù)庫交互帶來的安全性問題［９］。護士病人信息管理系統(tǒng)基于ＳＳＭ與Ｖｕｅ框架進行前后端分離開發(fā)［１０］。前端Ｗｅｂ網(wǎng)頁主要負責(zé)與醫(yī)護人員交互，后端主要負責(zé)與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交互并將數(shù)據(jù)提交給前端。整個系統(tǒng)選擇具有可靠性傳輸、流量控制、擁塞控制的ＴＣＰ協(xié)議完成各個模塊的通信［１１］。Ｗｅｂ網(wǎng)頁能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信、顯示、存儲以及閉環(huán)的異常處理機制。以Ｉｎｔｅｌｌｉ-ＪＩＤＥＡ作為系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境［１２］。３．４．１后端應(yīng)用設(shè)計后端開發(fā)選擇當(dāng)下主流具備體積小、效率高、簡單易用等特點的Ｍｙｓｑｌ數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)［１３］?；冢樱樱涂蚣?，使用Ｊａｖａ語言進行后端開發(fā)［１４］。程序首先建立ＳｅｒｖｅｒＳｏｃｋｅｔ對象，并監(jiān)聽數(shù)據(jù)通信端口號。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)庫中。３．４．２前端Ｗｅｂ網(wǎng)頁設(shè)計前端網(wǎng)頁設(shè)計通過Ｖｕｅ框架結(jié)合ＥｌｅｍｅｎｔＵＩ組件導(dǎo)入需要的布局容器，簡化網(wǎng)頁的開發(fā)，提高效率。醫(yī)護人員通過網(wǎng)頁向后端發(fā)送Ｈｔｔｐ請求，后端根據(jù)請求訪問數(shù)據(jù)庫執(zhí)行增、刪、改、查等操作，將結(jié)果集返回給前端網(wǎng)頁進行顯示。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，不再訪問數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)交互流程如圖３（ｄ）所示。為保護患者和醫(yī)護人員隱私，護士和管理員通過各自的賬號與密碼登錄。值班護士需要在系統(tǒng)上登記可穿戴設(shè)備號與自己的個人信息，系統(tǒng)分別可以顯示病人信息管理、可穿戴設(shè)備管理、護士管理等信息。護士病人管理系統(tǒng)Ｗｅｂ網(wǎng)頁如圖４所示。

４試驗結(jié)果與分析

根據(jù)系統(tǒng)需求分析設(shè)計了輸液監(jiān)測設(shè)備和信息管理系統(tǒng)，為了驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可行性，將設(shè)備安裝后進行實際測試。設(shè)備布局如下：９個前端采集設(shè)備安裝在不同位置，分別對不同容量的輸液瓶進行檢測，一個中繼數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備用于接收前端數(shù)據(jù)，９個護士佩戴可穿戴設(shè)備進行信息交互測試。系統(tǒng)設(shè)備如圖５所示。１）輸液信號采集測試：對前端采集設(shè)備輸液信號檢測的準確率進行測試。測試結(jié)果如表１所示。２）可穿戴設(shè)備與前端采集設(shè)備間距離測試：９個護士分別佩戴可穿戴設(shè)備間歇性移動，用卷尺測量與采集設(shè)備之間的實際距離，并與系統(tǒng)計算的實測距離進行對比分析。測試結(jié)果如表２所示。通過系統(tǒng)測試過程與結(jié)果分析，前端采集設(shè)備能夠準確地采集到輸液管中液體信息，并將報警信息準確傳送給Ｗｅｂ網(wǎng)頁。Ｗｅｂ網(wǎng)頁能夠準確計算出離報警設(shè)備最近的可穿戴設(shè)備編號，對于實際距離的計算偏差控制在１ｍ以內(nèi)，誤差不超過±１％，表明系統(tǒng)具有可行性，達到設(shè)計要求。

５結(jié)束語

本文以ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８Ｔ６微處理器為核心，結(jié)合傳感器、ＷｉＦｉ無線通信以及上位機數(shù)據(jù)管理開發(fā)設(shè)計了一種基于ＷｉＦｉ的遠程輸液報警系統(tǒng)。實現(xiàn)了對輸液大廳或者病房內(nèi)患者輸液狀態(tài)的實時監(jiān)測。設(shè)計的上位機數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能夠?qū)⒋幚硇畔l(fā)送給就近護士。經(jīng)測試，該系統(tǒng)能夠減輕醫(yī)護人員的工作壓力、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) 電氣工程與自動化學(xué)院