智能输液器设计（精选7篇）
智能输液器设计 篇1
引言
点滴输液是医院非常重要的医疗手段。点滴输液过程中主要问题有两个:一是调整输液速度, 点滴过快、过慢都会影响治疗效果和病人的休息;二是监视瓶中的药液, 当药液滴完, 及时换药或拔除针头[1]。因此, 需要一种准确调整滴速, 并且当药液快滴完的时候并能及时发出报警信号, 提示护士拔除针头的自动监控装置, 使点滴输液更加安全和方便。
本设计针对上述问题, 运用单片机技术、红外线光电传感器与GSM手机模块组成一个分布式监控网络, 实现对点滴输液的实时监控, 并具有手机短信提示、病人治疗基本情况查询等功能。从而减轻了护士的工作量, 同时为医生查房、换药、书写病历等起到了辅助作用。
1系统总体设计
本系统主要由医务监控中心和病房监控从机构成 (以某一病房为例) 。医务监控中心主要由护士站和医生办公室的计算机组成, 并配以GSM手机通信模块。
病房监控从机以STC89C52单片机为控制器, 通过红外传感器对点滴速度和液位进行监测, 将监测数据显示在液晶屏上, 使患者本人知道当前输液状态, 并利用双极性步进电机拖动、控制储液瓶的高度, 实现点滴速度的自动调节, 当储液瓶中剩余药液高度达到2~3cm或有异常情况时, 可由报警装置立即报警。
2硬件设计
2.1从机主控模块
病房监控从机主要完成滴速与液位的监测, 并将输液过程中的动态信息通过液晶屏显示给患者, 当有异常情况时, 可及时报警。监控从机以台湾宏晶公司的STC89C52单片机为控制核心, STC89C52内置可反复擦写的Flash存储器, 具有在线编程功能, 开发成本低, 便于系统维护和升级[2]。显示部分采用JM12864M汉字图形点阵液晶显示模块, 通过单片机模拟SPI接口进行控制, 可以动态显示输液信息, 主要包括当前滴速 (滴/分) 和病房从机的ID号。
2.2滴速和液位检测模块
滴速和液位的测量由非接触式红外传感器完成, 此传感器输出信号变化明显, 灵敏度高, 通过感光元件对变化的入射光加以接收, 并进行光电转换, 且发光元件和接收元件的光轴是重合的。当液滴经过两者之间时, 会阻断光路, 使接收元件接收不到来自发光元件的光, 进而输出一个脉冲信号, 设置单片机每接收一个脉冲就中断一次, 单位时间脉冲信号的个数就是滴速。由于两个传感器的输出信号不稳定, 因此采用集成施密特触发器的74HC14整形, 从而获得规则的脉冲信号[3]。
2.3滴速控制模块
通过控制电机的正反转来改变滴斗与地面的距离, 根据滴斗高度与滴速的对应关系, 以达到控制点滴滴落速度的目的。点滴速度控制电路采用专用的步进电机控制芯片L298。双全桥式驱动器L298在6~46V的电压下可提供2A的额定电流, 用较小的封装提供强大的驱动能力, 带有电流反馈输出, 并有过热自动关断功能, 它的外部需要连接续流二极管。
2.4 GSM模块
TC35i是Siemeils公司推出的新一代工业级GSM模块。自带RS232通信接口, 可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以可靠、 安全、快速地实现系统方案中的数据、语音传输和短消息服务。 TC35i模块的工作电压为3.3~4.8V, 可工作在休眠和空闲状态。本系统中利用STC89C52的UART口经电平转换后与TC35i相连, 另用两个I/O口控制GSM模块的复位和开机。这样下位机就可以在第一时间利用GSM模块向护士和医生发送相关信息了, 医护人员的SIM卡号可通过护士站上位机软件写入到下位机的E2PROM中。
3系统软件设计
3.1系统通信
医务监控中心 (护士站) 和病房监控从机通过CAN总线进行有线通信, 每个病房有独立的ID号, 通信时先由主机发出地址帧, ID号匹配的从机与主机通信, 完成点滴状态信息的上传和控制设定。 而医生可通过GSM手机模块第一时间获知患者输液结束等相关消息, 为安排相应处置 (换药、查体、辅助检查等) 做好准备。
护士站PC机的操作软件利用VC++编写, 上位机软件的功能是设定点滴速度, 然后送给病房的下位机, 当点滴瓶中的液体还剩2~3cm时, 红外对管接收到信号并传送给单片机, 单片机通过蜂鸣器报警, 提示病人及陪护人员, 同时将报警信息送给上位机, 在上位机的接收区会显示接收到的报警数据, 指示灯会变成红色作为报警。
3.2下位机软件设计
下位机软件主要是完成点滴速度的检测、调节和显示、液位检测和报警, 发送和接收数据等命令。设计的主要思路是, 将液滴探测电路的输出信号输入单片机的外部中断, 同时利用片内定时计数器测出点滴的滴数和所需要时间, 测三次后取其平均值, 作为当前的滴速值。
4结束语
本系统的设计旨在使点滴输液的控制智能化和网络化, 提高医疗设备的自动化水平。经实验环境调试后, 记录实验数据并分析实验结果得出以下结论。滴速误差小于±5 (滴/分钟) , 相对误差控制在5%以内;输液即将结束时病房下位机可及时报警并通知医护人员;GSM模块很好地辅助医生完成了查房、换药、书写病历等工作。 因此, 本智能输液监控系统能够完成对点滴过程的有效控制, 让病人感觉到输液更加安全、放心, 同时为医护工作提供便利, 具有较高的应用和推广价值。
摘要：针对目前医院中点滴输液所存在的问题, 以STC89C52单片机为控制核心, 通过CAN总线构成有线网络, 设计了一种多功能液体点滴监控系统。实现了滴速的实时控制和输液结束提示, 使输液过程更加安全, 降低了护士和陪护人员的劳动强度, 同时系统的GSM模块为医生查房、换药、书写病历等起到了辅助作用, 具有较高的实用价值。
关键词：GSM,STC89C52,CAN,监控系统
参考文献
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智能输液器设计 篇2
随着智能化控制研究的不断发展,自动化临床设备的研究日益成为医疗器械发展的一个重点,因而设计一种智能输液管理系统实现对输液过程的全程监控是医学发展的必然趋势。本文以远程监控实现输液实时监测为目标,通过下位机采集各床位患者的输液信息,再以无线的方式将数据传达至上位机,实现输液数据的实时显示和存储,以及在特殊情况下的报警等功能。
1 系统总体设计
系统由主、从站(或上位机和下位机)构成,核心控制器件是单片机。主站由数据通信单片机组成,从站由数据处理单片机和数据通信单片机组成。主要包括四个设计模块:a.从站数据采集电路,包括液滴信号的采集和输毕信号的采集;b.从站数据处理电路,包括实时数据的显示、处理及控制;c.从站数据发送部分电路,包括数据处理单片机与数据发送单片机之间的串口通信及数据发送单片机与无线发射模块PTR8000之间的SPI通信;d.主站数据接收部分电路,主要为主站无线接收模块PTR8000与单片机之间的SPI通信及单片机通过RS232接口与PC机之间的通信。系统设计如图1所示。
2 硬件设计
2.1 主站设计
主站主要实现数据的无线接收,并将数据以串口形式传送至PC机储存。PC机接数据并实时显示床位号、输液速度、报警信息等。主站以单片机作为无线模块PTR8000的控制器,且控制1602液晶屏显示相关通信信息。电路如图2所示。
2.2 从站设计
2.2.1 从站硬件电路组成
根据系统总体设计方案及实际功能需求,把从站作为设计重点,功能细化后硬件电路包括AT89S52单片机最小系统电路、液滴检测电路、输毕检测电路、键盘电路、12864LCD接口电路、1602接口电路、共阴双8数码管显示电路、指示灯电路、声光报警电路、无线收发接口电路、步进电机控制电路、RS232接口电路等。其中,液滴和输毕信号主要采用红外收发二极管来采集,信号经过整形电路处理后送至单片机的外部中断接口;采用步进电机作用微控装置压迫输液软管的松紧程度来实现自动控制液滴速度的目的。从站设计框图,如图3所示。
2.2.2 信号采集电路的设计
信号采集处理电路如图4所示,若测试时检测液滴的电压差信号过小,可在比较器前加上一级差动放大电路增大检测的可靠性。由信号采集电路原理图可以看出,当瓶内药液液面在光路之上时(或液滴滴落切断光路),红外接收二极管Receive1不能接收到红外发射二极管Send1发出的光,从而Receive1截止,晶体管也截止,OP07输出端为高电平;当瓶内药液液面逐渐下降至光路附近时(或没有液滴滴落时),红外接收二极管Receive1能接收到红外发射二极管Send1发出的光,从而Receive1导通,晶体管导通,OP07输出低电平,此时对单片机产生外部中断,驱动相应电路发出报警信号,通知医护人员及时采取措施,从而达到采集数据及控制报警的目的。系统从站电路如图5所示,原理图上半部分为数据采集部分,下半部分为数据通信部分。
3 系统软件设计
3.1 主站程序设计
主站程序设计主要分为两部分:单片机通信控制及PC机监控软件设计,即单片机无线接收子程序控制PTR8000接收数据及串口通信子程序控制将接收的数据传送至PC,PC机端采用微软的VC++6.0实现客户端软件的开发,其中在串口开发部分直接使用MSCoom控件。MSCoom控件是微软公司开发的专门用于串行通信的控件。通过设置控件的几个属性,然后添加控件的事件响应代码就可以使串口按照要求进行工作。
3.2 从站程序设计
从站程序设计主要由以下几部分子程序组成:键盘控制子程序、中断控制子程序、步进电机控制子程序、液晶屏显示子程序及无线模块收发控制子程序。其中数据处理单片机由键盘控制子程序设定滴速及输液总量等信息,中断子程序采集输毕及液滴信号并计算输液滴速及时间等数据,通过比较实测滴速和设定滴速产生控制信号调用步进电机控制子程序完成调速功能,所有信息均由12864液晶屏显示;数据通信单片机经串口接收处理单片机的实时信息并控制无线模块PTR8000发射出去。对于PTR8000的编程,必须在配置模式中对其进行配置,在RX模式中,地址匹配(AM)和数据准备就绪(DR)信号通知MCU一个有效的地址和数据包已经自动接收完成,MCU即可通过SPI接口读取接收的数据,在TX模式中,PTR8000自动产生前导码和CRC校验码,准备就绪(DR)通知数据传输已经完成。
4 总结
系统软硬件设计完成后,测试系统所实现的功能有:a按键确定床位号、设定输液滴速及输液总量;b.红外收发二极管检测液滴及输毕报警信号并计算实际输液滴速;c.根据实测滴速和设定滴速的差值有效控制步进电机达到自动调节滴速的目的;d.根据设定滴速估算输液总时间;e.根据实测滴速计算剩余时间;f.从站输液信息均由12864液晶屏显示,通信相关信息由数码管及1602液晶屏显示,主站监控信息由PC机储存显示;g.由PTR8000模块将床位号、实测速度等数据以无线的方式传输至PC机,达到实时监控的目的;h.利用基于VC++的MSC控件设计合理的人机互动界面。
参考文献
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一种智能加压输液装置 篇3
输液是现有医院或诊所为患者进行医疗处置和治疗最常用的方式[1,2]。输液的安全顺利进行,除需要保证输液过程无菌封闭外,还要求合适的输液速度。现有输液装置的液体滴速是由重力自然产生的,当达到最大滴速后便不能再加快滴速,一般情况下可满足大多数患者的输液治疗需求。但休克、失血等一些特殊或急救患者需要快速输液,而现有的输液装置不能突破目前最大的输液速度,进而影响患者的抢救效果和时机。而且,现有的输液装置也不能对输注液体的温度进行很好的调控[3,4]。因此,我们设计了一种可对液体施加持续可控压力、达到智能化快速输液、调控输入液体温度的新型智能加压输液装置,现将其介绍如下。
1 资料与方法
1.1 基本结构
智能加压输液装置包括盛装液体的容器、对容器壁进行加压的加压机构(气囊)。智能加压输液装置的加压机构由驱动装置、推杆和压板组成,驱动装置与推杆连接推动推杆移动,压板安装在推杆头部,压贴于容器外壁。根据不同的加压要求,驱动装置可以为电动机、气缸、液压缸。在容器外壁上设有检测容器承受压力大小的压力传感器,压力传感器与微处理器连接,微处理器与驱动装置连接,微处理器根据压力传感器检测的压力大小来调节驱动装置对推杆的推动行程。
气囊通过内侧的附着机构(软带)贴在容器上,由充气装置(充气机)向气囊充气。附着机构为大小可伸缩的定位骨架,与容器共同吊挂在可伸缩的输液架上。气囊设于软带内侧。将压力传感器设置在容器外壁上,与微处理器连接,检测容器承受的压力大小。另外,设置血压计和心率计,分别检测血压信号和心率信号。软带上设置加热线圈或/和降温装置,与电源连接后实现对所输注液体的加热或降温处理。
1.2 基本功能和优点
与现有技术相比,智能加压输液装置具有如下优点:增设了加压机构,可以对容器和内部的液体施压,使滴速突破现有输液装置的最大滴速,满足需要急性大量补液的各种临床情况,方便各种危急重症患者的抢救。由于可对所输液体加热或降温,能分别适应发热或需要升温的患者,取得了较好的输液效果,实现了患者输液个体化、人性化。
加压机构、加压动力形式多样,包括手动挤压橡皮充气加压、专门的加压设备,并且利用电源、电池、太阳能等多种能源形式。加压机构通过调节大小适应不同的液体容器,或者使容器上下左右同时或单独固定,以利于在不同情况下的加压;通过微处理器自动调节压力大小,在患者需要快速大量输液时,保持压力恒定;需要减慢或改变输液速度时则调控压力变化,方便不同环境、不同病情的患者在不同救治条件下的灵活使用。
1.3 原理分析及具体实施方式
如图1(a)所示,容器外设有可对容器壁进行加压的加压机构,输液容器(常见的输液软袋或者塑料瓶)受力后会发生变形,压力就会传递到容器内挤压液体快速通过输液软管,从而达到加快输液的目的。充气装置可以是握捏式充气橡皮球(即手动充气),也可以是专门的充气机。
加压机构可以有多种实现方式:气囊贴在容器上与充气装置连接,由充气装置向气囊充气,附着机构和容器吊挂在可伸缩(改变长度)、可旋转(改变方向)的输液架上。附着机构可以是箍系在容器上的软带,由软带调节松紧程度,气囊在软带内侧,这种结构类似于血压计的充气袖。附着机构也可以是起总的容积固定作用、大小可伸缩的定位骨架,气囊安放在定位骨架中。定位骨架大小可伸缩就能适应由于输液瓶或软袋液体量不同而导致大小不一的情况。
图1(b)显示了加压机构的另一种原理和实现方式:压板安装在推杆头部、压贴于容器外壁,驱动装置与推杆连接后推动推杆移动,使压板给容器一个压力,由靠板给容器一个支撑,避免容器移动。或者2个压板对称设置,向中间压迫容器,即成为2套加压机构。当使用气缸或液压缸作为驱动装置时,推杆就变成气缸或液压缸的活塞杆,容器外壁上的压力传感器与微处理器连接,微处理器根据压力传感器检测的压力大小,调节充气机的充气量或者驱动装置对推杆的推动行程,使容器承受恒定的压力。
1.容器;2.输液软管;3.气囊;4.充气装置;5.输液架;6.软带;7.压力传感器;8.微处理器;9.驱动装置;10.推杆;11.压板;12.靠板;13.加热线圈
智能加压输液装置通过血压计、心率计获取心率及血压信号,输入给微处理器后根据预先设定的程序适时、动态计算,实现不同血压和心率大小下最佳的加压大小,进而调节充气机的充气量或推杆的推动行程。这样,微处理器适时确定的加压大小与压力传感器检测的实际压力大小始终一致,通过这种类似反馈的机理智能调整输液速度。
智能加压输液装置可同时配备加热和降温装置,根据患者的具体情况选择使用。降温装置最简单的可以将冰块放在加压输液装置内外层间,适用于紧急情况或缺少设备的野外。加热则通过附着在软带上的加热线圈(类似于电热毯结构)给容器内的液体加热。
2 讨论
输液是各种医疗机构对患者进行有效治疗的基本方式,通过输液将药物有效地输入患者体内达到治疗目的[1,2,5,6],现有的输液装置可满足大多数临床诊治的需求。但对于一些特殊的抢救情况,如患者因各种原因导致大量失血、脱水、休克,需要快速大量输液挽救患者的生命,现有输液器的速度则无法满足治疗需求[7,8],因为现有输液装置的滴速由液体的重力自然产生,当达到最大滴速后便不能再加快输注速度,影响患者的抢救和治疗。因此,针对现有技术存在的上述不足,我们设计了一种可根据需要增大输液速度的智能加压输液装置,不仅可突破现有输液装置的最大滴速,还可实现智能调控最佳的输液速度,并具有调控输液温度的功能。
智能加压输液装置通过多种形式的加压机构,对液体容器施加恒定的压力,通过挤压效应使液体滴速加快,使液体及药物在短时间内快速进入机体,迅速纠正患者的失血、失液状态,使血压回升,恢复正常的血液循环状态,生命体征得到稳定,挽救患者生命。但是输液速度并不是一直都是越快越好,当液体量达到一定程度,需要逐渐减慢输液速度,否则也会因为过多过快输液导致心衰等并发症,根据患者的病情演变调整最优的输液速度是临床最理想的状态。因此,我们设计的智能输液加压装置同时可收集并分析患者的心率、血压等信息(这2种信息的变化是反映输液量是否足够、输液速度是否合适的重要体现),微处理器根据患者心率、血压的实时变化实现输液速度的调控:当病情变化好转时,加压力度逐渐变小;反之,则根据病情变化自动调节加压力度,加快输液速度,实现智能化控制。这种加压方案压力大小不是恒定的,而是根据患者的身体状况不断调整,并且保证在施加压力的过程中压力持续稳定,使输液速度和过程达到最优,最终实现智能调控,使患者达到个体化的最佳输液速度,并在液体结束时避免血液反流。
智能加压输液装置的加压动力有多种,可以利用电源、电池、太阳能等形式,或者手动挤压橡皮充气,适用于野外、医务人员紧张等特殊的医疗环境或紧急情况;而其具有的降温或加温作用适合特殊的环境,如寒冷或过热的抢救现场与野外,提高了抢救成功率,也满足了患者特殊的治疗需求。其给患者和医务人员带来极大的方便,待功能完善后,可在临床广泛推广。
参考文献
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智能输液系统的发展与应用 篇4
静脉输液作为一种最常用的临床治疗方法,具有安全便捷、疗效迅速等诸多优点。然而在输液过程中,需要根据药物和患者病情,选择合适的输液速率和温度等,这样大大增加了医护人员的工作强度,差错率大为上升,而且不利于患者休息,影响了治疗质量,同时带来了交叉感染的医疗隐患。因此从20世纪中叶起,国内外先后开始了对智能输液仪器的研制。
早期的研究由于受到设备和技术限制,仅仅停留在对单个输液仪器的研制上,虽然在一定程度上解决了输液控制的难题,但是各自独立的输液系统的设置、观察和检测还是给医护工作带来了较大负担。因此,近年来国内外研究学者和医疗机构开始致力于智能输液系统的研究,以微控制器为核心实现对输液系统滴速和温度监控、多通道化等功能的集成,并将其融入医院信息管理系统,来满足现代化临床医疗的需求。
2 智能输液系统功能概述
智能输液系统功能主要包括:输液速率的精确控制;输液异常(如输液管中掺入气泡、针头堵塞、跑针等)检测报警;输液完毕断路报警;输液系统终端通信(医护人员实时观测输液系统状况)。其核心控制部分根据输液速率检测和控制的工作原理,可以分为滴速监控仪、输液泵、注射泵和机械泵。滴速监控仪采用重力输液方式,通过检测液滴滴速来控制输液速率,成本低但精度不高,适用于一般输液场合;输液泵和注射泵可实现精确控制,但需要配套的输液管和输液器材,成本较高,适用于麻醉药、止痛药、癌症患者的化疗等需要精确控制输液速率的场合[1];机械泵常见的有弹性输液泵和压电泵,无需供电,仅靠机械力将药液挤压入体内,体积小,可随身携带,使用安全方便,多用于微小剂量药物的低速输液[2]。
3 智能输液系统的研究现状
国内对智能输液系统的研究起步较晚,直到20世纪80年代后期,国内才开始从事智能输液监控设备产品的研发。于向英[3]等利用弹簧变形和输液瓶质量变化的原理研制出一种医用输液报警器,但该设备误差较大,每次使用前需根据输液容器进行质量调整,弹簧移动易产生疲劳,使用和维护非常不便;赵金农等设计了一种微型激光输液报警器,利用激光多普勒原理检测流速,实现对输液过程中异常情况的报警,但是该仪器灵敏度较低,容易产生误差;李长胜[4]等利用光纤发出的光束在液面处发生全内反射的原理,研制了一种输液结束自动报警装置,该装置成本低且易于网络化,但是不便于安装,稳定性差;张爱华[5]等将电容式液位传感器用于输液液位的非接触检测,其受吸附水作用和液位下降速度的影响较大,且不易操作;李云胜[6]利用MSComm通信控件和VC++语言编程,设计了一套可视化输液实时监控系统,此系统界面直观,操作简单,提高了医院的管理水平和工作效率。国内对智能输液系统研制较早的厂家有北京科力建元公司和浙江史密斯医学仪器公司,前者研制了ZNB系列输液泵,后者研制WZ系列注射泵,但是都存在输液精度不高、调整时间长、价格高等弊端。由于一味地模仿和借鉴国外的成熟产品,不愿投入人力物力去研发,如今国内的医疗输液监控设备技术相对落后,功能单一,精度和灵敏度不稳定,可靠性不高,自动化及智能化程度较低,设备性能达不到实际需要,因此未能在各级医院广泛使用。
智能输液系统在国外的开发与应用起步较早,经过近半个世纪的研究,技术已经比较成熟,临床输液监控基本实行智能化,智能输液系统在医院的使用十分普遍。临床使用较多、性能较好的有德国贝朗公司的Perfusor誖Compact系列注射泵,其控制精度可达2%,以及Infusomat誖fm S系列输液泵,使用比较广泛。另外,美国百特公司的便携式输液泵和弹性输液泵,日本JMS株式会社的OT系列输液泵,以色列凯撒公司的Bodyguard(生命卫士)输液泵等产品的技术也较为成熟,安全性能较高。这些输液设备都具备输液监控功能,并能输出输液状态信号,从而与医院信息系统连接来组建网络,已被我国一些大型医院引进,但因其价格昂贵主要用于危重患者的监护。
4 智能输液系统的发展趋势
4.1 输液系统网络化
目前在大多输液系统中,输液泵仅仅是作为输液设备单机使用。而在输液过程中,患者的生理特征参数会随时发生改变,如不及时地获得这些生理特征参数,并对输液过程进行适当的调整,就会对患者的身体产生一定的不良影响或者副作用。因此,把输液设备纳入到输液管理系统(transfusion management system,TMS)并融入医院的信息管理系统(hospital information system,HIS)势在必行。合理利用医院现有的一些设备,并把从这些设备得到的生理信息及时地反馈给输液泵,输液泵根据得到的生理信息及时调整输液速率或药液浓度等,就会取得更佳的预期效果。
智能输液系统监控网络可分为有线网络和无线网络2种。有线网络对设备依赖性强,需要对现有设备进行彻底改造,不仅浪费资源,而且扩展性较差。无线局域网络(wireless local area networks,WLAN)是一种相当便利的数据传输系统,它利用射频技术取代以前铜线所构成局域网络,省去了铺设管路的复杂程序。WLAN易于进行网络规划和调整,灵活性和移动性较强,故障定位容易。对于没有安装HIS的医院来说,可以直接使用WLAN来方便地建立分布式智能输液监控网络系统,而不需要再重新铺设有线网络。
刘贺等[7]和钟震宇等[8]分别将蓝牙技术和Zig Bee技术融入到智能输液系统的无线网络中。Zigbee技术相对于蓝牙技术来说,结构简单、功耗低、成本低、组网规模大,但是两者存在着传输距离太短等缺陷。Xinling Wen[9]开发了一套基于无线传输的远程输液监控系统,利用n RF905无线传输模块将各输液装置的信息传送到输液监控总站,对各输液装置进行实时监控和管理。当出现异常情况时,通过总站系统的声光报警并显示异常输液装置所在的病床位置,提醒护士及时处理。
4.2 输液设备小型化和便携化
现在大部分的输液监控仪、输液泵和注射泵体积都比较庞大,受到交流电源和输液架等的限制,只适合于在固定地点输液,限制了其使用范围。因此,各公司都加紧研制体积更小、更轻便的智能输液系统,便于携带,可以在各种条件甚至恶劣的环境下进行输液。
市场上出现了一种新型的无输液管的贴附式泵(patch pump),它将含有输液泵控制器和输液组件的输液系统黏附在患者的皮肤表面,输液泵上针头直接插入静脉血管而无需用输液管连接,使用遥控器进行操作[10]。这种输液泵携带更为方便,摆脱了输液管的束缚,提高了患者的舒适感。利用微电子机械系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)技术能进一步缩小泵的质量和尺寸,使得微型泵的尺寸达到厘米级甚至毫米级大小,有助于提高患者的生活质量[11]。
4.3 输液设备专业化
针对医院不同科室的具体使用环境,需要选择合适的输液设备。例如在放射科中电磁干扰较严重,输液系统的机器本身对外界的电磁干扰抵抗水平有相应的标准,一旦超出其抗扰标准,就容易导致输注精度不准,甚至停机。例如在核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)超强的磁场环境下,严禁任何含铁成分或磁性物质接近扫描机,此时如要输注麻醉药等,则需要输液泵具有良好的电磁兼容性[12]。在心血管科中,例如冠心病监护病房(coronary care unit,CCU)是心血管危重患者的集中地,因患者病情危重、血流动力学不稳定,常常需要使用多种血管活性药物。微量输液设备的输液速率需要能精确控制,要求显示流速精确到小数点后一位(0.1 m L/h),有脉动补偿功能使输液更加平缓[13]。由于需要长时间输液,PVC管路被频繁挤压容易出现疲劳破裂或疲劳塌陷的风险,故最好需要有管路疲劳报警功能。在妇产科应用时,注射催产素需要输液设备能够敏捷调速、精确控制,如遇到产妇产后出血性休克需要大量补液时,输液设备需要快速将药液快速注入人体内,为产妇赢得宝贵的抢救时间。应用于急救场合时,输液系统需要适宜救护车使用,小巧便携,安全可靠,不受周围环境影响,功能齐全,流速可调范围广,不需要提供交流电源。在高压环境中,例如应用高压氧治疗危重患者,由于高压舱特殊环境的安全要求,微量输液装置需要抗高压,在各种压力条件下能保持输液精度[14]。输注具有腐蚀性的药物时,对泵体的材质也有所要求,需要根据实际情况选择不同材质的输液设备,以免使用时出现意外。
5 智能输液系统的前瞻性应用
5.1 便携式胰岛素泵
糖尿病已成为严重威胁人类身体健康的全球性疾病,Ⅰ型糖尿病(T1DM)和部分Ⅱ型糖尿病(T2DM)患者需要通过每日注射胰岛素进行治疗。以往常规的胰岛素注射疗法,由于皮下多次注射(MDIs)难以使血糖一直处于正常水平,以至于血糖控制不理想而出现并发症。使用胰岛素泵进行持续皮下胰岛素注射能更快速稳定地控制血糖,是糖尿病患者理想的治疗方法。便携式胰岛素泵是一种典型的智能输液系统,它通过一级传动机构或者二级传动机构推动活塞精确运动,基本原理和注射泵相同。便携式胰岛素泵体积小、仅需电池驱动,胰岛素泵通常约为一个传呼机大小,质量在55~110 g范围内,输液管长度在80~120 mm之间;防水,可带泵运动[15];携带方便,不影响正常生活。它可以按照程序设定的时间和剂量全天连续注射胰岛素,就像正常胰腺工作一样,故又称为“人工胰脏”。从20世纪70年代第一台连续皮下注射的胰岛素泵发明至今,胰岛素泵技术经历了快速发展的阶段。早期的胰岛素泵不仅体积较大,而且只有连续注射功能。后期的胰岛素泵体积小、便携性强,并且可以通过预先设计的程序按时按量向体内输注胰岛素。但是这种胰岛素泵仍为开环控制,不能根据实时的血糖含量来向体内注射胰岛素。2006年,美国美敦力(Medtronic)公司推出了第一台闭环式便携胰岛素泵———Paradigm誖实时系统[16]。这种闭环控制系统将设定的血糖值与由连续血糖传感器测得的当前血糖值进行比较,并反馈给控制器,通过相应的控制算法实时调节胰岛素泵的注射量[17],使体内的血糖值保持稳定。
智能手机技术现在也应用于便携式胰岛素泵中。糖尿病患者可以通过在智能手机中输入食物摄入情况、餐前血糖含量以及预期的活动量,使用智能手机的无线应用程序自动计算和调整胰岛素泵的注射量,并通过智能手机将数据实时传输给医务人员,实现远程监控。有研究报告表明,使用移动手机的血糖监控系统促进了对血糖的管理,给糖尿病患者带来了便利。
5.2 患者自控镇痛泵
为了减轻患者手术后的疼痛感,避免疼痛应激反应引起术后并发症,临床上通常是通过间断性肌肉或静脉注射镇痛药进行镇痛。但是此种方法若控制不好镇痛药的用量,容易造成药物成瘾,所以一般用量较少,导致临床70%的患者存在着不同程度的镇痛不全。因此应用一种患者自控镇痛(Patient-controlled analgesia,PCA)泵,这种输液装置也是一种智能输液系统,它其实是一个精确控制的注射泵,并具有丸剂量(BOLUS短时间内向患者体内输送液体的离散量)功能。这种输液泵能够在患者连续麻醉输液仍无法缓解疼痛时,按压手控开关键向体内注入额外剂量的镇痛药,以达到镇痛目的。在锁定的时间内多次按压用药是无效的,从而避免镇痛药的过量使用,保证患者的用药安全[18]。与传统的肌肉注射镇痛相比,PCA泵使用方便且止痛效果好,患者可以根据自己的感受控制镇痛药的输入,及时缓解疼痛,能最大限度地减小药代动力学和药效学的个体差异,血浆中镇痛药物的浓度较为稳定,副作用少。PCA泵可广泛应用于外科手术后镇痛、烧伤创面镇痛、癌症晚期镇痛和其他慢性镇痛[19,20]。
6 结语
智能输液系统从研究初期的单泵控制发展到当前的分布式多泵集中控制管理,并且随着系统网络化和智能化的发展,输液泵和注射泵等终端设备与后台通讯也已经从有线传输过渡到无线传输。智能输液系统已经把输液过程全程数字化,全程记录患者各项输液参数并作为电子病历保存,填补了HIS的空白。智能输液系统目前在国内还处于研发起步阶段,功能和性能上还远不及国外产品,不能很好满足临床医疗的需求。然而国外产品价格昂贵,国内只有个别大中型医院的专业科室才配备。
现代社会是一个科技社会,科学技术日新月异,发展迅速,从长远发展来看,智能输液系统将向着网络化(远程医疗)、便携化(无线通讯)、人性化(友好的人机交互)的方向迈进,这是大势所趋。实时、高效、便捷、安全和人性化的服务可以更有效地提高临床医疗质量,推动数字化临床医疗的发展进程。
摘要：智能输液系统是在常规临床输液器的基础上发展起来的,它以控制器为核心,实现滴速测控、药液加热、应急报警和多通路输液等功能集成,在临床医疗领域应用前景广阔。分析了智能输液系统的功能结构,介绍了智能输液系统的研究现状,对智能输液系统的发展前景和前瞻性应用进行了展望。
智能输液器设计 篇5
静脉输液是医疗场所最常用的治疗手段, 能根据患者病情需要将液体及药物输入体内, 完成治疗[1～4]。目前, 大多数医疗场所病人较多, 医护人员工作量大, 输液操作繁琐, 容易出现失误, 导致医患关系紧张。临床对可实时监控患者输液量、温度和速度的智能可控输液设备的需求越来越迫切。因此, 设计一种可实现输液信息的远程监控的静脉输液监控系统, 改进现有输液方式, 缓解医患关系, 提高安全性和输液质量[5], 可广泛应用于各类输液场所。
1. 系统硬件设计
智能输液监控系统实现对输液过程中药液滴速和温度进行检测。主要有控制模块、滴速检测模块、温度检测与加温模块、键盘输入模块、显示模块、声光报警模块以及通信模块。系统组成模块如图1所示:
(1) 控制模块采用STC12C5608AD单片机;
(2) 温度检测模型采用热敏电阻MF58作为温度传感器采集输液管温度;
(3) 滴速检测模块采用红外对管实现。检测滴速时, 红外对管对茂菲氏滴管处液滴进行检测, 当第一滴液体通过红外对管时, 红外接收电路发出负脉冲触发单片机的中断口启动定时器计数。当第二滴液体通过红外对管时, 红外接收电路再次触发单片机的中断口, 定时器停止计数。读出定时器的计时时间和滴数, 进行计算后可得出输液量;
(4) 键盘输入模块采用3个按键, 其功能分别是滴数加1, 滴数减1, 设置兼确定, 操作键盘时, LED数码管同时显示操作结果;
(5) 加温装置采用JQC-3F继电器和PTC加热片构成, 液体初始温度设置在30度, 当热敏电阻采集到的温度低于28˚C时启动加热器工作, 高于30˚C时停止加热。为安全起见和防止异常, 设置高于35˚C时报警并停止加热;
(6) 显示模块采用LED3位数码管显示。正常工作时, 显示输液量和液体温度;
(7) 声光报警模块采用LED灯珠和蜂鸣器, 对液位和温度异常进行报警提醒;
(8) 电机控制模块采用M420驱动器驱动57BYG型步进电机正转与反转, 提升或减低药瓶的高度到达控制滴速的目的;
(9) 通信模块才采用Zigbee协议与后台监控中心对接, 进行数据传送, 监控中心对数据进行处理后推送至移动终端, 显示输液状态信息和警示提醒。
2. 系统软件设计
本系统的软件设计包括八部分, 包括滴速检测和液量计算程序设计、液体温度检测与加温控制程序设计、键盘扫描程序设计、LED显示程序设计、声光报警程序设计, 电机正反转控制程序和通信程序以及数据推送程序。系统主模块工作流程图如图2所示。
3. 系统测试
测试环境:在病房温度26˚C环境下, 进行输液实验, 通过键盘设置输液量250ml, 60滴/min, 剩余输液量10ml时进行报警提示, 加热温度设定为28˚C至30˚C。按1ml输液液体15滴算, 理论上为62分钟滴完, 输液1小时报警。系统实际检测的输液速度和输液剩余量数据为:
从表1～表2、图2～图3中可以看出系统输液速度约每分钟60滴, 说明系统输液速度基本恒定;
在相应时间检测到的液体温度分别为:29.5˚C、29˚C、28.5˚C、29˚C、28.9˚C、29.2˚C。很明显在设定的28˚C-30˚C范围内, 说明系统控温准确, 能够实现自动恒温;
手机输液监控APP显示报警提示时 (输液1小时) 残余输液量实际为8ml<理论10ml, 即输液比理论滴快30滴, 平均每分钟滴快0.5滴, 误差在1分钟之内, 比较准确及时。
4. 结语
本文设计的基于单片机的智能静脉输液监控系统, 紧跟“互联网+”行动计划, 集智能化、网络化与人性化于一体, 通过后台监控中心和护士手中的移动终端输液监控APP软件来实时监控相关病人的输液状况。监控准确, 可以减少护士与病人的直接接触, 大大提高了医护人员的工作效率, 同时也缓解了医患关系, 提高了输液的安全性和输液质量。
参考文献
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[2]郑卫.PVC输液器与药物相容性研究综述[J].中国食品药品监管, 2010 (08) :68-71.
[3]江昌旭, 王磊, 李桂香等.基于RFID的无线多目标温湿度监控系统[J].仪表技术与传感器, 2013 (05) :46-47.
[4]沈勤丰, 信息管理系统应用与静脉输液监护的研究与实现[J].软件工程师, 2014, V17 (05) :44-46.
智能输液器设计 篇6
目前, 医院静脉输液主要是人工控制, 由人监控的静脉输液, 无法正确调解药液流速, 速度过快由于点滴里有钾元素的成分会造成血管刺激, 通常刺激会表现为疼痛。但通常输液快慢要看自身身体情况, 但输液还是会对血管和心脏, 肾脏有刺激。利用现有的科技设计智能输液系统, 即可以控制药液流速、检测药液剩余量、及时地停止输液防止血液回流等, 医护人员可以通过主控室观察和调解所有药液流速, 从而大大地节省人力。
本设计研究一种操作方便, 显示直观, 具有报警功能的智能型液体点滴速度控制器, 该系统让护理人员监控病人打点滴的进程时间得到充分利用, 避免病人在输液过程中出现“回血”而造成的医疗事故, 提高病人治病输液过程中的安全系数, 同时减少护理人员的工作量, 给护理人员更舒适的工作环境。
2 系统总体设计方案
本系统采用ATMEGA16作为主控制芯片来控制液滴速度、报警信息以及液架的运动方向, 输液器能通过遥控器任意设定点滴速度, 并且能接收遥控器设定的信息以及能对异常情况进行报警。系统硬件结构框图如图1所示。下位机系统采用模块化的设计思想, 包括液位检测与报警系统, 滴速系统 (包括滴速控制装置, 钢珠等执行机构) , 单片机处理系统, 通讯模块, 自定义遥控器模块, 显示以及报警模块, 角度传感模块等部分。液位检测模块主要用于对液位的报警, 执行机构在程序的控制下完成滴速控制;通讯模块用于和主机的通讯。
2.1 液滴检测方案
滴速检测采用的是红外检测技术, 在茂菲氏滴管上方处对输液速度进行测量。滴速检测装置结构图如图2所示。红外发射器发出红外光后, 光线穿透茂菲氏滴管后照射到光电三极管上, 光电三极管将照射到它上面的光线变成电流信号进行输出。如果此时茂菲氏滴管中没有液滴滴下, 光线的衰减就比较小, 照射到三极管上的电流就比较大;如果此时茂菲氏滴管中有液滴滴下, 由于液滴挡了一下光线, 液滴对光线具有吸收和散射的作用, 就使得光电三极管接收到比较弱的光信号。将光电三极管输出的电流信号转换为电压信号, 通过检测输出端电压信号的强弱就可以检测出有无液滴落下。把检测到的信号经过整形后送入单片机进行处理, 就可以计算出输液的点滴速度。
2.2 滴速控制方案
采用电磁铁和位于观察瓶中的小钢珠以及相应的控制电路构成了具有“蠕动”效果的电动机用来控制液体滴速, 能够达到对液滴的精确控制, 利用“蠕动”电机结构和液位传感器实现了药液短缺时及时、准确地自动关闭液路功能, 防止了“回血”现象的发生。滴速控制装置原理图如图3所示。
3 程序流程图
为了便于程序的开发和以后的使用与维护, 全部程序采用模块化结构, 即由一个主程序和若干个子程序模块构成。主程序首先完成初始化工作, 包括定时器初始化、液晶模块初始化、中断初始化、系统时钟初始化、其他参数的初始化等。然后启动定时器进行定时, 开中断允许单片机响应内部中断和外部中断请求。各程序功能模块包括液晶显示、电机驱动、报警控制、滴速检测、液位检测等。主程序流程图如图4所示。
整个系统软件采用模块化结构。其中从站软件系统包括:主程序:负责读键、显示和报警。通讯中断程序:实现与主站通讯。滴速采样和储液瓶的随人体移动检测, 其中, 中断M1检测液位情况, 发生中断停止输液, 产生报警, 中断M2检测人体移动方向, 如果发生中断, 单片机输出PWM脉冲, 从而控制电机带动储液瓶定向移动。保证储液瓶永久的在人体上方。
主站的程序包括主程序和通讯中断程序, 其中主程序负责对从站的设定, 显示来自从站的实时值, 及负责报警。通讯中断程序负责与从站进行通讯, 实现数据的实时采集。
4 总结
本系统采用ATMEGA16控制芯片简化了系统的硬件结构, 提高了系统的可靠性和实时性。利用“蠕动”电机结构和液位传感器实现了药液短缺时及时、准确地自动关闭液路功能, 防止了“回血”现象的发生。药液短缺时, 关闭液路的同时用户端采用声光提醒, 同时通过无线传输方式将相关信息发送至值班室, 及时通知值班医护人员。节省了大量的人力物力以及减少了人为误差。本系统对实际工程应用有一定的指导意义。
参考文献
[1]张肃文.高频电子线路[M].第5版.北京:高等教育出版社, 2009.
[2]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.
安全输液器保护装置的设计与应用 篇7
随着医院质量管理的发展和临床对输液安全性要求的提高,如何降低护士在输液过程中发生的针刺伤、血液回流、医院感染等问题尤其重要。传统的输液前准备和输液完毕是将输液针柄挂于输液器莫菲氏滴管小壶旁,存在的弊端是:不牢靠,没有固定卡扣,会随时脱落在地上及患者床单上,增加污染的同时会刺伤患者和护士。而且现有的输液器在输液完成后如果不及时拔出输液针头,在人体内的血液会经过注射头沿软管回流,给患者造成痛苦。为此,我科研制一种安全输液器保护装置,获得了较好的应用效果。
1设计与制作
1.1设计方法
安全输液器包括一次性输液器和固定器。固定器设在一次性输液器的调节器上,包括固定器本体、若干套管以及外壳。其外壳与调节器固定并形成一个容纳槽,固定器本体固定在容纳槽内;固定器本体上设有若干容纳腔,每一个容纳腔内设有套管并设置缺口,缺口的宽度略小于一次性输液器针柄的厚度;一次性输液器的莫菲氏管内设置能关闭下端输液管与莫菲氏管连接扣的有色浮球。
1.2 部件组成与参考尺寸
有色附球:规格为0.3 mm,无毒可高压灭菌,当莫菲氏管内液面最低时,有色浮球落入下端输液管形成关闭状态。
容纳槽:在固定器内设置多个容纳槽,规格为0.1 mm,输液前护士排液后,即把输液针放入卡槽内。
卡洞:规格为0.3 mm,材料为多孔弹性材料制成的海绵,输液完毕后,将输液针直接插入卡洞内。
2 使用方法
输液前准备:护士挂输液瓶—插输液器—排尽输液器内的空气—将输液针柄挂于输液器固定器容纳槽—静脉穿刺。输液过程中:通过观察有色浮球的位置可知莫菲氏管内液面高度及输液进度。输液完毕后:当莫菲氏管内液面最低时,浮球自动落入输液管与莫菲氏管连接口形成关闭状态,同时拔出输液针挂于输液器固定器卡洞处。
1.调节器；2.固定器；3.莫菲氏滴管；4.有色浮球；5.固定器本体；6.套管；7.外壳；A.容纳腔
3 改进前输液器的不足及改进后的应用效果
目前,通用的医用输液管的构造是由针头、过滤进气管、输液管道、莫菲氏管、调节器、过滤接头等部件组成[1]。输液时,治疗液体进入输液管道,通过调速器从莫菲氏管中观察滴入速度,液体输完后由医务人员根据医嘱进行换瓶或拔针处理。现从3 个方面介绍改进前输液器的不足及改进后的应用效果。
(1)空气在各种压力的作用下直接进入输液管下段,需要护士重新排气,增加了护士工作量并浪费了液体;输液管下段回血会导致患者的恐慌;若血块堵塞输液针头,则须重新穿刺并浪费输液器。改用该设计的有色浮球,既可以观察输液液体液面的高低及输液进度,又可以关闭下端避免血液回流。
(2)护士在输液前对输液针进行排气后,把输液针柄挂于莫菲氏管小壶处,容易脱落刺伤患者及护士。而把输液针柄挂靠在容纳槽内,既可以防止输液针柄脱落,又避免了针刺伤。
(3)护士在输液后将输液针柄插入输液瓶中,会导致患者剩余血液流入输液瓶内引起输液瓶污染。而将输液针柄挂靠在卡槽内,既可以防止输液针柄挂脱落,又避免了针刺伤和污染输液瓶。
参考文献