医用输液报警装置（通用4篇）
医用输液报警装置 篇1
在中国, 护士与病患的配比量是超过国际通行配比量的好几倍;这也就意味着在中国, 护士的工作量大、劳动强度大。这款医用输液监控装置设计恰好能解决这样的问题, 它减少了护士的工作量, 同时也保证了患者在输液时能得到最安全高效的输液方式。现有的医用输液系统结构简单, 功能性不强。在输液的过程中, 护士要凭借经验来判断适合患者的输液流速, 不免有失偏颇。医用输液监控装置设计就是在原有的输液系统上使其智能化、自动化, 减少人为因素及环境不确定因素在输液过程中对患者造成的不适。本医用输液监控装置设计能克服了一般医用输液系统的不足, 提供了一种新型、多功能的智能控制系统。它改变了过去全凭经验对患者进行输液的传统方式, 防止患者为了贪图在输液速度上的高效而擅自改变输液速度的情况发生;还能在最大程度上减少患者在输液时的不适感。本设计改造结构简单, 成本低廉。医用输液监控装置设计具有较高的实用性, 有广阔的市场前景, 并且可以应用于所有人群。
一、系统总体方案设计
本课题为医用输液监控装置设计的研究与设计, 本设计的主要内容是利用数字信号处理器 (DSP) 、传感器等设备, 根据不同患者的需求, 以达到输液过程的自动化和智能化的目的。使用脉搏传感器在测定好患者心跳值, 在选择合适的输液速度后, 就不再需要人为因素参与输液过程, 保证了患者输液的安全性, 本设计增加的加热装置是用来缓解患者在输液过程中的冷胀感, 红外线传感器自动监测输液袋的液面高度变化, 在输液袋液体量为零时启动夹紧装置, 输液完成。本设计实现了输液过程的自动化及智能化。
1. 技术路线。
当输液工作开始, 首先系统自身进行初始化以清空上一位患者使用时遗留的数据。先用温度传感器检测室内环境温度是否小于37摄氏度, 如果是的话启动加热使温度达到37摄氏度。温度传感器始终处于工作状态, 实时监控环境温度, 使温度保持在37摄氏度恒定。完成温度的恒定后, 系统通过连续脉冲信号读取输液患者的脉搏数。另一路信号监测输液袋内余留液体的数量, 以红外传感器采集到的数据作为输入信号送入DSP芯片内, 每当有液体滴下就计数一次, 当信号计数为零时, 输液结束。 (1) 确定医用输液终端总体设计方案; (2) 完成医用输液监控装置设计的结构设计; (3) 确定并完成其硬件电路设计; (4) 根据控制要求, 利用DSP完成软件编程设计; (5) 设计并做出模拟系统; (6) 对模拟系统进行调试和检测。
2. 技术方案。
医用输液监控装置, 其特征在于, 包括壳体、DSP处理器、金属加热片、透明塑料膜、红外线传感器、温度传感器、稳压电源;壳体为空心结构, 在空心结构中能搁置输液袋或瓶;在壳体上设有DSP处理器, 在壳体空心结构内的下端设有金属加热片, 在壳体的外层覆盖有透明塑料膜;在透明塑料膜的表面设有红外线传感器和温度传感器, 红外线传感器和温度传感器设置在壳体的下端;DSP处理器分别与脉搏传感器、金属加热片、红外线传感器和温度传感器连接;稳压电源与DSP处理器、红外线传感器、温度传感器和金属加热片连接。壳体或是圆柱型或是扁平型的, 以适应输液瓶或输液袋的安装需求。在壳体的上端设有报警装置, 报警装置与DSP处理器连接。DSP处理器采用LF2407DSP处理器。本设计的优点在于: (1) 可以根据监测到的患者身体生理数据自动控制输液流速, 改变了医护人员凭经验对患者进行输液的方式, 也能防止患者自行改变输液速度的情况;避免输液流空形成空栓的情况, 能最大程度减少患者在输液时的不适感; (2) 具有智能化、自动化的特点, 使输液的过程更科学化、更人性化; (3) 可基于原有输液设施进行改造, 具有较高的实用性, 具有推广应用的前景。
3. 系统实施方案。
该装置主要由壳体、红外线传感器、温度传感器、透明塑料膜、脉搏传感器、夹紧装置、输液袋、DSP处理器、金属加热片、步进式执行器、报警装置、稳压电源等部分组成。
二、系统硬件设计
整个系统的主要部分包括DSP处理器、数据采集、数据存储、实时时钟芯片、数据通行接口及电源单元等;主板主要处理采集到的温度、脉搏、输液量的实时数据、记录和存储, 同时为整个系统提供实时时钟、电源检测和输出对外的信号, 如对超过设定值得报警及未带到设定温度值的加热。系统还提供人机交互功能, 即采集到的温度和输液袋内的液体容量能通过LCD显示电路显示在使用者面前;若采集到的数据显示未达到设定的37摄氏度, 则启动加热功能对输液袋进行加热, 当达到37摄氏度之后则停止加热, 加热功能的启动通过10号引脚向外输出信号, 使温度始终保持在37这一适宜人体的温度;系统还拥有报警指示灯, 当加热的温度超过37摄氏度时, 则报警指示灯闪烁, 提醒使用者温度过高, 报警信号通过9号引脚向外输出信号;输液袋内的液体容量在输液前就通过LCD显示电路显示在使用者面前, 开始输液后, 利用红外传感器检测每一滴液体的通过, 每通过一滴计数一次, 当输液结束计数值与设定值相等后输液过程自动结束。输液的全过程都能及时显示在使用者面前。
三、主程序流程
为了达到系统要实现的功能, 当输液工作开始的时候, 首先系统自身进行初始化以清空上一位患者使用时遗留的数据。先用温度传感器检测室内环境温度是否小于37摄氏度, 如果是的话启动加热使温度达到37摄氏度。温度传感器始终处于工作状态, 实时监控环境温度, 使温度保持在37摄氏度恒定。完成温度的恒定后, 系统通过连续脉冲信号读取输液患者的脉搏数。另一路信号监测输液袋内余留液体的数量, 以红外传感器采集到的数据作为输入信号送入DSP芯片内, 每当有液体滴下就计数一次, 当信号计数为零时, 输液结束。
四、安装与实验调试
1. 设计过程中前期工作。 (1) 解决各部分原理问题。 (2) 提出待解决问题。 (3) 准备电路图纸。
2. 硬件电路的调试。
此部分的任务是在系统搭建完成后, 调试各个组件能否正常工作, 能否实现系统要求的各项功能。其步骤如下: (1) 按照系统设计, 将需要的各族组件连接好。 (2) 根数实验说明书, 了解各个组件的工作原理, 着手开始调试芯片。 (3) 设定好温度值为37摄氏度, 计数个数为6000后, 可以进行测试。 (4) 为了达到快速检测系统是否实现功能要求的目的, 我测试水温代替空气温度来调试系统硬件设计, 这样做的效果更直观而明显。先取来一杯与室温接近的水, 放入温度传感器测出温度, 慢慢加入热水, 此时可以看到显示数字有明显上升, 当温度达到37摄氏度时, 显示数值不再变化, 同时亮起警示灯报警。加入冰水后, 显示数值下降, 加热装置启动。 (5) 设定的计数个数为6000, 当传感器检测到外部变化时, 显示的计数个数也随之变化, 直至设定值。
双位红外感应输液报警装置的研制 篇2
关键词：静脉输液,输液安全,红外线,报警器
一直以来静脉输液是最常用的临床治疗方法之一, 至今已有数百年的历史。输液完毕需要及时拔针或换药, 否则将会引起回血、重新穿刺,严重者甚至危及生命[1]。 如果液体输完毕医护人员未能及时拔掉针头,会出现空气进入血管形成气栓,轻则延误治疗,给病人造成痛苦, 重则危及患者生命。为避免出现以上风险,本文研制了一种安全可靠、使用简便、价格低廉的双位红外感应输液及报警装置。
1结构设计
报警器由红外线感应单元、信号放大系统、MCU主控单元、声亮报警单元和电池供电单元5个部分组成(图1)。 1红外线感应单元。主要检测探头通过2个相互对应的红外线发射及接收装置,分别把信号转导至信号放大系统; 2信号放大系统:放大具有差异的电信号,以便于识别; 3 MCU主控单元:识别处理差异信号,计算并产生报警信号,促发声亮报警单元;4声亮报警单元:接受主控单元信号,促发报警装置;5电池供电单元:报警器电源为纽扣电池,占用空间小。
2工作原理
实现自动报警器的关键技术在于输液完毕后信息的提取。 本报警器采用红外线感应检测装置获取输液完毕信号。一般输液的药液都为液体溶液,存在介质效应,会阻挡光源,产生折射效应。将特制的红外线发射装置及感应传感器检测探头紧贴于输液管路上,将位于墨菲氏管上下方的两个点做为探测点。随着输液的进行,剩余药液液面将逐步下降,液面降至上方检测探头处,2个检测探头检测到的信号出现差异。 检测探头将其转换为相应的电信号,经过信号放大系统到达主控单元,最终促发报警装置,驱动报警与显示装置发出音乐报警或使报警指示灯闪烁,以提示患者和护士准备换药或拔针。此外,如果墨菲氏管下方输液管路内出现气泡,也同样会产生报警信号。另外,笔者还根据具体情况,在下方的监测点增加了部件加热装置,避免因温度变化对输液管路造成影响。
3使用方法
报警器利用夹持器安装于墨菲氏管上下方(图2)。当药液液面降至墨菲氏管上方的探测红外线监测点,报警器即检测到上下方输液信号差异并立刻通过检测系统驱动报警器(蜂鸣器、语音提示或音乐提示)报警,提醒护士、 陪护人员及时准备换药或拔针;此外,当下方监测点有气泡流过亦会产生报警信号。护士给患者拔针时只需将报警器上的电源开关关闭即可停止报警。每个报警器安装固定之前,最好先将检测探头一头夹住输液管路,一头空置, 测试报警器是否正常工作,然后再进行安装固定。
4讨论
静脉输液治疗是医疗治疗的重要手段之一[1,2],如何在输液过程中保证患者安全,已成为临床研究的一个重要课题。
现已授权的几十种具有专利的输液报警装置的信息提取方法,概括有以下几种[1,2,3,4,5,6,7,8]:1电极法:从输液瓶瓶塞向瓶内插入2根电极,利用液体的导电性来检验瓶内是否有药液残留。该技术成本较低、可靠性较高,但存在安全隐患;2测重法:利用弹簧秤或压力传感器,根据输液袋内重量变化来判断输液进程,方法简单,但可靠性低、误差大;3通过固定在输液瓶上的光电传感器(采用半导体激光)利用光学原理判断输液进程,但成本较高;4液滴计数法:利用单片机、光电传感器对液滴计数或推算输液速度判断输液完成时间,操作复杂、成本较高;5输液通路内置入悬浮装置,输液结束时,该悬浮物质下沉阻塞管路, 但成本高,且不能报警。
本报警器具有如下优点:1本装置采用墨菲氏管上下2个探测点,通过2点间信号差异产生报警,较以往的红外线探测装置存在优势。如果在安装使用前输液管路安置探测点位置的输液通路存在遮挡,单个探测点的报警装置则不能正常工作,而本装置采用的两点探测,如果一点存在遮挡,会及时报警,提示存在工作障碍,避免因为输液管材料、颜色、液体的差异而导致不能正常工作,提升了检测灵敏度及可靠性;安置在墨菲氏管下方的探测点可以在有气泡通过时产生报警信号,防止气泡进入,另外当上方的输液报警未能及时工作时,输液结束至下方探测点,可以再次形成报警信号;2采用较为先进的MCU主控芯片, 结合优化算法,使整个电路工作稳定、误报率小;3采用红外感应检测原理获取输液完毕信号,使用极为简便。由于检测元件不接触药液,可避免药液被污染。增设报警信号的无线发射与接受装置,直接通知护士工作站,护士站安装相应的液晶显示屏,可以提示报警床位,及时更换药液或拔除装置;4适应各种输液的检测;5采用低功耗控制模式,使用常见纽扣电池供电,整机功耗小、待机时间长; 6报警器供电电源为电池,设有显示电池电量的红绿灯信号,绿灯亮表示电量充足,红灯亮表示电量不足需要及时更换,避免因电源电量不足造成报警器不工作、不报警。
医用输液报警装置 篇3
冬天输液,冰冷的药液输入血管里时,体感极为不适。而医务人员常常会忽视病患发生的输液低体温问题。据报道,成人静脉输入1 L与环境温度相同的液体,中心体温下降约0.25℃。低体温可导致许多并发症的发生,如凝血机制障碍、增加感染概率、药物代谢速度降低。国外有研究表明将静脉输注的液体加温至37℃可以预防低体温的发生。因此如何防止和克服低温输液所带来的临床治疗问题是现实急需解决的问题。输液泵在医院广泛应用于危重患者,因价格均较为昂贵,大多患者的静脉输液仍采取人工看护。为使普通病患也能自动得到较好服务,减轻医护人员的工作量,保证输液的安全精确性,便于管理,我们拟设计一款低价位、高性能的智能输液控制器。
1 基本原理
1.1 系统框图
报警器的基本工作系统由加热装置、键盘扫描控制、单片机、电源、显示电路和报警电路等组成,见图1。
1.2 自动报警
(1)材料与设计。报警器的外壳采用聚乙烯材料制成,报警器机体包括开关、指示灯、磁铁、二极管、供电口等6个主要部分组成。将一组光电对管放于十字槽纵槽内,输液管置于对管之间。根据光的折射原理,使用电传感器采集输液管内无液滴时,以及管内有液滴时的光信号,将变化的光信号转换成电信号。管内无液体滴下时,通过指示灯的闪烁报警。通过磁铁的吸力将十字压板盖上。(2)工作流程。输液开始后,信号发射器被开启,报警装置于输液器的上方硬管以下。管内无液滴时,报警器发出蜂鸣音报警,提醒处置输液器。此时滴管上方输液管内仍有5 ml左右的液体,按普通滴速计算(60滴/min),还有90滴左右液体,医护人员在1 min左右到达,此时尚余2 ml左右药液,及时更换液即可[3]。
1.3 智能恒温控置显示液加热器技术
智能恒温显示输液加热由外壳、加热装置、自动温控装置、电源部分组成。外壳由工程塑料制成,加热装置由加热丝、导热材料、保温材料等部分组成。内层由绝缘导热材料,中间夹导热丝,外层由保温丝组成。自动温控装置由温度传感器、温控电路、调温旋钮三部分组成。温度传感器固定在加热器下方延伸的输液管卡槽中,反馈加热后液体的温度信息。温控电路根据反馈信息控制加热电流,使液体温度恒定在设定值上。输液时采用输液加温器固定在输液架上连接电源,对已配入药物的液体流动的输液管进行持续加温输入。加温器包裹输液壶,通过对其中的液体进行持续加热,只要将液体温度在37~42℃。
1.4 控制流速
对流速的控制选择步进电机,单片机产生脉冲序列对步进电机转角和步数进行驱动,利用杠杆原理将力矩变到合适的大小,压扁输液软管到合适的程度从而达到控制滴速的目的。为了使体积更小,步进电机的驱动电路、按键、液滴显示管和报警部分被组装到一块单板上。硬件电路中,控制核心器件采用单片机C8051F005,用L297和L298来驱动步进电机。步进电机的转速和转数由按键控制,从而达到对药液滴的控制。
分析常用气泡探测器的特点,针对输液管气泡检测的具体需求,气泡检测选择超声波气泡探测传感器。设计超声波换能器的信号采集和信号处理电路,实现了二重气泡的监测功能。使用者可以因需对输液器的各项参数通过控制键盘进行设置,并经数码管显示;液滴的监测和报警提示功能,使得可靠性和安全性得到提高;加温装置可减轻低温度药液带给患者不适。
液滴控制数和预设值的起始误差在4滴/min的范围内。因为步进电机进给的数据是非线性的,通过多次的电机进给角度,可得到一段时间内的实际滴数,再和预设值相比较,控制误差范围。具体工作流程是:首先测得电机转角最小值和最大值的对应的滴数。依需求设定预设值,例如起始值输入每分钟80滴,测试时间设定为30 s,而实际测得到只有50滴,需要将步进电机的转角由30°调整为60°,再次测得实际滴数;如实测得到110滴,将要减小角度,经过多次的调试,可使得实际滴数和预设值在允许误差范围内。
2 测试与结论
基于上述基本原理的研究,我们制作了硬件电路并和软件进行了联调后,在本系实验室对普通输液器多次进行滴速控制实验,在我校附院和平医院进行了滴速的控制和对输液壶加温测试。使用时只需将控制端夹在输液壶的上方,不会改变原来的输液器的结构,而对输液器的滴速控制操作更便捷,通过壶对液体加热,体验者反映输液体感舒适。经实际测试,该控制器测控精度可达到±4滴/min,经测壶外温度可最高达42℃,最低为39℃,运行稳定且响应较快,还有直观显示液体滴数等优点。
该输液器控制器的设计主要体现以人为本的理念,一是患者体感舒适,二是操作更为便捷,因此该输液器具有一定的实用价值。
摘要：患者在医院输液时,患者或者家属往往需要一直观察输液瓶,导致患者不能安心的输液。患者输液时需要的液速也往往随年龄、病症、用药等因素的不同而不同,长时间的输液会导致手脚冰凉,身体不适。因此,拟设计一种基于普通输液器的辅助控制装置,能够较方便地实现数字化控制输液时液体的温度、流速以及液体输完之后的报警的医用输液智能控制装置。
关键词：温控,速控,自动报警,智能输液器
参考文献
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医用输液报警装置 篇4
(1)输液过程监测成本问题:门诊或急诊一般空间较小,输液患者多,有时会出现增加临时座椅输液的现象,在每一个输液位置都配备一台输液泵成本过高。
(2)输液结束空液安全问题:门诊输液区通常是患者多护士少,尤其是在大型医院中,分区管理的护士忙于为患者进针或者更换输液瓶,工作强度极大,兼顾不到所有患者的输液情况。加上有些患者因疲惫进入睡眠状态,或输液时使用移动电子设备,输液排空被忽视的现象时有发生,这存在造成静脉气栓的危险,严重威胁了输液患者的生命安全。
(3)其他问题:未明的药物混合形成浑浊[2,3]、输液中产生气泡、输液温度过低而造成血管收缩[4]等。
目前已有的输液后空液检测方法有很多[5],主要包括以下几种:(1)重力检测法:这是最简单、直观的一种方法,可直接通过弹簧的弹性系数[6]或利用压力传感器[7]等对输液瓶称重,在空液时触发报警,但其报警结果会受机械力和外界环境的影响[8,9],不够精确;(2)光电检测方法:空液报警最常用的方法,目前已有的光电检测存在检测位置及检测传感器的差别。一般会将检测装置放于输液瓶口[10],但这种装置不能用于输液袋的检测;也有检测装置位于茂菲氏管上[11],但不利于对点滴速度的观察。超声检测法虽然精确但超声传感器成本相对较高,且不适用于输液袋[12];(3)电极检测方法:将探测电极穿刺入输液瓶内,通过电极对液面的感知获取液位信息,进行检测[13]。此方法使用的是输液瓶内置电极,对电极的安全卫生标准要求极高。(4)图像检测方法:通过CCD摄像头获取输液瓶液面图像信息进行分析,此种方法先进且准确,但设备成本较高,图像处理过程复杂[14]。
因此,目前存在的空液监测方法都存在一定问题,针对我国急诊室和门诊输液的现状,本文设计了一种简单轻便的输液报警器,适用于输液结束后的空液报警。
1 简易空液检测装置
1.1 空液报警器的使用
本设计采用结构简单、成本低廉、通过易于功能开发的光电检测方法来实现输液报警。装置安装示意图,见图1。光电检测部分置于带有凹槽的检测盒中,使用时先将输液报警装置用夹箍固定在输液架上,然后将茂菲氏管上方的输液管置于输液报警器凹槽内固定,打开电源即可进行输液监测。本文研究设计的空液报警装置实物图,见图2。
1.2 空液报警器的控制模块
输液空液报警器电路原理框图,见图3。选用AT89C2051单片机作为系统控制核心,该型号单片机结构简单,价格低廉,便于掌握,适合简单的输入输出控制。空液报警电路由光电检测模块、蜂鸣器报警电路和空液报警指示灯组成。单片机的IO口P1.7(Pin19)驱动蜂鸣器实现声音报警,IO口P1.6(Pin18)驱动发光二极管实现闪烁光报警。而IO口P1.4(Pin16)脚和IO口P1.5(Pin17)也连接了发光二极管,可用于设备的后续开发,如浊液的监测、液体加热监测等,图3中用虚线框表示。P1.3(Pin15)连接消音按键,出现声光报警后,患者或护士可按此键解除声光报警。
注:虚线框内表示预留的接口可用于后续开发浊液报警和加热报警功能。
1.3 空液报警器的光电检测模块
空液状态的检测方法为设备的核心,本装置采用光电检测的方式,因为光电检测的准确性足以分辨空液与输液状态,且成本低廉,信号的后续处理方便。本设计选用了940 nm的红外发光二极管及光敏接收三极管组成一对光耦,通过光耦输出电压进行空液的识别。当输液管内有液体时,光线通过输液管发生透射现象,而当输液管内为空气时,大角度入射的光线进入管壁后,在内侧空气中发生全反射,只有小角度入射的光能够穿过输液管到达另一端的光敏接收器,因此空液时测得的电压值比有液时电压值要低。
为了降低外界环境光照的影响,提高报警装置的抗干扰性能,设计将光电检测部分置于内表面涂黑的密封盒内。同时为了不影响对一次性输液器茂菲氏管的观察,并且为护士提供空液报警后处理的时间,将报警器放置于茂菲氏管的上方,其测量原理,见图4。
具体的检测电路,见图5。D4与Q2构成检测光耦,Q2输出的信号电压进入比较器LM393的3脚。在本设计中使用比较器,是因为仅需要区分空液和有液两种状态,且两种状态对应的电压值区别较大,因此设置一个合适的电压阈值即可分辨两种状态,大大地简化了单片机的程序设计。实验采用的液体为自来水,根据下文实验结果,对应设置的电压阈值为2 V。如果所输药液有明显的颜色,如黄色或红褐色药液,可通过调节滑动变阻器R16改变阈值。
2 实验结果
对有液和空液状态下的输液管进行多次测量,使用自来水作为实验液体进行电压检测,结果见表1。
使用生理盐水作为检验液体进行电压检测,结果见表2。
通过以上实验结果可知,采用透明溶液进行检测时,在有液和空液状态下装置输出电压值有明显且稳定的区别。
3 讨论
根据统计数据,我国2009年医疗输液104亿瓶,可以说是全球“注射大国”。2013年统计数据显示,中国平均每人输液量为8瓶,远超全球平均每人2.5~3.3瓶的输液量[8]。输液量如此之大,输液安全问题更应该引起重视。输液的安全包括两方面:一是注射过程中的安全问题,如输液管内气泡、空液后空气的注入、输液滴速过快造成的心慌心悸、输液温度过低造成的血管收缩和体温下降等;二是输液的药物安全,如药物是否充分溶解、是否存在微小颗粒、尚未确认的药物反应引发的浑浊沉淀等。
输液空液报警装置的使用可以提高输液过程的安全性,目前市面已有一些同类产品。肖征等[15]设计的“输液滴速实时监测系统”,通过在茂菲氏管上放置红外探测模块完成空液监测,茂菲氏管上的监测装置为非密闭式,红外接收器会因外部环境光照强度的变化,灵敏度和准确性受到影响。方庆山等[16]研究的静脉输液监控系统,同样采用红外监测的方法,其监测部分位于输液瓶上,需要更大功耗的红外发射装置,可移植性差,不适用于输液袋。王学建[17]研制的“双位红外观影输液报警装置”,其原理及设计与本装置相似,但由于其监测部位分别位于茂菲氏管的上、下端从而使传感器部分暴露于外界环境中,测量的敏感度同样会受到外部光照的影响。与以上产品相比,本研究设计的空液监测装置结构简单,使用方便,供电所需电压低,监测结果不受外部环境影响,且成本低廉。