输液监护仪设计

许于春 宋嵘＊ 中山大学 （广州 510000）

输液监护仪设计

许于春 宋嵘＊ 中山大学 （广州 510000）

设计一种通过红外传感器获取输液器滴壶中滴速的输液监护仪，实现对输液过程中输液速度的异常、输液阻塞和输液完成的监测和报警提示。

输液监护仪 滴速

静脉输液是临床医疗中常见治疗手段。据统计，住院患者中近80%～90%需进行静脉输液，在门诊患者中也有近50%的患者需要进行静脉输液[1]。但我国医疗资源相对不足，在实际输液过程中都需要患者或是患者家属来提醒医护人员进行输液结束后的处理，当输液完成或者输液管路发生输液阻塞时，若医护人员未能及时处理，就会引发回血或其他危险甚至是医疗事故。本研究设计了一种输液监护仪以解决上述问题，该方案适用于常规门诊输液大厅和病房输液，通过红外传感器获取输液器滴壶中的滴速，实现对输液过程中输液速度的异常、输液阻塞和输液完成的监测和报警提示。

1.工作原理设计

本设计的工作原理如图1所示，监护仪包括点滴传感器和主机两部分，通过对输液器滴壶中的点滴计数来实现对输液滴速的测量。点滴传感器检测得到的信号传至主机，经过放大及模数转后输出到单片机I/O口进行计数。显示屏用于显示实时滴速、流量以及相应的报警提示内容。控制按钮用于设置输液速度的报警限。

图1. 工作原理图

2.元器件选型

2.1 信号处理模块

信号处理模块由放大电路，模数转换电路组成。放大器选用LM358，其内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。模数转换利用LM393电压比较器来实现。

2.2 单片机模块

由于普通51单片机就能满足本设计的使用要求，选用常用且性价比较高的20脚STC11F02单片机。STC11F02单片机具有低功耗、高速、高可靠，强抗静电，强抗干扰等特点。

2.3 显示屏

显示屏选用78mm×70mm带中文字库的12864液晶显示屏。显示内容清晰丰富，支持16×16简体中文显示或8×16点阵ASCII码和图形显示。

3.硬件设计

图2. 传感器结构示意图

图3. 电路原理图

3.1 传感器设计

本设计中的点滴传感器，采用红外发光二极管和红外接收器组[2]。如图2所示。传感器通电后，IR-LED被点亮，持续发出红外线照射到红外接收器上，红外接收器产生一个持续的电压值。当有液滴从输液器滴壶中滴落时，遮挡了红外线，红外接收器由于接收到的红外线强度变弱，产生一个电压下降的波动。该波动信号采用LM358运算放大器放大后，经过LM393电压比较器后，输出单片机可以识别的高低电平即模数转换，最后传输到单片机I/O口进行计数。

3.2 电路设计

本设计电路原理图采用Protel99SE进行设计，如图3所示。点滴传感器信号输出口与LM358运算放大器相连，放大信号经LM393电压比较器后输入到单片机的I/O口P3.5。LCD采用并行的数据传输模式与单片机I/O口P1.0～P1.7相连。单片机的I/O口P3.2～P3.4作为按键输入口。单片机的I/O口P3.7用于控制喇叭发出听觉报警声。

4.软件设计

4.1 人机界面设计

人机界面主要由输液预置量，滴速/流速报警阈值、实时速度和累积输液量组成。输液预置量的设置范围为10～1000mL。由于20滴/mL的输液器当输液速度超过166滴/min后，滴壶中的液滴将连成直线，此时滴速传感器无法分辨出点滴。因此，滴速/流速报警阈值的设置和实时输液速度显示值范围为10～166滴/min。

4.2 报警算法

4.2.1 输液速度计数算法

单片机采用50ms的采样率，对点滴传感器输出信号进行采样计数。当相邻两滴液滴的滴落间隔小于2s时，采用统计2s内计数值来换算滴速。当相邻两滴液滴的滴落间隔大于2s时，采用该两滴液滴相隔时间来换算滴速。由于临床输液使用20滴/mL的输液器，因此，通过单位换算可以实现以滴/min的输液滴速和mL/h的输液流速切换。

4.2.2 输液速度异常报警算法

当累输液积量小于输液预置量90%且实时输液滴速超出设置阈值的±10滴时，单片机识别为输液速度异常，喇叭产生声音报警并在显示屏上提示输液速度异常。

4.2.3 输液完成报警算法

由于使用20滴/mL的输液器，累积输液量由点滴计数值除20得到。当累积输液量达到输液预置量的90%后，点滴传感器30s内未感应到点滴滴落则单片机识别为输液完成，喇叭产生声音报警并在显示屏上提示输液完成。

4.2.4 输液阻塞报警算法

当累积输液量未达到输液预置量的90%，点滴传感器30s内未感应到点滴滴落则单片机识别为输液阻塞，喇叭产生声音报警并在显示屏上提示输液阻塞。

图4. 主程序流程图

4.3 主程序设计

主程序的设计流程图如图4所示，通电后，主程序初始化后进入设置界面，设置滴速报警阈值和预置输液量后开始监测实时滴速。当单片机识别输液速度异常、输液阻塞或输液完成时，单片机运行报警子程序控制喇叭发出报警声音并在显示屏上显示对应的报警提示，否则将继续显示实时输液速度。

5.小结

通过本设计，实现了对输液过程中输液速度异常、输液阻塞和输液完成的监测和报警提示。然而，本设计较适合小型医疗机构，大型的门诊输液大厅或病房会需要建立带网络功能型的输液监护系统。在今后的研究设计过程中，可建立护士站专用的输液监护系统，通过ZigBee无线协议与各终端的输液监护仪相连接，实现输液过程的中央监护。

[1] 张燕. 浅谈静脉炎的预防及护理[A]. 2014年河南省第三届静脉输液安全管理培训班暨第四届PICC临床应用高级研讨班论文集[C]. 2014.

[2] 田裕鹏. 红外检测与诊断技术[M]. 北京:化学工业出版社 , 2006:10-50.

Designation of Infusion Monitor

XU Yu-chun SONG Rong＊ SUN YAT-SEN UNIVERSITY (Guanzhou 510000)

To design a kind of infusion monitor which obtaining drip rate from the drop chamber IR sensor, to realize the monitoring of drip rate, the occlusion of infusion and the completion of transfusion.

Infusion monitor, drip rate

1006-6586(2017)07-0091-03

R197.39

A

2017-02-21

宋嵘，通讯作者.