智能输液监测系统

2018-09-10聂宇段韦周清宇张丛耀

现代信息科技 2018年2期

聂宇段韦周清宇张丛耀

摘要：目前，大多数医疗机构在对病人进行静脉输液时多采用人工监控的方式，这就存在不准确、不方便又耗时耗力等弊端。为了改善这一情况，我们设计了一套智能输液监测系统，该系统采用重力检测、STM32、蓝牙通信和RFID电子标签技术等来实现对输液的监控管理。医护人员通过终端就可以实现对多个病房进行输液监控，从而节省了人力，也提高了输液的效率和安全性。同时，药瓶上的RFID标签还存储了药品的建议输液速度以便调节，进而达到药物的最佳疗效。

关键词：物联网；智能输液；蓝牙通信；传感器

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）02-0186-03

Intelligent Infusion Monitoring System

NIE Yu，DUAN Wei，ZHOU Qingyu，ZHANG Congyao

（College of Computer Science， Sichuan University，Chengdu 610000，China）

Abstract：So far，most medical institutions use manual monitoring way when giving an infusion，which still remain drawbacks like inaccuracy、inconvenience、time-consuming and labor-intensive. In order to improve this situation，we designed a set of intelligent infusion monitoring system. This system uses gravity detection，STM32，Bluetooth communication and RFID electronic label technology to realize the monitoring and management of infusion. Through the terminal，doctors and nurses can achieve infusion monitoring for multiple wards，thereby saving manpower and improving the efficiency and safety of transfusion.At the same time，the RFID label on the medicine bottle also stores the recommended infusion speed for the drug so as to regulate the drug，so as to achieve the best effect of the medicine.

Keywords：internet of things；intelligent infusion；Bluetooth communication；sensor

0 引言

靜脉输液是一种高度专业技术，是护理专业一种常用的给药治疗技术。目前，医院静脉输液控制主要采用人工方式，由人工监控药液的输入情况，一旦输液过程中出现贻误的情况，很有可能造成医疗事故。同时，不同年龄段的人以及不同的药物，对输液的速度都有着不同的要求[1]。一般情况下，成年人输液速度为40～60滴/分钟。由于儿童、老年人器官发育不完全或功能降低，输液速度应减慢，儿童的输液速度为20～40滴/分钟，老年人输液速度不应超过40滴/分钟。再及，在输液过程中可能会出现如气泡、阻塞等故障[2]，若处理不及时，可能会产生严重的后果[3]。

国外对智能输液设备的研究较早。早在几年前，许多发达国家住院床位就已经配备了输液泵，它能够较为精确地检测控制输液速度，并能很好地处理气泡、阻塞等问题。但这类输液泵普遍价格昂贵，操作较为复杂，不利于大面积普及。

为了改善这一现状，我们设计了一套智能输液监测系统，该系统采用重力检测、STM32、蓝牙通信、RFID电子标签技术等来实现对输液的监控管理。医护人员通过终端在护士站内就可以实现对多个病房进行输液监控，从而节省了人力，也提高了输液的效率和安全性[4]。

1 系统概述

系统总体设计采用物联网三层架构[5]，具体如图1所示，包括感知层、传输层和应用层。

感知层采用RFID标签标记药物和病人，使用读卡器来采集标签中存储的相关信息（病人信息、药物信息、建议输液速度等）。采用重力传感器实时检测余液量，用于检测输液速度和判断阻塞情况等，以便出现异常情况时能通过报警装置发出警示。本系统还配备了一个LCD屏，用于将病人信息、药物信息、实时输液速度等实时显示出来，以便看护人员查看和校对。

在传输层采用HC-05蓝牙传输模块实现感知层与网关的通信，达到短距离，具有高安全性和高时效性的通信的目的。网关部分利用蓝牙转串口工具，将接收到的蓝牙信息转换成串口信息，使用C++应用程序开发框架Qt以实现网关代码，从而读取串口信息，并转换成特定格式转发到应用层。

应用层分为云数据服务器和客户端，其中云服务器中存储着病人信息，当云服务器接收到网关发送的输液信息后，实时发送给该病人对应的客户端；客户端获取到云服务器的信息后进行显示，并在余液达到特定阈值或出现阻塞情况时发出报警信息。

2 系统详细设计

2.1 硬件设计

2.1.1 RFID模块

射频识别，RFID[6]（Radio Frequency Identification）技术，可以通过无线电讯号识别到特定目标，并与之进行通信，读取或写入相关数据。具有非接触、存取速度极快、安全性高、读取方便和可重复利用等诸多优点。

系统采用MF RC522作为RFID卡的读写卡器芯片，工作频率为13.56MHZ，有低电压、低成本、体积小等优点。其结构框图如图2所示，通过串行接口将读卡器与MCU进行连接，能够在保证通信质量的前提下有效减少连线，降低成本。

2.1.2 重力传感器模块

对药液余量的检测通过重力传感器[7]来实现。重力传感器与转换模块HX711连接后通过AD转换得到药品的余液信息，也可以通过单位时间内药液的变化量来得到输液速度。

HX711是一款高精度AD转换器芯片，具有响应速度快、集成度高和抗干扰性强等诸多优点。如图3所示，需要关注的芯片引脚是INNA、INPA、INNB和INPB，分别表示A和B两个通道的负输入端和正输入端，用于连接重力传感器。还需要注意的是DOUT和PD_SCK分别是数字输出和数字输入，DOUT是AD转换后的数字信号，而PD_SCK是由MCU提供的数字控制信号。

2.1.3 蓝牙通信模块

系统的通信部分依靠HC-05蓝牙模块，该模块基于蓝牙V2.0通信协议实现通信，具有短距离、低功耗、高安全性的特点，非常适合在医院这种小范围、长时间、高保密性的環境下工作[8]。蓝牙通信的拓扑图如图4所示。

整个蓝牙拓扑结构采用一主多从的形式。一台蓝牙路由器为主机（Master），各个床位的输液系统为从机（Slaver），每层护士站分管一个蓝牙路由器网关（GateWay），所有的蓝牙路由器再由以太网连入服务端，以便交换数据和统一管理。

2.2 软件设计[9]

2.2.1 网关

网关程序借助Qt[10]框架对串口通信以及网络通信的封装进行软件开发。

网关服务器的蓝牙转串口工具将从传感层接收到的蓝牙信息转换为简单易读的串口信息，使用网关程序中串口通信模块的QtSerialPort相关类读取串口信息，并转换成特定格式，利用Qt信号槽机制将收集到的信息发射给套接字模块；套接字模块与应用层的云服务器一直保持连接状态，当套接字模块获取到信号时，实时传输给云服务器进行存储。

2.2.2 服务端

服务端程序使用Java语言进行开发，以MySQL数据库作为数据存储容器来实现数据集中存储、信息实时传输的功能。

如图5所示，数据库主要存储病人信息和输液情况。其中病人信息表存储病人基本信息、病房信息以及RFID号，输液情况表主要存储病人的RFID号、药液总量、药液余量、余液未变次数、完成情况（进行中、已完成）及警告信息。

服务端Java程序从套接字中接收消息，根据具体信息向输液情况表中添加元组信息或者修改已有元组余液信息，根据余液信息与药液总量计算出是否达到警告阈值（药液余量减少为总药液量的5%和1%）。如果达到则设置警告信息；若新接收到药液余量与当前数据库药液余量一致，则余液未变次数增一，当余液未变次数达到阈值（3次）则发出疑是阻塞的警告信息。

2.2.3 客户端

客户端由C#语言设计开发，以桌面应用程序的形式进行实时检测管理。主要涉及用户登录模块、用户管理模块以及输液检测模块。用户通过登录校验其身份合法性，可以在用户管理模块对其信息进行修改管理；输液检测模块会以列表形式显示当前正在输液人员的信息，当病人的余液只剩5%、1%或者出现疑是阻塞的情况时，会弹出窗口信息提醒护士到病人病房进行检查处理。

3 适用性分析

目前，大多数医院的医疗系统较为成熟，病人手环、数据库、内部网络等建设相对完善。本系统只需在此基础上添加部分软硬件即可实现对病人输液情况的实时监测，极大地提高了护士的工作效率和执行准确性，并且较低的成本、可靠的安全性使其可在大中型医院推广。

4 结论

结合物联网的相关技术，借助于该系统可以保证病人输液用药安全，减少医疗事故的发生，规范静脉输液的操作流程，减轻医疗人员以及陪同家属的负担。通过本系统，医院及其他相关部门可以规划建设医疗大数据网络，进一步推进医疗现代化和信息化建设。

参考文献：

[1] 田慧，王瑞芳.合理调控输注速度在临床中的重要性 [J].时珍国医国药，2008（10）：2544-2545.

[2] Infusion Nurses Society. Infusion nursing standards of practice [J].J Infus Nurs，2006，29（1）：1-92.

[3] 张淑兰，闫锋.静脉输液临床应用进展 [J].护理学杂志，2001（9）：572-573.

[4] 王连芝.静脉输液存在问题的原因分析及对策 [J].山东医学高等专科学校学报，2010，32（6）：461-463.

[5] 丁飞.物联网开放平台：平台架构、关键技术与典型应用 [M].北京：电子工业出版社，2018.

[6] Angeles R. RFID Technology：Supply-chain applications and implementations issues [J]. Information Systems Management，2005，22（1）：51-65.

[7] 刘畅生，等.传感器简明手册及应用电路：压力传感器分册 [M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.