基于C#语言的输液监测仪软件设计与实现

吴世敬，王国静，胡敏露，王卫东

中国人民解放军总医院，北京市，100853

0 引言

随着信息科学技术的飞速发展，医院正逐步迈向信息化和自动化时代，尤其体现在医疗监护类设备使用方面[1]。静脉输液技术是临床监护与治疗的一项重要内容[2]。目前临床中输液过程大多依靠患者或家属观察进行监护，当输液速度不适或液体剩余少量时通过床铃呼叫护士，但是在长期照顾病人后容易疲惫而出现疏忽，而且当护士应铃不及时时，容易产生医疗事故[3]。为避免这一现象，开发集输液数据显示和报警提示为一体的输液过程监测软件尤为必要。

近年来，随着计算机和无线通信等技术的快速发展，临床上已经引进了多种智能输液监测设备，它们一般都采用称重法[4]、光电检测法[5]、超声回波检测法[6]、电容检测法[7]等方法实现输液辅助监护，但与之配套的能够实现输液区全面智能监测的上位机软件少之又少。

本文针对临床输液监护的现状设计开发了基于C#的输液监测仪软件，并提出了由上位机软件、实验室自行研制的无线网关和输液监测仪构成的无线智能输液监测系统。系统中的上位机软件实现了多个输液监测仪的全面监测和输液过程的实时监控，且操作简单，兼容性较强，易于在医院落实推广，有助于提高工作效率和医护质量。

1 智能输液监测系统总体结构

本文提出的智能输液监测系统主要分为上位机软件、无线网关和输液监测仪三个部分。临床使用时，输液监测仪监测数据并将当前输液滴数和输液时长通过ZigBee网络上传至无线网关，网关接收到数据后通过WiFi网络将其传至上位机，上位机接收数据后实时显示并计算输液剩余量。当输液即将完成时，上位机软件将发出警报通知医护人员及时处理。系统整体结构如图1所示。

图1 智能输液监测系统整体结构图Fig.1 Overall structure of the intelligent infusion monitoring system

上位机软件是系统中的移动数据终端。它是一款基于WiFi传输的移动应用产品，在Visual Studio平台上利用C#语言开发，具有传输稳定、携带方便和易于操作的优点。输液监测仪软件集实时监控、数据显示和报警提示为一体，实现了输液过程的全面实时监控。

无线网关是系统中的数据中转站。此网关为本实验室自行研发[8]，混合采用ZigBee、WiFi和蓝牙技术，一端与多个输液监测仪组成ZigBee星形网络，另一端通过蓝牙或WiFi与上位机连接，且网关上集成有Micro SD卡，可对数据进行暂存。无线网关实物图如图2所示。输液监测仪是系统中的数据采集监测设备。此设备同为实验室自行设计研发[9]，采用电容检测法对输液进程直接监测，与传统电容检测法相比，通过对滴壶处两个柔性电极电容采集点的采集结果进行差分计算去除了环境干扰，有效增强了数据准确性。输液监测仪实物图如图3所示。

图2 无线网关实物图Fig.2 Physical picture of wireless gateway

图3 输液监测仪实物图Fig.3 Physical map of infusion monitor

2 输液监测仪软件设计

2.1 C#语言

该研究中的输液监测仪软件在Visual Studio平台上利用C#语言开发。C#是一种安全、简单、稳定的面向对象的编程语言，是.NET开发的首选语言。它由C和C++衍生而来，继承了他们强大功能的同时去掉了一些复杂特性（如没有宏）[10]。

2.2 通信方式与通信协议

本研究中的输液监测仪软件在无线局域网基础上通过WiFi网络与无线网关进行连接，并基于TCP/IP传输协议采用Socket技术实现数据通信。其中，软件作为服务端（Server），网关作为客户端（Client），两者之间通过IP地址+协议+端口号来唯一标识网络中的应用进程。通信流程如图4所示。

图4 Socket通信流程图Fig.4 Communication flow chart of socket

本研究制定的通信协议数据帧格式如图5所示。

图5 通信协议数据帧格式Fig.5 Communication protocol data frame format

其中，各个字段的作用如下：

起始码：标志数据包合法开端。

mac地址码：标志数据包来源设备输液监测仪的mac地址。

设备类型码：标志输液监测仪设备的设备类型。

命令类型码：标志输液监测仪设备的数据处理方法。

数据长度码：标志数据包数据长度。

数据段：存放输液滴数和输液时长等数据。

结束码：标志数据包合法结尾。

2.3 软件功能设计

该系统中的输液监测仪软件功能结构图如图6所示。

图6 输液监测仪软件功能结构图Fig.6 Functional structure diagram of infusion monitor software

根据功能结构图，输液监测仪软件实现的功能如下：

（1）通信模块：主要实现输液监测仪软件与无线网关的连接和数据传输。其中，软件作为Socket通信的服务端，绑定的IP地址为所安装电脑的IPv4地址，端口号设定为9999。

（2）设备管理：主要实现输液监测仪容量选择以及设备与软件显示区域的一一对应。该软件可监控10个输液监测仪工作，并可根据实际输液容量选择100 mL，250 mL，500 mL或1 000 mL。每个输液监测仪的mac地址固定不变，软件可通过解析mac地址得知设备号，并与相应的显示区域一一对应。

（3）数据管理：主要实现输液数据的正确读取、解析并显示。

①数据解析

数据解析是设计开发该软件的关键部分。上位机在接收到char型原始数据后，首先根据起始码和结束码判断整包数据的正确性，如果错误直接丢掉；在整包数据正确的前提下，根据通信协议将数据转换为无符号long型，从而解析出输液滴数和输液时长。

②数据显示

在正确解析输液数据后做简单处理并在TextBox控件中显示。

（4）报警提示：主要实现计算液体剩余量并显示以及报警提示输液即将完成的状态。

①数据计算

在解析出输液滴数后，通过公式（剩余体积=输液总量-输液滴数×每滴液体体积）计算液体剩余量，并以进度条和剩余体积/输液总量的形式显示。

②报警提示

当剩余液体体积＜10 mL时，数据显示面板闪烁且发出“滴滴滴”报警声音进行提示。

③停止报警

当医护人员及时发现输液即将完成后，可点击停止报警按钮将报警声音关闭，数据显示面板不再闪烁。

2.4 软件流程设计

以1号输液监测仪为例，本软件的程序设计流程如图7所示。

图7 输液监测仪软件程序设计流程图Fig.7 Programming flow diagram of infusion monitor software

3 输液监测仪软件实现结果

此输液监测仪软件经过长期运行和反复测试，能够正确读取输液数据并正常显示，具备报警提示功能，验证了实验室已有输液监测仪和无线网关的有效性和实用性，且输液监测仪软件有较好的用户使用界面，工作性能良好。软件运行结果如图8所示。

图8 输液监测仪软件运行结果图Fig.8 Operation result diagram of infusion monitor software

4 结语

我们研究设计开发了输液监测仪软件，并基于软件提出了由上位机软件、无线网关和输液监测仪构成的无线智能输液监测系统，且在此系统上验证了输液监测仪软件的可用性。此软件操作简单，兼容性较强，易于在医院推广实施，实现了多个输液监测仪的全面监测和输液过程的实时监控，有助于提高医护工作效率和质量。但输液监测仪软件上并没有集成算法，缺少对输液数据的进一步分析，后续工作可对算法分析功能进行完善和研究。另外，还需提高软件界面及功能的友好程度，并根据临床现有的输液监测仪，增强软件兼容性，从而进一步推广到临床。