基于低功耗蓝牙技术的智慧输液系统设计和应用

贾博奇，刘晓华，许锋，栾笑笑，李亦林，计虹，张晨，卢㛃，乔杰

北京大学第三医院 a. 医学工程处；b. 信息管理与大数据中心；c. 妇产科，北京 100191

引言

目前，静脉输液已经成为临床重要治疗手段。有研究显示，我国静脉输液使用率高达93.13%[1]，输液工作时间占护士每天工作时间的75%以上[2]。目前护士使用移动护理系统对患者信息进行扫码核对，但未对输液液体的重量和药品进行二次核对。在输液中常出现滴速异常和换液不及时等问题[3]。液体滴速异常不仅影响药效，还可能引发药物不良反应[4-7]，危及患者安全。当病房患者呼叫密集时，护士未能及时响应，导致回血留空等不良事件发生，影响临床工作质量和患者就医满意度。

随着物联网技术的发展，输液监测系统逐渐成熟。目前监测输液滴速主要有重力和红外两种测量方式[8-9]。其中，重力测量以准确和安全著称。输液监测设备数据传输主要有低功耗蓝牙技术、ZigBee技术和LoRaWan三种方式[10-12]。ZigBee方式目前存在传输速率低、时延不确定性的缺陷，无法大规模在病房中应用[13]；LoRaWan方式则由于刚刚起步，稳定性还有待改善未能得到大规模应用[14]；而低功耗蓝牙技术则以传输距离远、速度快、稳定性高和扩展性强等优势成为了智慧输液监测器的首选数据传输方式[15]。医院通过输液监测系统可以建设完善智慧医院系统，为患者提供智慧服务，以智慧服务为抓手，针对患者的实际就医需求，推动信息技术与医疗服务深度融合。

针对传统输液痛点和医院智慧化建设要求，本文利用物联网技术建设了基于低功耗蓝牙输液监测系统，利用超微重力传感器监测液体的滴速和余量，通过低功耗蓝牙技术传输数据，实现患者输液二次核对，滴速量化管理和智慧换液提醒，以期解决传统输液方式的不足，提高临床工作效率，营造安静舒适的病房环境，提升患者满意度。同时，制定个性化输液方案，促进病房合理用药和个性化用药，是创新医院智慧服务新模式的有力探索。

1 智慧输液监测系统设计方案

1.1 建设目标

智慧输液监测系统利用物联网技术将输液监测器与临床信息系统互联，实现输液过程的滴速精准实时监测、异常情况警报和换液智能提醒。对输液过程进行定量管理，形成全闭环的临床输液管理，提高临床的工作效率，保障患者输液安全，提升临床医疗质量；减少患者使用呼叫器次数，打造安静病房，提升就医体验。

1.2 系统架构

智慧输液监测系统分为输液监测器和输液管理平台两个部分。输液监测器使用传感器实时监测输液液体滴速和余量，并将数据通过蓝桥传输至输液管理平台。输液管理平台则与医院信息系统联通，获取医嘱和护理信息，并通过护士站大屏、护理工作站和手持终端（Personal Digital Assistant，PDA）显示输液进程以及提示护士换液（图1）。两部分相互协同，共同助力输液智慧化。

图1 智慧输液监测系统组成

1.2.1 低功耗蓝牙输液监测器

低功耗蓝牙输液监测器由滴速传感器和数据传输模块组成，通过物联网技术对液体滴速和余量进行感知和数据传输，是智慧输液监测系统中感知层的主要组成部分。

本研究使用超微重力传感器对液体余量和滴速进行感知，通过重量对悬挂的输液器和药品进行匹配，然后在输液过程中通过重量的变化监测剩余液体的余量并计算出实时滴速。与目前广泛应用的红外输液检测器相比，使用超微重力传感器由于不与药品产生直接接触，不会导致药物变质，影响输液效果。而且目前红外激活化疗药物[16-18]正成为研究热点，超微重力传感器与此类药物兼容，不会影响药效。

本研究使用低功率蓝牙模块作为数据传输方式，低功耗蓝牙技术是针对低功耗领域进行的一种无线数据传送的解决方案[19-20]。智慧输液监测器通过低功耗蓝牙将采集数据传送至部署在病房中的蓝桥，蓝桥再通过院内无线局域网将数据上传至输液管理平台分析计算，进行展示和预警。同时，由于低功耗蓝牙的低功耗特性，可支持无线方式充电，与传统使用干电池方式相比，能够有效减小智慧输液监测器体积，而且能够避免充电线缆过多缠绕，操作简便，能够保持护士操作间整洁。

1.2.2 输液管理平台

输液管理平台以临床信息系统为基础，对接患者的基础数据和医嘱信息，供护士核对患者与液体信息，保证患者输液安全。输液管理平台通过二维码将患者与低功耗蓝牙输液监测器进行绑定，保证监测信息真实有效。通过数据模型分析，平台自动计算即时的输液滴速、剩余液量和剩余时间等信息，以图表方式展现在护士站大屏和PDA上，实现输液量化管理。平台将以上信息和预设值进行比较，当输液滴速大于或小于预设区间时，系统自动在设备上进行报警提示输液滴速异常。当剩余液量小于预设值时，系统向护士PDA上自动发送换液提醒，自动提示护士操作，让护士有序合理安排换液工作，降低输液不良事件发生率。

1.3 系统功能设计

为了解决传统输液不能直观显示滴速、对剩余液量监测的问题，兼顾临床统计分析和定制标准化输液方案需求，智慧输液监测系统主要设计了7大功能，分别为输液监测器绑定与解绑、患者输液信息二次核对、输液状态显示、输液异常报警、数据统计分析、输液个性化方案制定和输液监测设备管理。

1.3.1 输液监测器绑定与解绑

通过护理工作站或PDA将输液监测器与床位信息、患者信息进行绑定关联。在大批量输液时，护士可以通过护理工作站在系统中手动输入床位信息进行绑定，并根据工作需要随时解绑。同时，护士也可通过PDA扫描输液监测器上的二维码快速完成输液监测器与床位的绑定与解绑，方便快捷。输液管理平台会自动获取该床位患者的医嘱信息，获得患者的用药信息，方便护士输液前核对，确保患者输液安全。

1.3.2 患者输液信息二次核对

智慧输液检测系统与电子病历系统互联互通，实现医嘱核对功能。护士通过PDA扫描患者腕带二维码获取患者信息，并与医嘱信息进行校验。在输液监测系统中存有病房输液液体重量和药品信息，输液监测器通过监测当前挂在监测器上的液体重量，对输液药品品种进行二次核对，如有差错可立即报警提示护士再次核对药品信息，保障患者输液安全。

1.3.3 输液状态显示

通过输液监测器中的微重力传感器对输液的液体滴速、液体余量和输液时间进行测算，并按床位分别在护士站大屏中进行显示，方便护士对整个病房的患者输液情况进行管理。护士也可以在PDA中查看患者的详细输液信息，远程查看患者输液信息，保证输液的安全有效。

1.3.4 输液异常报警

在患者输液时，护士可根据输液药物种类预先设置输液滴速区间，确保输液药效，保障患者输液安全。在输液过程中，如遇到当前滴速超过或低于预设的滴速区间，输液管理平台会自动报警，对应床位患者的输液情况在护士站大屏变为红色，并向护士PDA报警提示护士进行查看和响应操作。当患者剩余液量过低时，输液管理平台自动报警提示护士及时换液，护士可以有序地对患者进行换液，避免输液不良事件发生。并且可以有效减少患者使用病房呼叫器次数，为患者营造更加安静舒适的休养环境，提升患者就医体验。

1.3.5 数据统计分析

在护理工作站和PDA可以同时进行病房输液情况和工作量统计，并支持自动生成统计图表，方便科室进行人员调度安排和护理质量控制。通过数据统计分析功能可以进行精细化统计查询和消息管理统计查询。支持查询特定时间范围或科室内部指定患者某种药物的输液统计情况，包含单次使用药物剂量、药物累积使用记录、输液患者信息、输液中异常情况等，方便进行临床药物统计分析，指导合理用药。

1.3.6 输液个性化方案制定

智慧输液检测系统中支持根据患者年龄分组和输液药品品种等信息进行输液方案制定。在输液过程中保持输液滴速在预设范围内，既保证输液药效，又减小输液药物的不良反应，提升患者的输液效果，保障临床输液满意度。

1.3.7 输液监测设备管理

护士可在护理工作站和PDA中实时查看输液监测器和蓝桥的设备信息以及使用状态，如设备序列号、设备的连接状态、输液监测器剩余电量、输液监测器的绑定床位信息等。护士可根据临床工作需要在系统中解除输液监测器与床位的绑定，进行智能管理。同时，工程师也可远程进行设备的巡检及预防性维护，确保系统正常稳定运行，保障临床工作顺利开展。

2 实施方案及效果

我院以妇科一病房为试点，建设了基于低功耗蓝牙技术的输液监测系统，共装有53个输液监测器，8个无线充电站，1个护士站大屏，并在每间病房装配无线蓝桥。低功耗蓝牙输液监测器通过蓝牙方式将采集到的重量数据传输至蓝桥，蓝桥通过无线局域网上传数据至输液管理平台，并通过护士站大屏和护士PDA显示输液信息（图2）。护士通过护理工作站和PDA可实现对输液全流程监控和信息追溯，护士预先在输液管理平台对滴速和余液液量进行设置。输液前，护士使用PDA进行扫码，确认患者身份，并核对药品信息，如果信息不匹配，PDA立即发出警报，确保患者信息与实际药品对应无误。经过临床实践，对于妇科病房输液常见药物，将滴速区间设置为20～60滴/min，余液液量报警值为10 mL，可取得较好的输液效果。在实际输液过程中，当滴速值不在设置区间时，护士站大屏和PDA上显示滴速报警，提示护士查看相应患者的输液情况；当余液液量<10 mL时，护士站大屏和PDA通知护士对相应患者进行换液或封管操作。在输液后，通过管理平台对病房每月输液工作量、用药种类、每种药物的输液时间等数据进行分析统计，进行工作量统计和护理质量控制。

图2 智慧输液监测系统图

为验证智慧输液监测系统有效性，本文以2021年9月1日至30日的350例临床输液数据为对照组，以2021年12月1日至30日的350例临床输液数据为实验组进行统计分析，以护士收到病人呼叫或输液结束报警到护士实际进行换液操作的时间差作为护士换液时间，并分别统计期间每日患者使用呼叫器换液次数与当天使用呼叫器总次数占比作为病房输液响铃率，结果如表1所示。智慧输液监测系统使用前，护士换液的平均时间为（4.37±1.79）min，病房输液响铃率为65.31%±4.65%；智慧输液监测系统使用后，护士换液的平均时间为（2.47±0.89）min，病房输液响铃率为38.69%±3.96%。智慧输液监测系统使用前后，护士换液时间和病房输液响铃率均有显著差异（P<0.001），护士换液时间平均值减少43.48%，病房输液响铃率平均值减少40.76%。智慧输液监测系统使用前，护士无法提前知晓患者是接瓶还是封管，存在往返操作间的情况，造成换液时间较长。在输液结束时，患者使用呼叫器或家属通知时，护士才能进行响应，服务被动。智慧输液监测系统使用后，护士可以通过系统获悉后续有无液体，可以事先进行操作准备，大大减少换液时间，提高病房工作效率。并且智慧输液监测系统在患者输液结束前主动提示护士，责任护士可以随时通过PDA远程查看滴速和液体剩余量，由被动服务变为主动服务，可减少患者使用呼叫器次数，进一步向实现安静病房迈进。

表1 智慧输液监测系统使用前后护士换液时间及病房输液响铃率对比（±s）

表1 智慧输液监测系统使用前后护士换液时间及病房输液响铃率对比（±s）

时间 护士换液时间/min 病房输液响铃率/%系统应用前 4.37±1.79 65.31±4.65系统应用后 2.47±0.89 38.69±3.96 t值 19.29 24.76 P值 ＜0.001 ＜0.001

3 讨论与结论

本文建设了智慧输液监测系统，使用超微传感器对液体余量和滴速进行监测，利用低功耗蓝牙技术将输液数据进行传输，并通过护士站大屏和PDA进行直观显示，提高了临床工作效率，实现了输液全闭环管理的同时打造安静病房，促进用药合理化。智慧输液管理系统与HIS互联互通将患者医疗数据进行全面整合，实现动态统一管理，提升医院整体智慧化医疗诊治服务水平。与罗继军等[21]研究的红外输液监测器相比，本文使用了超微重力传感器，避免了红外光对化疗药物的影响，既实现了输液监测，又保障了输液安全。与潘小琴等[22]使用ZigBee无线传输方式的输液监测器相比，本文使用了低功耗蓝牙传输方式，设备整体功耗较低，又使用了无线充电技术，缩小了设备体积，使用方便。本系统还可以通过病房蓝桥兼容更多智慧蓝牙医疗设备，为今后智慧病房建设做好技术铺垫。临床科室可以使用输液管理平台对日常输液数据进行分析，针对常用输液药品和患者年龄制定不同的输液方案，减少输液药物带来的不良反应，保证输液质量。智慧输液监测系统为临床工作质量控制提供了有力的工具，为进一步提升诊疗服务水平提供重要数据支撑。但本系统对输液容器识别，即塑料袋和玻璃瓶仍存在不足，仍需要护士人工确定；并且在患者移动时，数据波动较大，在后续应对输液容器识别和监测算法进行改进，进一步提高系统的稳定性和适用性。

本文通过使用微重力传感器和低功耗蓝牙技术建设了智慧输液监测系统，以智慧化手段监测输液进程，提高了临床工作效率和质量，为患者提供了智慧医疗服务，打造了安静舒适的病房环境，提升了患者就医满意度。通过不断加强智慧医院建设，为推进健康中国建设，努力全方位、全周期保障人民健康做出有力探索。