基于物联网技术的临床医疗护理监测系统研究

陈海淇

带路国际众创空间 辽宁 沈阳 110000

引言

利用各类电子设备，物联网技术可以充分发挥设备的信息传感作用，对监测对象进行识别和判断，即使对于移动状态下的物体，物联网技术也可以进行实时的追踪与监测。在临床医疗诊治过程中，存在着诸多移动设备和移动工作，结合智慧医疗的建设需求，将临床医疗护理与物联网技术相融合，设计更智能化的技术方案，有利于突破智慧医疗的建设瓶颈。

1 物联网技术在临床医疗护理监测系统设计中的应用情况

在临床医疗领域中，物联网技术主要还是应用于对医护人员、患者和医疗设施的信息定位上，比如医护人员身份识别、药品名称识别、病人体征信息识别等方面，但是在高智能化护理监测方面，其应用依旧存在上升空间。在常规医疗流程监控中，大多数医院还是以人工巡视的方式对病人的诊治情况进行监督和判断，而伴随着科学技术的飞速发展，各类智能化的移动设备在移动医疗领域逐渐受到了重视。目前，仅从临床护理静脉输液的监测来看，物联网技术的加入使其得到了更智能化的发展，国内外对于输液点滴的自动监测也进行了大量的研究与分析，例如，输液泵的存在可以更精准地监测临床输液的点滴速度，促使药物可以在匀速、安全的状态下输送至病人体内，一旦在输液过程中出现气泡或者输液临近完成时，监测系统就可以自动做出响应，并产生警报。但是输液泵的存在需要消耗大量的建设成本，导致这一技术未能得到良好的普及和应用，而物联网技术的加入与优化势必会实现护理监测系统的逐步完善。

2 物联网技术视角下的临床医疗护理监测系统设计方案

2.1 软件部分

对于临床医疗护理监测系统的软件设计，可以依据系统需求的不同，将监测系统下位机终端设备的软件部分分成两个方面进行研究和探讨，其一为终端监测软件，由其实现各个临床医疗护理监测工作程序的信息采集与处理，同时还具备一定的数据控制功能；其二为通讯系统设计，依据监测系统中各个系统的运作模块，为其设计更具有个性化的通信方案，以此有效提升护理监测数据传输的实时性。

2.1.1 采集终端设计。为了确保护理监测系统的运行平稳性，在对其采集终端软件进行设计时，尽可能采用ATMEL研发的8位高速处理器，单片机选择atmegal6即可，第三方编译软件可以选择ICC AVR。相较于市面上其他更为常见的编译器，ICC AVR是一种可以承担C语言运行标准的mcu程序编译工具，除了具备编辑代码、项目管理、C编译器等常见功能之外，ICC AVR还可以初始化设备、调试终端等，具有技术先进、操作便捷、用途广泛的特点，适用于Win 98、Win ME、Win XP等各种常见的运行环境。

输液信息的采集和管理是临床医疗监测的重点内容，将其作为护理监测系统的主要模块，有利于提升系统的环境适应性。在设计这一部分的软件终端程序时，可以以模块化设计的形式进行，并对其总集进行细化处理，将其分解成一个主程序和若干个子程序，根据使用功能和运行标准的不同，为其打造更个性化的程序设计方案[1]。使用这一方式进行输液采集终端的设计，可以有效降低整个软件程序的运行难度，使得软件程序设计和调试环节变得更加简便，对于后期的功能维护和应用拓展具有一定的现实意义。

2.1.2 通讯系统设计。在护理监测系统中的通讯模块设计环节，可以将Zig Bee作为主要的通信模式，这种以无线的形式实现数据通信，可以促使输液信息采集终端与后台数据管理之间的信息传递与输送更为流畅，在这一模式下，Zig Bee直接被视为监测系统的信号载体，可以作为信息交换与传输的载体而存在。在设计Zig Bee网络的运作模块时，还应当结合临床医疗护理的行业特点，打造更具有临床适应性的技术方案，例如，对于Zig Bee中的无线通信模块，可以将CC530作为模块主要形式，并对其进行老化测试，待测试通过后，即可赋予该模块通信协议栈，配以串口模式，使得CC530可以直接与上位机系统联系。为了提升使用者的使用舒适度，还可以为CC530设计独立的开发工具，重点对信道、发射功率等参数进行优化设计，使得模块操作更简便易懂。

针对临床医疗护理监测的使用特点和运行需求，在该系统的星形拓扑网络设计方面，还应当重点对护士站主控机进行强化设计。由于在整个护理监测系统中，位于护士站的主控机几乎承担着整个监测系统的运行协调作用，因此它需要直接对各个子程序的网络运行加以维护，并利用PC软件进行远程控制[2]。当其下设的子协调器接收到护士站主机的命令信号后，协调器会立即搭载网络模块，并将实时的创建结果直接反馈给主机，当系统中的网络建立成功后，各个临床病房的输液信息及终端节点的相关信息就会留存在网络数据中，位于护士站的操作者即可在第一时间接收相关信号，并进入下一流程的作业中去。

2.2 硬件部分

2.2.1 系统硬件电路设计。在系统硬件电路的设计环节，最先进行的就是控制器件的选择，考虑到建设成本及芯片使用功能，应当依据护理监测系统的产品设计需求选择更合适的单片机，从而不断提升整个系统硬件部分的性价比和运行稳定性。与市面上其他型号的单片机运行质量相比，2AVR具有更强大的运行功能，同时，还可以承载高速的运行效率，具有运行功率消耗低、I/O口功能强大、成本低、易操作的使用特点，Atmega48、 Atmega8、Atmega16等型号可以胜任护理监测系统的基本运行需求。综合考虑单片机的使用性能和护理监测系统的建设需求，可以选择Atmega16（如图1所示）作为整个电路的主控芯片，这类单片机的运行功耗更小，且开发更为简便；而对于病房的硬件电路，则需要选择STM32F103作为主要的单片机，这类单片机内部置有总线控制器模块，可以有效简化病房系统的硬件设计。

图1 Atmega16单片机

在选择护理监测系统的CAN收发器时，也应当从物联网技术的应用视角入手，针对临床医疗的护理监测需求，选择更稳定的病房呼叫系统设计方案，将CAN总线作为信息数据传输的主要载体，并将STM32作为主控芯片，在主控芯片和CAN总线之间搭建一个CAN收发器，使得CAN网络的信息传输更稳定、可靠。在以往的设计案例中，三极管是CAN收发器较为常见的结构形式，PCA82C250等收发器使用较为广泛，但是这类收发器也存在着一定的限制因素且电磁辐射难以控制，容易出现更大角度的斜率问题[3]。通过设计优化，技术人员可以选择结型场效应管作为CAN收发器的主要形式，并配以自动化的斜率控制程序，使得系统的电磁辐射更小，有效提升系统的抗干扰能力。

2.2.2 呼叫系统设计。针对临床医疗病房呼叫系统的设计需求，在对其硬件电路安装环节进行设计优化时，应当围绕主机电路和病房控制单元的使用环境，将两个独立的电路系统以CAN总线作为传输载体，使得数据信号传输更高效。其中，对于位于护士站的主机电路呼叫系统，应当将呼叫信息报警、呼叫床位号显示作为主要的呼叫系统设计对象；而对于病房控制单元，结合运行环境，可以将其分成3个子单元，分别对病房床头呼叫、卫生间呼叫、呼叫指示灯3个子单元进行设计，配备独立的控制按钮。

为了进一步提升呼叫系统的运行稳定性，应当以STM32单片机作为最主要的核心控制器，配以CAN总线，使得护士站主机与患者病房的信息通讯更加流畅便捷，经过这一环节的设计，当患者或家属有护理需求时，即可通过控制床头或卫生间中的呼叫按钮，启动病房控制单元，当护士站主机接收到相关信号后，即可第一时间发出声光报警信号，并在主站显示呼叫的病房位置及床位号信息，使得临床医疗护理更精准、快速。由于在系统运行过程中，病区报警声的频繁、长期响应可能会对常规的护理工作造成一定的影响，因此还需要针对这一问题，在护士站的主机附近增设一个报警复位按钮，当护理人员接收到诊疗信号后，可以通过启动复位按钮，达到消警作用。由于不同使用场景下的系统按钮的使用需求会有所不同，因此除了考虑到病房、卫生间呼叫按钮位置的便捷性之外，还应当为卫生间按钮增加一定的防水保护措施，避免水汽造成按钮呼叫失败等问题。

2.2.3 输液信息采集设计。患者输液情况的监测是临床医疗护理监测系统设计的重要突破口，为了使患者输液情况管理得更加智能化，可以将红外线光电传感技术与这一工作需求相结合，将人工巡视的方式转变为红外传感器监测。红外传感器的存在并不会与输液液体产生直接接触，而是通过监测液体滴速进行计数。相较于传统的电极法，红外传感器可以以更安全、高效的形式实现对滴速的管理，且从电路的设计及建造需求来看，红外传感器的电路设计更简单，外界环境不会过度干扰红外传感器的监测结果，应用场景更广泛，也更具有实用性。

直射式红外线光电对管的存在为护理监测系统输液信息采集的设计提供了更优质的技术方案。直射式光电对管使得发射管和接收管中间留有一定的间隙和距离，并以正对的形式分别放置在两边，可以有效避免信号干扰的发生。与LED较为相似的是，红外发光管也同样具有单向导电性，更适合在正向电压环境下运行。当监测系统中存在正向电压后，红外发光管即可迅速接收信号，并向外界发射出红外光，因此，在临床实践中，将发射管和接收管分别置于患者输液器滴壶两侧，红外线光电对管即可实时对滴液情况进行监测，并作出相应的反应。当电路通电后，红外发射二极管就会向外界发射出一定数量的不可见红外光束，如果患者输液瓶内没有液滴滴落，则红外光光束可以以平行的形式，直接穿过滴壶，联通接收管，触发光电流信号。反之，当患者输液瓶内有液滴滴落，液滴的存在就会导致发射管的红外光信号被反射、吸收，接收管感受到的光信号就会有所减弱，光电流也会随之降低，结合光电流的数值变化情况，护理人员即依据输液报警监测，准确判断出患者输液的进展情况。

3 结束语

综上所述，物联网技术的应用可以使得临床医疗护理监测工作更加智能、便捷，有效缓解了护理资源紧张等问题，但是从实践角度来看，现有的技术方案存在着一定的使用束缚，无法充分发挥物联网技术的应用优势，因此，除了要站在物联网技术的应用角度对护理监测系统的设计进行优化之外，还应当结合临床护理的工作特点，分别从硬件、软件两个角度入手，针对通信呼叫、临床监测等方面，打造更个性化的技术实施方案，使护理监测系统更稳定、可靠。