無線通信網(wǎng)絡在輸液監(jiān)護中的應用

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解決安全監(jiān)測與管理的有效措施是采取關鍵指標檢測、預報、應急處置及信息監(jiān)管。國內(nèi)外現(xiàn)有的高端輸液設備，一般均有蠕動泵速率控制、氣泡監(jiān)測部件與聲光報警單元等，但不能解決無人值守或護士一人多點管理的問題，導致效率低，具有安全風險。系統(tǒng)采用短距離無線網(wǎng)絡實現(xiàn)各裝置的聯(lián)網(wǎng)信息傳輸，結(jié)合監(jiān)控站軟件與護士移動終端，實現(xiàn)全方位、無間斷監(jiān)控，有效地解決了上述難題。

紅外溫度測溫原理及在智能輸液裝置中的應用

1紅外溫度檢測原理

管路式的紅外測溫傳感器，由一個具有光學瞄準或激光瞄準功能的可調(diào)焦探頭、信號轉(zhuǎn)換和信號電纜等組成，如圖1所示。藥液在管路中流動，熱量會通過管壁的傳導散失一部分，其產(chǎn)生的紅外輻射光譜通過光學探頭檢測，光學探頭是一個可調(diào)焦光學系統(tǒng)，測量對象是視場錐管以內(nèi)物體的溫度，而不是外部物體的溫度，因此被檢測管路中的液體必須在其觀測視場的焦點范圍內(nèi)，才能有效進行檢測。通過對光學鏡片的特殊處理，使其在特定10～45℃溫度的紅外波長范圍內(nèi)有效，可以避免陽光或其他輻射光源的影響［2］。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

圖2是智能輸液裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。藥袋中配置好的藥液經(jīng)管路引出來，由蠕動泵提供動力并按照設定的流量經(jīng)管路式加熱裝置恒溫加熱后，再通過管道夾持檢測方式的超聲波“氣泡監(jiān)測器”，然后緩慢的經(jīng)靜脈端，回輸?shù)交颊唧w內(nèi)。紅外溫度傳感器安裝于氣泡監(jiān)測器之后和患者靜脈輸入端之前，以便于測量到真正進入人體的藥液溫度。輸液硅膠管道透光性強，傳感器光學探頭聚焦于管道中液體的中心，對藥液的紅外輻射進行實時溫度測量，并傳送到控制系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換器?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)該目標溫度值的反饋，結(jié)合輸液流量參數(shù)，采用數(shù)字PID實現(xiàn)藥液的恒溫加熱。

通過加熱器的作用，溶解于液體中的空氣會分離出來，氣泡監(jiān)測器中的除氣管道排除氣泡到大氣中;因為藥袋中液體完畢或者患者靜脈端針頭掉落，都會使氣泡監(jiān)測器中液位低于檢測面，而使超聲波監(jiān)測電路感知并發(fā)出信號到控制系統(tǒng)。一旦接收到“空氣”可能進入人體的報警，控制系統(tǒng)會即刻關閉蠕動泵和加熱器，并打開阻流夾阻斷可能混入的空氣隨藥液進入到患者體內(nèi)。由于采用紅外溫度檢測方法，獲取的目標溫度精度大大提高，使得補液加熱裝置出口溫度的恒溫誤差穩(wěn)定在±0．5℃以內(nèi)。通過補液管路壁對液體進行間接加熱，完全隔絕了污染源，對改善病人精神狀態(tài)，消除多種并發(fā)癥，提高血液凈化治療效果，大大改善醫(yī)院的服務水平和質(zhì)量，在臨床應用中必將產(chǎn)生極大的社會和經(jīng)濟效益。

短距離無線通信網(wǎng)絡及在輸液監(jiān)護系統(tǒng)中的應用

在門診輸液或社區(qū)輸液病床區(qū)域，建設之初往往未能考慮輸液治療的多點監(jiān)控，有線通信方式的布線非常不便，利用短距離無線網(wǎng)絡ZigBee就能很好地解決這一難題。

1ZigBee傳輸原理

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線網(wǎng)絡技術，主要適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務，可嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能，如圖3所示。相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術，ZigBee技術是最低功耗和成本的技術，非常適合于本監(jiān)護系統(tǒng)，一個ZigBee基站便可以覆蓋整個室內(nèi)直徑幾百米的應用范圍［3］。

2輸液監(jiān)護網(wǎng)絡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4是基于ZigBee技術的智能輸液裝置聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。各個床旁治療用輸液裝置通過ZigBee模塊及其接口實現(xiàn)無線網(wǎng)絡的連接，并最終由一個ZigBee模塊通過PC機的擴展接口，與輸液監(jiān)護中心(護士站)PC機連接起來。一方面，智能輸液裝置是一個具有人機界面和運行控制的獨立監(jiān)控系統(tǒng)，可以在護士的參數(shù)調(diào)整、功能選擇等操作下對患者進行有效的輸液治療，提供現(xiàn)場的安全監(jiān)測、應急處置和報警;另一方面，它又是輸液集中監(jiān)護系統(tǒng)的一個終端，通過ZigBee短距離無線網(wǎng)絡向監(jiān)護主機(護士站)上傳工作狀態(tài)、運轉(zhuǎn)參數(shù)、報警以及藥液換袋(瓶)提示等綜合信息。使得患者在輸液過程中，即便無人值守的情況下，護士也可以通過監(jiān)控主機的指示信息，同時掌握多個病床的輸液情況并及時解決異常狀況，大大提升了工作效率和服務質(zhì)量。此外，基于ZigBee無線網(wǎng)絡的特點，還設計了一套平板式移動終端，護士隨身攜帶。在輸液大廳的每個角落，只要是ZigBee覆蓋的區(qū)域內(nèi)，都可以實時接收并監(jiān)控輸液病床患者的信息，以便就近處理患者請求或輸液過程，讓護士一直守護在患者“身邊”。

3ZigBee模塊選型與接口電路

課題選用美國CEL公司的ZIC2410內(nèi)核芯片解決方案，它遵從ZigBee規(guī)范和IEEE802．15．4標準，含有基帶modem的射頻收發(fā)器、硬連線的MAC和內(nèi)嵌8051內(nèi)核的微控制器，包括多個通用I/O引腳、定時器、UART，SPI等?？蛇x數(shù)據(jù)速率:250kbps(標準)、500kpbs和1Mbps，集成PCB板載天線，支持16條射頻通道等［4］。ZigBee模塊的電路接口非常簡單，僅需要一個TTL電平的UART接口、復位電路和ISP下載端口就可以了。通過UART與智能輸液裝置的單片機串行口通信，完成監(jiān)測數(shù)據(jù)和報警信息的收發(fā)、處理(圖5)。

結(jié)束語

既要避免加熱過程對藥液的污染，又要實現(xiàn)高精度溫度檢測與反饋控制，最佳解決辦法就是采用了紅外溫度傳感器及其光學系統(tǒng)對藥液本身進行溫度測量;并且通過單片機軟件的數(shù)字PID調(diào)節(jié)，克服了一般輸液加熱裝置采用加熱元件控溫方法的技術缺陷，大大增強患者治療舒適度和治療效果。通過引入目前廣泛應用的ZigBee短距離無線網(wǎng)絡技術，結(jié)合到輸液裝置臨床監(jiān)護應用中，解決了安裝布線、治療過程無人值守、護士多點監(jiān)管困難等問題，實現(xiàn)了中心監(jiān)控、移動監(jiān)測，安全警示與應急處置相結(jié)合的綜合管理功能，有效的提升了療效與患者治療安全，提升了醫(yī)護人員的工作效率，很大程度地避免了醫(yī)患矛盾，大大降低了治療安全風險［5］。（本文作者：李昔華、代小紅 單位：重慶工商大學）