無線通信網(wǎng)絡(luò)在輸液監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用

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解決安全監(jiān)測與管理的有效措施是采取關(guān)鍵指標(biāo)檢測、預(yù)報(bào)、應(yīng)急處置及信息監(jiān)管。國內(nèi)外現(xiàn)有的高端輸液設(shè)備，一般均有蠕動(dòng)泵速率控制、氣泡監(jiān)測部件與聲光報(bào)警單元等，但不能解決無人值守或護(hù)士一人多點(diǎn)管理的問題，導(dǎo)致效率低，具有安全風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)采用短距離無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(hù)士移動(dòng)終端，實(shí)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(yīng)用

1紅外溫度檢測原理

管路式的紅外測溫傳感器，由一個(gè)具有光學(xué)瞄準(zhǔn)或激光瞄準(zhǔn)功能的可調(diào)焦探頭、信號(hào)轉(zhuǎn)換和信號(hào)電纜等組成，如圖1所示。藥液在管路中流動(dòng)，熱量會(huì)通過管壁的傳導(dǎo)散失一部分，其產(chǎn)生的紅外輻射光譜通過光學(xué)探頭檢測，光學(xué)探頭是一個(gè)可調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)，測量對(duì)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(diǎn)范圍內(nèi)，才能有效進(jìn)行檢測。通過對(duì)光學(xué)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(shè)計(jì)

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(dòng)泵提供動(dòng)力并按照設(shè)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(jìn)入人體的藥液溫度。輸液硅膠管道透光性強(qiáng)，傳感器光學(xué)探頭聚焦于管道中液體的中心，對(duì)藥液的紅外輻射進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測量，并傳送到控制系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換器。控制系統(tǒng)根據(jù)該目標(biāo)溫度值的反饋，結(jié)合輸液流量參數(shù)，采用數(shù)字PID實(shí)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(huì)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?yàn)樗幋幸后w完畢或者患者靜脈端針頭掉落，都會(huì)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(hào)到控制系統(tǒng)。一旦接收到“空氣”可能進(jìn)入人體的報(bào)警，控制系統(tǒng)會(huì)即刻關(guān)閉蠕動(dòng)泵和加熱器，并打開阻流夾阻斷可能混入的空氣隨藥液進(jìn)入到患者體內(nèi)。由于采用紅外溫度檢測方法，獲取的目標(biāo)溫度精度大大提高，使得補(bǔ)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(bǔ)液管路壁對(duì)液體進(jìn)行間接加熱，完全隔絕了污染源，對(duì)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(wù)水平和質(zhì)量，在臨床應(yīng)用中必將產(chǎn)生極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)及在輸液監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在門診輸液或社區(qū)輸液病床區(qū)域，建設(shè)之初往往未能考慮輸液治療的多點(diǎn)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(luò)ZigBee就能很好地解決這一難題。

1ZigBee傳輸原理

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

2輸液監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4是基于ZigBee技術(shù)的智能輸液裝置聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。各個(gè)床旁治療用輸液裝置通過ZigBee模塊及其接口實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的連接，并最終由一個(gè)ZigBee模塊通過PC機(jī)的擴(kuò)展接口，與輸液監(jiān)護(hù)中心(護(hù)士站)PC機(jī)連接起來。一方面，智能輸液裝置是一個(gè)具有人機(jī)界面和運(yùn)行控制的獨(dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，可以在護(hù)士的參數(shù)調(diào)整、功能選擇等操作下對(duì)患者進(jìn)行有效的輸液治療，提供現(xiàn)場的安全監(jiān)測、應(yīng)急處置和報(bào)警;另一方面，它又是輸液集中監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)終端，通過ZigBee短距離無線網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)護(hù)主機(jī)(護(hù)士站)上傳工作狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、報(bào)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(hù)士也可以通過監(jiān)控主機(jī)的指示信息，同時(shí)掌握多個(gè)病床的輸液情況并及時(shí)解決異常狀況，大大提升了工作效率和服務(wù)質(zhì)量。此外，基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，還設(shè)計(jì)了一套平板式移動(dòng)終端，護(hù)士隨身攜帶。在輸液大廳的每個(gè)角落，只要是ZigBee覆蓋的區(qū)域內(nèi)，都可以實(shí)時(shí)接收并監(jiān)控輸液病床患者的信息，以便就近處理患者請(qǐng)求或輸液過程，讓護(hù)士一直守護(hù)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(biāo)準(zhǔn)，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(gè)通用I/O引腳、定時(shí)器、UART，SPI等?？蛇x數(shù)據(jù)速率:250kbps(標(biāo)準(zhǔn))、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(gè)TTL電平的UART接口、復(fù)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(jī)串行口通信，完成監(jiān)測數(shù)據(jù)和報(bào)警信息的收發(fā)、處理(圖5)。

結(jié)束語

既要避免加熱過程對(duì)藥液的污染，又要實(shí)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(xué)系統(tǒng)對(duì)藥液本身進(jìn)行溫度測量;并且通過單片機(jī)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(shù)缺陷，大大增強(qiáng)患者治療舒適度和治療效果。通過引入目前廣泛應(yīng)用的ZigBee短距離無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合到輸液裝置臨床監(jiān)護(hù)應(yīng)用中，解決了安裝布線、治療過程無人值守、護(hù)士多點(diǎn)監(jiān)管困難等問題，實(shí)現(xiàn)了中心監(jiān)控、移動(dòng)監(jiān)測，安全警示與應(yīng)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(hù)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(fēng)險(xiǎn)［5］。（本文作者：李昔華、代小紅 單位：重慶工商大學(xué)）