一種基於物聯網的輸液及體徵實時監控系統的製作方法

2023-06-22 23:38:41 2

本發明涉及臨床醫療領域，特別涉及一種基於物聯網的輸液及體徵實時監控系統。

背景技術：

醫院傳統的輸液是採用人工監護的，護士根據自身經驗控制患者輸液管上的輪滾調節輸液速度，輸液量也是護士用只有兩個標記的液體瓶傾倒後估計的。上述輸液方式存在如下問題：(1)在整個輸液過程中，患者需要醫護人員或者家屬陪伴，液體滴完後要及時換瓶或拔針，護士需要不斷地巡視病房，造成了增加醫務工作人員的工作量。另外，不僅會影響預期治療效果，而且對於一些對人體器官作用敏感需要嚴格控制輸液速度和個體差異的不同，每個人的輸液量也相應不同。(2)由於醫護人員少病人多不時會發生由於輸液過程中的異常情況、輸液速度發生異變或監控處理不及時而引發的醫療事故，特別是對於在手術中、手術後以及病情危重需要嚴格控制輸液速度的人群。

現在市面上的輸液系統產品有：深圳金匯通電子有限公司生產的IS-1A輸液監控器，該器件具有輸液結束報警的功能；丹東康嘉儀器設計限公司生產的WTO-1輸液監控器，該產品具有輸液結束聲音報警功能產品；杭州遜瑪特威科技有限公司生產的輸液寶能夠在輸液結束時候提供報警功能。但該類產品僅僅具有輸液結束報警功能，無法實時檢測與控制輸液滴速，也無法實現將輸液信息集中管理，無法滿足現階段輸液監控要求。

又譬如，該類產品典型例子為杭州久保醫用設備製造有限公司生產的點滴寶靜脈輸液監控器，此器件具有檢測與控制輸液滴速的功能，滴速控制點滴為±3滴/分，存在的問題：這類產品為單機監控模式，無法集中監控管理，同時控制精度一般在±3滴/分，存在誤差。醫護人員在測量患者的心率、體溫等體徵也是採用護士逐一為患者檢測方式。這樣傳統人工檢測方式不僅無法實時監控患者的體徵，甚至增加醫療事故的發生，而且大大增加了醫護人員的工作量。

技術實現要素：

鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種節省人力、實時顯示監測患者體徵的基於物聯網的輸液及體徵實時監控系統。

為實現上述目的，本發明提供的一種基於物聯網的輸液及體徵實時監控系統，該系統包括現場監控節點、通過物聯網ZigBee技術與上述現場監控節點信號連接的協調器節點、及與協調器節點信號連接的具有管理軟體的監控站，所述現場監控節點包括輸液滴速檢測模塊、滴速控制模塊、輸液完成檢測模塊、心率檢測模塊、體溫檢測模塊、液晶顯示模塊、報警模塊、及基於CC2530的ZigBee模塊。所述基於CC2530的ZigBee模塊採用CC2530F256作為主控晶片，主控晶片通過SMbus通訊協議實時讀取紅外體溫測量模塊的數據，通過定時器捕獲心率和滴速模塊的輸出獲得患者的心率和輸液滴速，同時判斷輸液完成檢測模塊的電平確定輸液是否完成；主控晶片通過IIC協議將測量的各個數據在OLED液晶顯示並通過PID算法將滴速控制在正常範圍，各個數據持續不正常時驅動報警模塊並實時將各個數據通過ZigBee模塊傳輸到協調器。

所述現場監控節點核心電路由晶振電路、電源穩壓電路和天線發射電路組成。

所述輸液滴速檢測模塊包括茂菲氏管及水平安置於茂菲氏管兩側一對紅外對管，採用紅外光調製固定頻率發射電路減少各類幹擾光影響，接收信號整形電路採用滯回比較器電路得到標準的TTL電平信號，有液滴滴過時將引起接收電路電平輸出的變化。

所述輸液完成檢測模塊，位於茂菲氏管低端兩側，輸液快完成時液面降低引起輸出電平變化傳輸到主控晶片。

所述心率檢測模塊含有高靈敏度光感IC、低噪聲前置放大器、以及2個綠色LED，運用光電式容積描記PPG的方式感應人體的心跳信息並加以提取，最後輸出心率波形。

所述體溫檢測模採用紅外熱電堆探測和信號處理器ASSPMLX90325，計算出的高精度的溫度可通過串行總線SMBus兼容協議獲得或是器件的10位PWM格式獲得。

所述滴速控制模塊採用具有過溫保護和高抗噪性的驅動晶片控制步進電機，控制晶片運用PID算法將輸液滴速誤差控制在±1滴/分以內。

所述報警模塊採用下位機發光二極體閃爍與蜂鳴器報警，測量到的數據持續不正常時控制晶片驅動報警模塊。

所述液晶顯示模塊採用超低功耗OLCD，控制晶片通過IIC通訊在顯示屏實時顯示各個測量數據，

所述協調器節點由電源模塊、ZigBee模塊、USB轉串口通訊模塊、JTAG程序下載模塊組成，主要用於收集其各子節點的信息數據。電源模塊為協調器節點提供穩定電源，ZigBee模塊包含了微控制器和無線發射電路，USB轉串口通訊模塊用於協調器節點與護士監控站PC機數據通訊。

所述具有管理軟體的監控站運用組態王開發圖形界面良好，簡單直觀的監控畫面，協調器MCU編寫特定的UART數據格式實現與上位機的數據交換，管理員可隨時點擊某個患者的圖標實時觀看其滴速和體徵數據，並附有歷史曲線可隨時調用查看。

本發明的有益效果是具有節省人力、實時顯示監測患者體徵的效果。本發明解決的技術問題是針對傳統人工輸液系統和傳統人工體徵檢測系統人力物力耗費大、安全度較低、出現醫療事故處理不及時等缺點。解決上述技術問題的手段是，在輸液報警的基礎功能加上了滴速實時監測並控制，控制精度在±1滴/分以內。同時增加體溫、心率實時監測並且在終端液晶實時顯示。採用物聯網ZigBee無線傳感技術實時傳輸數據到監控站，及時反映患者的體徵信息及滴速提供友好的護士監控站管理軟體，實時顯示滴速、患者心率及體溫並可提供歷史曲線顯示，實現對輸液患者的集中監測與管理。因此，實現節省人力、實時顯示監測患者體徵的效果。

附圖說明

圖1為本發明系統的結構方框圖；

圖2為本發明監控節點核心電路的電路圖；

圖3為本發明紅外發射和接收信號整形的電路圖；

圖4為本發明紅外發射的電路圖；

圖5為本發明心率檢測模塊的電路圖；

圖6為本發明體溫檢測模塊的電路圖；

圖7為本發明滴速控制模塊的電路圖；

圖8為本發明報警模塊的電路圖；

圖9為本發明液晶顯示模塊的電路圖；

圖10為本發明協調器節點的結構方框圖；

圖11為本發明控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對發明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，該系統包括由輸液滴速檢測模塊、滴速控制模塊、輸液完成檢測模塊、心率檢測模塊、體溫檢測模塊、液晶顯示模塊、報警模塊、及基於CC2530的ZigBee模塊組成的現場監控節點，通過物聯網ZigBee技術與上述現場監控節點信號連接的協調器節點，及與協調器節點信號連接的具有管理軟體的監控站。

如圖2所示，現場監控節點核心電路由晶振電路、電源穩壓電路、天線發射電路組成，所述基於CC2530的ZigBee模塊採用CC2530F256作為主控晶片，主控晶片通過SMbus通訊協議實時讀取紅外體溫測量模塊的數據，通過定時器捕獲心率和滴速模塊的輸出獲得患者的心率和輸液滴速，同時判斷輸液完成檢測模塊的電平確定輸液是否完成；主控晶片通過IIC協議將測量的各個數據在OLED液晶顯示並通過PID算法將滴速控制在正常範圍，各個數據持續不正常時驅動報警模塊並實時將各個數據通過ZigBee模塊傳輸到協調器。

如圖3-4所示，所述輸液滴速檢測模塊包括茂菲氏管及水平安置於茂菲氏管兩側一對紅外對管，採用紅外光調製固定頻率發射電路減少各類幹擾光影響，接收信號整形電路採用滯回比較器電路得到標準的TTL電平信號，有液滴滴過時將引起接收電路電平輸出的變化。所述輸液完成檢測模塊，位於茂菲氏管低端兩側，輸液快完成時液面降低引起輸出電平變化傳輸到主控晶片。

如圖5所示，所述心率檢測模塊包含高靈敏度光感IC、低噪聲前置放大器、以及2個綠色LED，運用光電式容積描記PPG的方式感應人體的心跳信息並加以提取，最後輸出心率波形。

如圖6所示所述體溫檢測模採用紅外熱電堆探測和信號處理器ASSPMLX90325，所計算出的高精度的溫度可通過串行總線SMBus兼容協議獲得或是器件的10位PWM格式獲得。

如圖7所示，滴速控制模塊採用具有過溫保護和高抗噪性的驅動晶片控制步進電機，控制晶片運用PID算法將輸液滴速誤差控制在±1滴/分以內。

如圖8所示報警模塊系統採用下位機發光二極體閃爍與蜂鳴器報警，測量到的數據持續不正常時控制晶片驅動報警模塊。

如圖9所示液晶顯示模塊採用超低功耗OLCD，控制晶片通過IIC通訊在顯示屏實時顯示各個測量數據

如圖10所示協調器節點由電源模塊、ZigBee模塊、USB轉串口通訊模塊、JTAG程序下載模塊組成，主要用於收集其各子節點的信息數據。電源模塊為協調器節點提供穩定電源，ZigBee模塊包含了微控制器和無線發射電路，USB轉串口通訊模塊用於協調器節點與護士監控站PC機數據通訊。

如圖11所示，本發明的基於物聯網的輸液及體徵實時監控系統的工作程序如下：輸液開始，系統完成各種初始化動作，滴速檢測模塊檢測當前滴速是否在正常範圍，如果滴速不正常，則系統利用數字PID算法通過滴速控制模塊將滴速控制在正常範圍內；如果滴速正常，則繼續進行其他數據檢測。

體溫檢測模塊檢測輸液病人當前體溫是否在正常範圍，如果體溫不正常，將報警並通過無線傳輸模塊及時提醒醫護人員採取應對措施；如果體溫正常，則繼續進行其他數據檢測。

心率檢測模塊檢測輸液病人當前心率是否在正常範圍，如果心率不正常，將報警並通過無線傳輸模塊及時提醒醫護人員採取應對措施；如果心率正常，則繼續進行其他數據檢測。

輸液管液面檢測模塊檢測當前液面是否低於檢測位置，如果低於檢測位置，表明輸液完成，將報警並通過無線傳輸模塊及時提醒醫護人員更換或解除輸液；如果高於檢測位置，表明輸液未完成，則繼續進行其他數據檢測。

每位病人的終端模塊的MCU實時對檢測的數據進行計算並做出動作，並將處理的數據在液晶顯示屏顯示同時通過ZigBee模塊無線傳輸到協調器節點。

協調器模塊實時接收各個協調器模塊傳輸的數據連接到監控站管理軟體，管理員可隨時點擊某個患者的圖標實時觀看其滴速和體徵數據，監控站管理軟體分析並存儲各個輸液病人的信息，當有報警信號時，及時報警提醒監控站護士採取應對措施直至報警解除。

以上所述的僅是本發明的一些實施方式。對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於發明的保護範圍。