CN103691035A - 一种医用静脉输液报警器 - Google Patents

Abstract

本发明的医用静脉输液报警器，包括检测装置和报警装置，特征在于：检测装置由红外线发射管和光敏接收管组成；报警装置由微控制器组成，微控制器与红外对管相连接，微控制器连接有灯光报警电路、震动报警电路和/或语音报警电路。本发明的检测方法，包括：a).采集电压；b).确定基准电压；c).确定阈值电压；d).实时采集电压；e).进行中位值滤波；f).判断是否达到阈值电压；g).改变基准电压；h).发出报警信号。本发明的报警器和检测方法，采用实时的基准电压，避免了输液管和静滴液的影响；利用中位值滤波法，消除了气泡的干扰；采用动态的阈值电压，解决了环境变化对阈值的影响，可有效检测出输液管是否流空。

Description

一种医用静脉输液报警器

技术领域

本发明涉及一种医用静脉输液报警器，更具体的说，尤其涉及一种通过中值滤波法进行电压采集并采用实时动态阈值电压的医用静脉输液报警器。 

背景技术

静脉输液是现代医疗活动中广泛应用的操作项目，通常病人输液时需要患者或陪护人员协助护理人员持续观察输液进度。由于输液时间较长，患者或陪护人员难免疏忽，而不能及时发现输液瓶内液体已经流空，导致静脉回血，造成不必要的损失和痛苦，甚至威胁患者生命。如果可以在输液完成时通过发出报警信号来及时提示患者或陪护人员卡住输液器，中止静滴过程，并通知护理人员更换输液瓶或者拔除输液器终止输液，将会避免静脉输液时事故的发生。

现有基于红外对管电压监测技术的静滴报警器，需要首先设置触发报警的阈值电压，当检测电压超过阈值电压时，触发报警。然而，由于红外线对不同的输液管（褐色的或者透明的）和不同的静滴液（无色澄明、有色澄明、有色半透明、有色不透明）存在不同的透过性能，因此，正常输液过程中的基准采样电压不尽相同，液体流空后空管时的采样电压也存在差异，因此，对不同情况下设置相同的阈值电压往往造成错报警或者漏报警。

另外，受到外界温度、湿度、光照等变化的影响，输液过程中基准电压也可能发生变化，因此，即使在同样的输液模式下，设置相同的报警阈值也可能存在出现报警差错。此外，排气过程中会在输液管壁上留些小的气泡，这些小气泡会随着输液管的震动、温度的变化等流到墨菲氏滴壶内，因此，对于静滴报警器的设计，也应排除气泡干扰。

目前已经公开了多种静脉输液报警装置，用于监测静滴过程并在静滴结束时给予报警提示。例如，专利名称为“红外线输液报警器”的实用新型（专利号CN 201572367）所述方案中，其标定报警阈值是固定的，对于不同输液管或输液体不具有通用性；专利名称为“一种输液报警器”的实用新型（专利号CN 202777298）所述方案中，主要描述了检测方法以及各模块的实现方案，对于具体的实现方法并没有阐明。 

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种通过中值滤波法进行电压采集并采用实时动态阈值电压的医用静脉输液报警器。

本发明的医用静脉输液报警器，包括设置于输液管上的检测装置以及进行信号采集、处理并发出报警信号的报警装置，检测装置用于检测输液管是否流空；其特别之处在于：所述检测装置由红外对管组成，红外对管由位于输液管两侧的红外线发射管和光敏接收管组成；报警装置由具有信号采集、数据运算和控制输出的微控制器组成，微控制器通过电压信号采集电路与红外对管相连接，以检测光敏接收管上的电压；所述微控制器的输出端连接有灯光报警电路、震动报警电路和/或语音报警电路。

检测装置用于感应输液管中是否有液体流过，报警装置通过采集检测装置输出的信号，来判断输液管是否流空，并在流空时发出报警信号。红外线发射管和光敏接收管分别位于输液管的两端，在输液管中有液体流过和无液体流过的情况下，光敏接收管所接收到的光线数量是不相等的，使得流经光敏接收管的电流大小也不相同，因此可测量光敏接收管两端的电压大小，来判断输液管是否流空。

本发明的医用静脉输液报警器，所述微控制器的输入端连接有报警预览按键、灯光报警调节按键、震动报警调节按键和语音报警调节按键，微控制器的输出端连接有对报警信号的强度和有无进行调节的报警信号调节电路。按下报警预览按键可预览报警器目前所采用的报警形式，通过按下调节按键，可使相应的报警信号在强、弱和无三种状态之间进行转换。

本发明的医用静脉输液报警器，所述微控制器的输入端连接有电源模块和时钟电路，微控制器通过语音芯片与语音报警电路相连接。电源模块给整个报警器提供稳定的直流电压，时钟电路给微控制器提供脉冲信号。

本发明的医用静脉输液报警器，所述红外对管中的红外线发射管的阳极经电阻R11与电源正相连接，红外线发射管的阴极与电源地相连接；光敏接收管的阳极经电阻R12与电源正相连接，阴极与电源地相连接，光敏接收管的阳极与微控制器的A/D采集端口相连接；电阻R11和红外线发射管的两端并联有由电阻R14与发光二极管D2组成的指示电路。

本发明的医用静脉输液报警器，所述语音报警电路、灯光报警电路和震动报警电路分别由OTP语音芯片、发光二极管D1和震动电机B1组成，报警信号调节电路由三组二路双向模拟开关芯片74HC4053组成，模拟开关芯片的选择端口与微控制器的输出端口相连接；模拟开关芯片的第一组两独立输入/输出端分别经电阻R9、R10与发光二极管D1相连接，第二组两独立输入/输出端分别经电阻R17、R19与语音芯片的控制端相连接，第三组两独立输入/输出端分别经电阻R13、R15与控制振动电机B1工作的三极管Q1相连接；所述R9与R10、R17与R19以及R13与R15的阻值均不相等。

本发明的医用静脉输液报警器的检测方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现：a).采集红外对管的电压，将检测装置固定于输液管上，当输液管内有稳定的液体流过时，开启静脉输液报警器，微控制器采集光敏接收管上的电压；b).确定基准电压，连续采集                                                

个光敏接收管上的电压值

、

、…、

，利用公式（1）求出适用于本次输液条件的基准电压：

    (1)

c).确定报警阈值电压，利用公式（2）求出输液报警器产生报警信号的阈值电压

：

    (2)

其中，

为电压灵敏度；

d).实时采集电压信号，在病人输液的过程中，微控制器实时采集检测装置输出端的电压值；e).对电压进行中位值滤波，首先对连续采集的

个电压数值按照大小进行排序，并去除排序后的前

个和后个电压数值，对剩余的

-2

个电压数值求平均值，求取的平均值作为检测电压值

；f).判断检测电压是否达到报警阈值电压，根据步骤c)中确定的阈值电压

和步骤e)求取的检测电压值

，判断不等式

≥

是否成立，如果成立，则执行步骤h)；如果不成立，则执行步骤g)；g).改变基准电压，令基准电压

=

，对基准电压进行实时调整，以在外界环境变化造成基准电压变化时作出实时调整，避免输液管未流空时误判情况的发生；跳转执行步骤c)，以求取新的报警阈值电压

；h).发出报警信号，微控制器控制报警电路发出语音、闪光和震动报警信号中的一种或者多种，以提醒患者、医护人员或陪护人员输液完毕。

本发明的医用静脉输液报警器，步骤b)中所述的取值为10～30，步骤e)中所述

的取值为10～30，

的取值为3～5；在电源正与电源地之间的电压为5V的情况下，所述

为0.4～0.8V。

本发明的有益效果是：本发明的医用静脉输液报警器，通过将检测装置中的红外线发射管和光敏接收管置于输液管的两端，当输液管中有、无液体流过时，会使得光敏接收管流经的电流大小不同；报警装置根据检测的光敏接收管两端的电压大小，即可判断出输液管是否流空，进而发出报警信号来提醒医护人员、陪护人员或病人，以便换输液瓶或者拔除输液器终止输液，避免了由于输液所导致的医疗事故的发生。

本发明的医用静脉输液报警器的检测方法，在基准电压的求取过程中，采用实时采集的电压的平均值作为基准电压，避免了不同颜色和透明度的输液管和静滴液对检测电压的影响，实现了基准电压的个体化确定技术；利用中位值滤波法求取检测电压值，有效地消除了静滴过程中输液管内流过的小气泡对采样电压的干扰；采用基于定时电压取样的阈值电压动态管理技术，解决了环境温度、湿度、光照持续缓慢变化对阈值电压的影响，避免了误判输液管流空现象的发生。

附图说明

图1为本发明的医用静脉输液报警器的原理图；

图2为本发明的报警器中报警装置的电路原理图；

图3为本发明的报警器中检测装置的电路图；

图4为本发明的报警装置电路中微控制器和时钟电路的电路图；

图5为本发明的报警装置电路中电源模块的电路图；

图6为本发明的报警装置电路中报警调节按键的电路图；

图7为本发明的报警装置电路中报警电路和报警信号调节的电路图；

图8为本发明的医用静脉输液报警器的检测方法的流程图。

图中：1微控制器，2电源模块，3时钟电路，4红外对管，5电压信号采集电路，6报警预览按键，7灯光报警调节按键，8震动报警调节按键，9语音报警调节按键，10语音芯片，11语音报警电路，12灯光报警电路，13震动报警电路，14报警信号调节电路，15检测装置，16报警装置，17输液管，18红外线发射管，19光敏接收管。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，分别给出了本发明的医用静脉输液报警器的原理图和报警装置的电路图，其由检测装置15和报警装置16组成，检测装置设置于输液管17上，用于检测输液管中是否有液体流过，以判断输液管是否流空，其由红外对管4组成。红外对管4由红外线发射管18和光敏接收管19组成，红外线发射管18和光敏接收管19分别设置于输液管17的两侧，输液管17在有液体流过和无液体流过的情况下，光敏接收管9所接收到的红外线发射管18发出的管线数量是不相等的，进而使得流经光敏接收管9的电流大小也不相等，报警装置通过对光敏接收管两端电压的测量，即可判断出输液管中是否有液体流过，这是本发明的静脉输液报警器判断输液管是否流空的原理所在。

所示的报警装置16具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，其由微控制器1、电源模块2、时钟电路3、语音报警电路11、灯光报警电路12、震动报警电路13、报警预览按键6、灯光报警调节按键7、震动报警调节按键8、语音报警调节按键9以及报警信号调节电路14组成；电源用于给整个报警器的工作提供稳定的直流电源，时钟电路给微控制器1提供脉冲信号。语音报警电路11、灯光报警电路12、震动报警电路13分别于微控制器1的输出端相连接，分别实现语音、灯光和震动信号的报警。如图4所示，给出了微控制器1和时钟电路3的电路图，微控制器1的型号可采用ATMEGA8A，其具有A/D转换接口，可直接对模拟型号进行采集。

图2中，红外对管4通过电压信号采集电路5与微控制器的A/D采集接口相连接，如图3所示，给出了检测装置15的电路图，所示的红外对管4中的红外线发射管18的阳极经电阻R11后与电源正相连接，其阴极与电源地相连接，以便通电后红外线发射管18可始终发出红外光线。光敏接收管19的阳极经电阻R12后与电源正相连接，其阴极与电源地相连接，光敏接收管19的阳极与微控制器1的A/D采集端口相连接，以实时检测光敏接收管19两端的电压。由红外线发射管18和电阻R11组成电路的两端，还并联有发光二极管D2和电阻R14组成的电路，以指示检测装置15在工作。当光敏接收管19所接收的由红外线发射管18发出的红外线数量发生变化时，会使流经光敏接收管19中的电流发生变化，会使得电阻R12两端的电压发生变化，进而使微控制器所采集的光敏接收管19两端的电压发生变化。

如图5所示，给出了电源模块的2的电路图，其由充电管理芯片CN3062和电源管理芯片HT7033组成。如图6所示，给出了报警调节按键的电路图，所示的按键S1、S2、S3、S4分别为报警预览按键6、灯光报警调节按键7、震动报警调节按键8、语音报警调节按键9，其对应的引线K1、K2、K3、K4分别于微控制器1的不同输入端口相连接。

如图7所示，给出了语音报警电路11、灯光报警电路12、震动报警电路13以及报警信号调节电路14的电路图，所示的报警信号调节电路14由三组二路双向模拟开关芯片74HC4053组成，74HC4053芯片的选择端口S1、S2、S3分别于微控制器1的不同输出端口相连接，其第一组两独立输入/输出引线的标号为LED0、LED1,其公共端LED接高电平；第二组两独立输入/输出引线的标号为SPR0、SPR1,其公共端SPR接高电平；第三组两独立输入/输出引线的标号为MTR0、MTR1,其公共端MTR接高电平，在微控制器1的控制作用下，两独立输入/输出端选择性地与公共端连通。所示的灯光报警电路12由发光二极管D1组成，D1的阳极经电阻R9、R10分别与双向模拟开关的LED0、LED1引线相连接，由于R9=510Ω，R10=1.5KΩ，故当R9所在的回路导通时，D1的亮度要大于R10导通时D1的亮度。语音报警电路由语音芯片组成，所示三极管Q2的基极与语音芯片的控制端SPR相连接，三极管Q2的基极与发射极之间并联有电容C20，Q2的发射极经电阻R17、R18分别与标号为SPR0、SPR1的引线相连接，由于阻R17、R18的阻值不用，SPR0、SPR1引线导通时可控制语音报警电路11音量的高低。所示的震动报警电路13由电机B1组成，电机B1的两端分别串联三极管Q1和电阻R16后接于电源正和电源地上。三极管Q1的基极经电阻R13、R15分别与芯片74HC4053的MTRO、MTR1引线相连接，由于R13与R15的大小不同，因此可对震动的强度进行控制。

如图8所示，给出了本发明的医用静脉输液报警器的检测方法的流程图，其可通过以下步骤来实现：

a).采集红外对管的电压，将检测装置固定于输液管上，当输液管内有稳定的液体流过时，开启静脉输液报警器，微控制器采集光敏接收管上的电压；

b).确定基准电压，连续采集个光敏接收管上的电压值

、

、…、，利用公式（1）求出适用于本次输液条件的基准电压

：

    (1)

c).确定报警阈值电压，利用公式（2）求出输液报警器产生报警信号的阈值电压

：

    (2)

其中，

为电压灵敏度；

d).实时采集电压信号，在病人输液的过程中，微控制器实时采集检测装置输出端的电压值；

e).对电压进行中位值滤波，首先对连续采集的

个电压数值按照大小进行排序，并去除排序后的前

个和后

个电压数值，对剩余的

-2

个电压数值求平均值，求取的平均值作为检测电压值

；

f).判断检测电压是否达到报警阈值电压，根据步骤c)中确定的阈值电压

和步骤e)求取的检测电压值

，判断不等式≥

是否成立，如果成立，则执行步骤h)；如果不成立，则执行步骤g)；

g).改变基准电压，令基准电压=，对基准电压进行实时调整，以在外界环境变化造成基准电压变化时作出实时调整，避免输液管未流空时误判情况的发生；跳转执行步骤c)，以求取新的报警阈值电压

；

h).发出报警信号，微控制器控制报警电路发出语音、闪光和震动报警信号中的一种或者多种，以提醒患者、医护人员或陪护人员输液完毕。

步骤b)中所述

的取值为10～30，步骤e)中所述

的取值为10～30，

的取值为3～5；在电源正与电源地之间的电压为5V的情况下，所述为0.4～0.8V。

本发明的医用静脉输液报警器，可准确地判断出输液管是否流空，进而发出报警信号来提醒医护人员、陪护人员或病人，以便换输液瓶或者拔除输液器终止输液。本发明的检测方法，避免了不同颜色和透明度的输液管和静滴液对检测电压的影响，消除了静滴过程中输液管内流过的小气泡对采样电压的干扰，避免了误判输液管流空现象的发生。 

Claims (7)

1.一种医用静脉输液报警器，包括设置于输液管（17）上的检测装置（15）以及进行信号采集、处理并发出报警信号的报警装置，检测装置用于检测输液管是否流空；其特征在于：所述检测装置由红外对管（4）组成，红外对管由位于输液管两侧的红外线发射管（18）和光敏接收管（19）组成；报警装置由具有信号采集、数据运算和控制输出的微控制器组成，微控制器通过电压信号采集电路（5）与红外对管相连接，以检测光敏接收管上的电压；所述微控制器的输出端连接有灯光报警电路（12）、震动报警电路（13）和/或语音报警电路（11）。

2.根据权利要求1所述的医用静脉输液报警器，其特征在于：所述微控制器（1）的输入端连接有报警预览按键（6）、灯光报警调节按键（7）、震动报警调节按键（8）和语音报警调节按键（9），微控制器的输出端连接有对报警信号的强度和有无进行调节的报警信号调节电路（14）。

3.根据权利要求1或2所述的医用静脉输液报警器，其特征在于：所述微控制器（1）的输入端连接有电源模块（2）和时钟电路（3），微控制器通过语音芯片（10）与语音报警电路（11）相连接。

4.根据权利要求1或2所述的医用静脉输液报警器，其特征在于：所述红外对管（4）中的红外线发射管（18）的阳极经电阻R11与电源正相连接，红外线发射管的阴极与电源地相连接；光敏接收管的阳极经电阻R12与电源正相连接，阴极与电源地相连接，光敏接收管的阳极与微控制器（1）的A/D采集端口相连接；电阻R11和红外线发射管的两端并联有由电阻R14与发光二极管D2组成的指示电路。

5.根据权利要求2所述的医用静脉输液报警器，其特征在于：所述语音报警电路（11）、灯光报警电路（12）和震动报警电路（13）分别由OTP语音芯片、发光二极管D1和震动电机B1组成，报警信号调节电路（14）由三组二路双向模拟开关芯片74HC4053组成，模拟开关芯片的选择端口与微控制器（1）的输出端口相连接；模拟开关芯片的第一组两独立输入/输出端分别经电阻R9、R10与发光二极管D1相连接，第二组两独立输入/输出端分别经电阻R17、R19与语音芯片的控制端相连接，第三组两独立输入/输出端分别经电阻R13、R15与控制振动电机B1工作的三极管Q1相连接；所述R9与R10、R17与R19以及R13与R15的阻值均不相等。

6.一种基于权利要求1所述的医用静脉输液报警器的检测方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).采集红外对管的电压，将检测装置（15）固定于输液管（17）上，当输液管内有稳定的液体流过时，开启静脉输液报警器，微控制器采集光敏接收管（19）上的电压；

b).确定基准电压，连续采集                                               

个光敏接收管上的电压值

、

、…、

，利用公式（1）求出适用于本次输液条件的基准电压

：

    (1)

c).确定报警阈值电压，利用公式（2）求出输液报警器产生报警信号的阈值电压

：

    (2)

其中，

为电压灵敏度；

d).实时采集电压信号，在病人输液的过程中，微控制器实时采集检测装置输出端的电压值；

e).对电压进行中位值滤波，首先对连续采集的

个电压数值按照大小进行排序，并去除排序后的前

个和后

个电压数值，对剩余的

-2个电压数值求平均值，求取的平均值作为检测电压值

；

f).判断检测电压是否达到报警阈值电压，根据步骤c)中确定的阈值电压

和步骤e)求取的检测电压值

，判断不等式≥

是否成立，如果成立，则执行步骤h)；如果不成立，则执行步骤g)；

g).改变基准电压，令基准电压

=，对基准电压进行实时调整，以在外界环境变化造成基准电压变化时作出实时调整，避免输液管未流空时误判情况的发生；跳转执行步骤c)，以求取新的报警阈值电压

；

h).发出报警信号，微控制器控制报警电路发出语音、闪光和震动报警信号中的一种或者多种，以提醒患者、医护人员或陪护人员输液完毕。

7.根据权利要求6所述的医用静脉输液报警器的检测方法，其特征在于：步骤b)中所述

的取值为10～30，步骤e)中所述

的取值为10～30，

的取值为3～5；在电源正与电源地之间的电压为5V的情况下，所述

为0.4～0.8V。

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