CN106620959A - 分布式大容量智能输液监测系统 - Google Patents

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Abstract

一种分布式大容量智能输液检测系统，至少一个液位数据采集控制单元，并发无线传输单元，大数据分析单元和调度单元，液位数据采集控制单元包括：点滴速度测量模块，储液液面检测模块，报警模块和点滴速度控制模块；并发无线传输单元采用星型组网模型，并用433M无线模块；液面采集和点滴速度测量都采用反射式红外光电传感器。本发明采用无线通信的手段，实时采集液位情况，经过大数据统筹分析，远程控制输液的速度，总体调度，避免出现峰值护士无法同时处理的情况，解决病房内高度密集输液病人的并发通信及控制的问题，让护理人员监控病人打点滴的进程时间得到充分利用。并能在液体缺少时提醒护理人员及时处理，保证医疗设备安全有效的运行。

Description

分布式大容量智能输液监测系统
技术领域
本发明涉及输液监测系统，特别的，涉及一种分布式大容量智能输液监测系统。
背景技术
输液(俗称打点滴)是临床医学上最常用的治疗手段。在病人输液的过程中，往往由于病人体质虚弱、昏迷、入睡或者医护人员正在别处忙碌等而无法留意到输液全过程，从而需要专人监护，这既加重了护理人员的劳动负担，也不利于病区的综合管理。当输液完毕，若处理不及时，病人的血液就会因空管而倒流人输液针管内，时间稍长会使扎针处严重肿胀。若处理过早，即药液还未完全输尽就摘瓶取管，则又会造成药液的浪费。因此常规输液常引发病人的不满以至投诉，使医护人员非常无奈。
目前国内外常见的输液报警监控技术主要是对输液完成信息的提取，它概括起来共有5种方法:
①电极法：它是从输液瓶口插入2根电极，利用药物的导电特性来检验瓶内药物是否用完。毫无疑问，该技术具有较低的成本，但存在着安全隐患—药物特性是否会因通电而受到影响，还有电极的消毒问题。
②测重法：它是利用弹簧秤或压力传感器或电磁感应开关(干簧管)根据药物重量变化来判断药液输完与否，方法虽然简便，但其可靠性和适应性(对袋装及塑料瓶装液体不宜)无疑受到质疑。
③液面检测法：通过固定在输液瓶或输液管上的光电传感器(有采用半导体激光的，也有采用红外光的)利用液面下降到预定位置时对光的反射或折射情况的变化来判断药物输完与否，容易受到干扰。
④超声回波检测法：它是通过脉冲信号激励超声波发生器发出超声波，当超声到达输液瓶中液面后被液面反射回到超声波接收器，通过检测超声波从发射到接收需的时间，再根据超声波在介质中传播的速度及仪器安装高度，即可得出输液瓶中度。具有非接触的特点，且性能可靠、安全性好，具有实用价值，但是由于超声波探头价格昂贵及安装操作复杂，也阻碍了超声回波技术在静脉输液检测中的应用。
⑤液滴计数法：它是根据临床医学的有关知识，一定量(以毫升为计量单位)的药液其输液量与药滴数有关，一般来说从莫非管式滴管滴落的每一滴为1/20毫升，或者是每20滴液滴总计一毫升。因此只要能检测液滴滴数，即可检测到药液的输入量。这种技术由于操作方便、价格便宜，且可靠性，实用性好它已经得到了大量的使用。
输液作为临床医疗工作中常用的辅助治疗手段，如果输液速度过快，短时间内输入过多液体，这样就会使循环血容量急剧增加，心脏负担过重而引起水肿，严重者有生命危险。有心力衰竭或心脏病史的患者，快速、大量输液或加重心力衰竭，重者或诱发肺水肿。输液快结束时，如果病人在输液时无人陪护或者医护人员未能及时换药或拔针头，就会发生回血或其他危险，给病人造成痛苦甚至发生医疗事故。且输液过程中座位床位随机安排，患者经常需要挪动等特点。输液监测设备组网的方式采用无线传输的方式最具有实用价值，传统的设备往往采用串口线通信，大大限制了患者的活动能力造成不便，且组网的能力差，扩展性差
综上，目前的输液监测设备主要集中在研究单一设备上，而没有提出系统的解决方案；将设备、病人、护士形成一个有机整体并形成闭环控制，缺乏大数据统筹分析调度；数据传输方式落后，组网能力差；也没有解决大容量并发通信的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于发明一种分布式设备自动监测输液的设备和系统，采用无线通信的手段，可以实时采集液位情况，经过大数据统筹分析，远程控制输液的速度，总体调度，避免出现峰值护士无法同时处理的情况。
本发明的技术解决方案为：一种分布式大容量智能输液检测系统，包括：至少一个液位数据采集控制单元1，并发无线传输单元2，大数据分析单元3和调度单元4；所述液位数据采集控制单元1与并发无线传输单元2、调度单元4相连，大数据分析单元3分别与并发无线传输单元2和调度单元4相连。
所述液位数据采集控制单元1包括分布式控制器11，点滴速度测量模块12，储液液面检测模块13，报警模块14，点滴速度控制模块15。分布式控制器11用于与液位数据采集控制单元中的各模块，以及无线传输模块连接，接收信息并发出控制指令。点滴速度测量模块12用于测量点滴输液的速度。储液液面检测模块13用于检测输液瓶的液面高度，并在到达给定输液位置时，认为输液过程已经结束，控制报警模块14发出报警。点滴速度控制模块15用于控制点滴输液的速度。
所述并发无线传输单元2包括无线传输模块21，大容量数据并发服务器22。无线传输模块21与液位数据采集控制单元1中的分布式控制器11相连，用于将液位数据采集控制单元1采集到的液面数据和点滴速度数据传输给大容量数据并发服务器22，并接收来自大容量数据并发服务器22的点滴速度控制信号。大容量数据并发服务器22用于和无线传输模块21通讯，接收各输液点的无线传输模块21所传输的液面数据和点滴速度数据，并传输相应控制指令。
所述大数据分析单元3，用于接收所述大容量数据并发服务器22中的各输液点的液面数据和点滴速度数据，设定某个监测点的处理时间间隔，将各个监测点的输液进度进行排队，并对结束时间预估，如果任意两个相邻的监测点预估结束时间小于处理时间间隔，所述分析单元将调整两点的输液速度，并重新计算所有输液点的输液进度和预估结束时间，直到得到一个合理的时间间隔，并将速度的控制指令发给所有输液点。
所述调度单元4，用于通过视频和/或音频的方式提醒护士处理输液情况，并根据需要控制或者调节某个输液点的输液速度。
所述并发无线传输单元2采用星型组网模型，所述无线传输模块21为433M无线模块。
所述点滴速度测量模块12采用反射式红外光电传感器测量液滴，采集计数。当液滴滴落时，反射式红外光电传感器检测到光反射，从而产生一个电平信号，该电平信号经过放大器放大后输入到定时器NE555的输入端，定时器通过多个电平信号的间隔来计算点滴速度。
所述储液液面检测模块采用反射式红外光电传感器，并设置临界储液液面在警戒液位处。当瓶内液体的液面高度低于警戒液位时，反射式红外光电传感器将检测到反射光，传感器相应得产生电平信号，通过对该类电平信号的监测来实现对液面高度的检测。
所述点滴速度控制模块15包括步进电机，所述步进电机接收来自分布式控制器11的控制信号，根据控制信号控制输液滴管的松紧度，从而实现点滴速度控制。
所述分布式传感器的工作流程为，在初始化后，通过储液液面检测模块读取液面高度，通过无线传输模块接收无线指令，如有指令则执行无线指令，否则，则继续读取液面高度，等待无线指令。
综上，本发明采用无线通信的手段，可以实时采集液位情况，经过大数据统筹分析，远程控制输液的速度，总体调度，避免出现峰值护士无法同时处理的情况，采用自动化手段对输液进行监测、控制和报警，同时解决病房内高度密集输液病人的并发通信及控制的问题，让护理人员监控病人打点滴的进程时间得到充分利用。通过对医用液体储量的监测，让医护人员可随时了解液体余量，并能在液体缺少时提醒护理人员及时处理，保证医疗设备安全有效的运行，提高医护人员的工作效率，杜绝事故隐患。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据本发明的分布式大容量智能输液检测系统的模块图；
图2示出了根据本发明的分布式大容量智能输液检测系统整体流程图；
图3示出了根据本发明的智能输液检测系统的输液点的分布式控制器的工作流程图；
图4示出了根据本发明的点滴速度测量模块的测量流程图；
图5示出了根据本发明的储液液面检测模块的检测流程图。
图中的附图标记所分别指代的技术特征为：
1、液位数据采集控制单元；11、分布式控制器；12、点滴速度测量模块；13、储液液面检测模块；14、报警模块；15、点滴速度控制模块；2、并发无线传输单元；21、无线传输模块；22、大容量数据并发服务器；3、大数据分析单元；4、调度单元。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。
参见图1，示出了根据本发明的具体实施例的分布式大容量智能输液检测系统的模块图，图2示出了根据本发明的分布式大容量智能输液检测系统整体流程图。
该分布式大容量智能输液检测系统包括：至少一个液位数据采集控制单元1，并发无线传输单元2，大数据分析单元3和调度单元4；所述液位数据采集控制单元1与并发无线传输单元2、调度单元4相连，大数据分析单元3分别与并发无线传输单元2和调度单元4相连。
液位数据采集控制单元1包括分布式控制器11，点滴速度测量模块12，储液液面检测模块13，报警模块14，点滴速度控制模块15。其中，分布式控制器11用于与液位数据采集控制单元中的各模块，以及无线传输模块连接，接收信息并发出控制指令。点滴速度测量模块12用于测量点滴输液的速度。储液液面检测模块13用于检测输液瓶的液面高度，并在到达给定输液位置时，认为输液过程已经结束，控制报警模块14发出报警。点滴速度控制模块15用于控制点滴输液的速度。
并发无线传输单元2包括无线传输模块21，大容量数据并发服务器22。无线传输模块21与液位数据采集控制单元1中的分布式控制器11相连，用于将液位数据采集控制单元1采集到的液面数据和点滴速度数据传输给大容量数据并发服务器22，并接收来自大容量数据并发服务器22的点滴速度控制信号。大容量数据并发服务器22用于和无线传输模块21通讯，接收各输液点的无线传输模块21所传输的液面数据和点滴速度数据，并传输相应控制指令。
大数据分析单元3，用于接收所述大容量数据并发服务器22中的各输液点的液面数据和点滴速度数据，设定某个监测点的处理时间间隔，将各个监测点的输液进度进行排队，并对结束时间预估，如果任意两个相邻的监测点预估结束时间小于处理时间间隔，所述分析单元将调整两点的输液速度，并重新计算所有输液点的输液进度和预估结束时间，直到得到一个合理的时间间隔，并将速度的控制指令发给所有输液点。最终系统将得到一个稳定的输液次序和速度控制的平衡。
大数据的分析和调度将护士的工作变的更有秩序，全局掌握输液进度，不会同时出现输液完毕的情况，并将相邻进度的输液结束时间合理拉开，不仅提升了护士的工作效率，更提前做到了预测预判，减少工作差错的风险
所述调度单元4，用于通过视频和/或音频的方式提醒护士处理输液情况，并根据需要控制或者调节某个输液点的输液速度。
调度单元4单元属于用户交互部分，例如可以设置在护士站，系统将调度和监测结果推送到护士调度台，通过直观的柱状图，时间倒计时，报警铃等多种方式提醒护士处理输液情况，护士也可以根据需要控制和调节任何一个监测点的输液速度，比如临时任务拉长的某个监测点的处理时间，通过人工设置，其相邻的监测点的输液速度和后续有影响的监测点将自动调节，以匹配人工处理的速度，到达输液工作的有序管理调度的目的。上述数据将传输至点滴速度控制模块15，通过控制点滴输液的速度来实现输液的有序管理调度。
本发明在输液临床中，将实时采集，实时统筹分析，实时输液速度控制，预警提示等各个环节串联起来形成有机统一整体，与传统的偏重液面的监测的单一装置相比，使输液管理自动化，智能化水平更高，更加安全，调度合理。
进一步的，所述并发无线传输单元2采用星型组网模型，所述无线传输模块21为433M无线模块，这样，该并发无线传输单元能够采用轮询的方式采集数据，所有的液位数据采集控制单元所连接的433M无线模块都处于监听状态，大容量数据并发服务器广播查询命令，所有的无线模块收到后查看自己的地址，如果跟自己地址匹配，就把数据发送到并发服务器，根据实测一秒钟内至少完成20个模块的数据交互，系统滴速范围为60-80滴/分，两滴之间的最小间隔时间为0.75s，10滴的时间间隔，系统就可以轮训100多个监测点的数据，实时性完全满足应用的需要。
采用这种通信模式的优点为：接入的用户量大，不会形成冲突干扰，同时433M绕射能力强，信号穿墙效果好，并排多个房间覆盖效果好。而WIFI，ZIGBEE在2.4G的频段上，绕射能力差，室内信号很难完全覆盖。组网用户数有限，一般WIFI路由器介入64用户就到了上限，ZIGBEE号称介入用户量大，实测超过32用户干扰陡增，经常掉线，轮询的方式还避免了大并发量的通信冲突。
进一步的，所述点滴速度测量模块12采用反射式红外光电传感器采集计数。该点滴速度测量模块12设置在输液管液滴产生处的附近。直接反射式光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，直接反射式的光电开关是首选的检测模式。
在进行液体点滴速度测量时，检测精度是衡量系统精确性的一个最重要指标。将滴管放置在检测用槽形光耦的中间，在检测过程中，液滴呈近椭圆状向下加速运动并通过槽型光耦。由于液滴的表面是曲面，上半部与下半部将光线两次折射，使接收端接收不到光，仅在液滴中部光线可以直射穿过，产生这样的波形是不稳定的，干扰较大。
为了解决上述问题，点滴速度测量模块12采用了定时器NE555接成单稳态触发器，将输出脉冲波形整形后再输入分布式控制器11。参见图4，示出了根据本发明的点滴速度测量模块的测量流程图，当液滴滴落时，反射式红外光电传感器检测到光反射，从而产生一个电平信号，该电平信号经过放大器放大后输入到定时器NE555的输入端，定时器通过多个电平信号的间隔来计算点滴速度。
进一步的，液位检测是指输液时，当液面低于给定的输液位置时，认为输液过程己经结束，应发出报警信号，停止输液操作，以保证患者的安全。
储液液面检测模块13也采用反射式红外光电传感器，并设置临界储液液面在警戒液位处。参见图5，示出了根据本发明的储液液面检测模块的检测流程图。示例性的，反射式红外光电传感器包括红外发射二极管和红外接收三极管，当瓶内药液液面在光路之上时，反射式红外光电传感器中的红外接收三极管不能接收到红外发射二极管发出的光，从而截止。当瓶内液体的液面高度低于警戒液位时，反射式红外光电传感器将检测到反射光，传感器相应得产生电平信号，通过对该类电平信号的监测来实现对液面高度的检测。此时驱动相应电路发出报警信号，通知医护人员及时采取措施。报警时的输液剩余量应该足够，符合护理人员对药液剩余量的要求。
进一步的，所述点滴速度控制模块15，包括步进电机，所述步进电机接收来自分布式控制器11的控制信号，控制输液滴管的松紧度，从而达到控制输液速度的目的。
所述分布式控制器11，可以由单片机实现，其工作流程如图3所示，在初始化后，通过储液液面检测模块13读取液面高度，通过无线传输模块21接收无线指令，如有指令则执行无线指令，例如，加快或者延缓点滴速度，否则，则继续读取液面高度，等待无线指令，如此循环。
总结上述，本发明具有如下的优点：
(1)输液采集，控制，调度一体化，智能化
本发明在输液临床中，将实时采集，实时统筹分析，实时输液速度控制，预警提示等各个环节串联起来形成有机统一整体，与传统的偏重液面的监测的单一装置相比，使输液管理自动化，智能化水平更高，更加安全，调度合理。
(2)输液大数据统筹分析控制、节约成本
利用本发明所开发的装置和系统，对输液过程数据进行大数据分析，有利于科学管理，效率高、更加安全，减少人工劳动，节约成本。
下面通过实施例对本发明再进一步详细说明。
将液位采集控制单元安置在病人的输液器材上，点滴速度测量模块测量药液的点滴速度，储液液面控制检测模块测量储液量并判断是否报警，点滴速度控制模块控制药液滴落的速度。液位数据采集控制单元通过433M无线通信网络与大容量数据并发服务器建立通信连接，上传采集的药液点滴速度和储液量信息，接收上层下发的点滴速度控制命令。大数据并发服务器处理来自n个液位数据采集控制单元上报的数据信息，并分发上层命令。大数据分析单元分析液位数据采集控制单元上报的数据，根据药液量和速度规划合理的护士看护护理计划安排。护士站通过调度单元获取各个病人输液的点滴速度、储液量情况及护理规划安排，通过调度单元对任一病人的输液点滴速度进行控制。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种分布式大容量智能输液检测系统，包括：至少一个液位数据采集控制单元(1)，并发无线传输单元(2)，大数据分析单元(3)和调度单元(4)；所述液位数据采集控制单元(1)与并发无线传输单元(2)、调度单元(4)相连，大数据分析单元(3)分别与并发无线传输单元(2)和调度单元(4)相连，
所述液位数据采集控制单元(1)包括分布式控制器(11)，点滴速度测量模块(12)，储液液面检测模块(13)，报警模块(14)，点滴速度控制模块(15)；分布式控制器(11)用于与液位数据采集控制单元中的各模块，以及无线传输模块连接，接收信息并发出控制指令；点滴速度测量模块(12)用于测量点滴输液的速度；储液液面检测模块(13)用于检测输液瓶的液面高度，并在到达给定输液位置时，认为输液过程已经结束，控制报警模块(14)发出报警；点滴速度控制模块(15)用于控制点滴输液的速度；
所述并发无线传输单元(2)包括无线传输模块(21)，大容量数据并发服务器(22)；所述无线传输模块(21)与液位数据采集控制单元(1)中的分布式控制器(11)相连，用于将液位数据采集控制单元(1)采集到的液面数据和点滴速度数据传输给大容量数据并发服务器(22)，并接收来自大容量数据并发服务器(22)的点滴速度控制信号；所述大容量数据并发服务器(22)用于和无线传输模块(21)通讯，接收各输液点的无线传输模块(21)所传输的液面数据和点滴速度数据，并传输相应控制指令；
所述大数据分析单元(3)，用于接收所述大容量数据并发服务器(22)中的各输液点的液面数据和点滴速度数据，设定某个监测点的处理时间间隔，将各个监测点的输液进度进行排队，并对结束时间预估，如果任意两个相邻的监测点预估结束时间小于处理时间间隔，所述分析单元将调整两点的输液速度，并重新计算所有输液点的输液进度和预估结束时间，直到得到一个合理的时间间隔，并将速度的控制指令发给所有输液点；
所述调度单元(4)，用于通过视频和/或音频的方式提醒护士处理输液情况，并根据需要控制或者调节某个输液点的输液速度。
2.根据权利要求1所述的分布式大容量智能输液检测系统，其特征在于：所述并发无线传输单元(2)采用星型组网模型，所述无线传输模块(21)为433M无线模块。
3.根据权利要求1所述的分布式大容量智能输液检测系统，其特征在于：所述点滴速度测量模块(12)采用反射式红外光电传感器测量液滴，采集计数，当液滴滴落时，反射式红外光电传感器检测到光反射，从而产生一个电平信号，该电平信号经过放大器放大后输入到定时器NE555的输入端，定时器通过多个电平信号的间隔来计算点滴速度。
4.根据权利要求1所述的分布式大容量智能输液检测系统，其特征在于：所述储液液面检测模块采用反射式红外光电传感器，并设置临界储液液面在警戒液位处。当瓶内液体的液面高度低于警戒液位时，反射式红外光电传感器将检测到反射光，传感器相应得产生电平信号，通过对该类电平信号的监测来实现对液面高度的检测。
5.根据权利要求1所述的分布式大容量智能输液检测系统，其特征在于：所述点滴速度控制模块(15)包括步进电机，所述步进电机接收来自分布式控制器(11)的控制信号，根据控制信号控制输液滴管的松紧度，从而实现点滴速度控制。
6.根据权利要求1所述的分布式大容量智能输液检测系统，其特征在于：所述分布式传感器的工作流程为，在初始化后，通过储液液面检测模块读取液面高度，通过无线传输模块接收无线指令，如有指令则执行无线指令，否则，则继续读取液面高度，等待无线指令。
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