CN112107763A - 一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统，涉及无线传感网络和智慧医疗领域,包括输液监测终端、网络中继器和监测中心三部分，组网方式优先采用ZigBee无线网络。本发明利用多传感器的方式对输液过程进行精细化实时监测，并构建低功耗、多节点、稳定的无线传感网络。本发明设计的系统结构简单，成本低，易于医护人员操作，能帮助医护人员进行合理的工作安排和管理，同时还能及时发现输液安全问题。

Description

一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统
技术领域
本发明涉及无线传感网络和智慧医疗领域，特别涉及一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统。
背景技术
静脉输液是临床医疗上常见的一种治疗手段，大量应用于住院病人。目前，国内大多数医院仍采用医护人员人工巡查的方式对病人输液状态进行管理。但是，在长时间的输液过程中，陪护人员经常会因为过度疲劳而注意力不集中，医护人员则由于人力资源不足而无法及时发现问题，例如静脉血液回流、滴速过快、针头滑出静脉、针头阻塞、拔针不及时等，严重时甚至会造成医疗事故。目前，病房所使用的床头呼叫系统，只能实现单向的呼叫功能，仍然严重依靠医护与陪护人员监督输液过程，不能实时地主动监测输液状态。随着传感器技术、无线通信技术、低功耗嵌入式技术的发展，搭建医用的无线网络对病人体征、治疗状态等信息进行监测成为可能。
目前，常见的输液监测方式是在输液系统上采用单一传感器对输液过程监测，主要是称重传感器和光电传感器两种传感器。基于单一称重传感器的输液监测装置可以实现对所挂输液袋进行重量的实时监测，但是称重传感器无法精确地检测到每滴液体的重量，得到的滴速是在一段时间内的平均滴速，因此对输液过程中滴速的检测存在延时且模糊，存在安全隐患。基于单一光电传感器的输液监测装置基于光电开关的原理对墨菲式管中下落液滴进行检测和计数，实现对输液过程的精细化监测。虽然基于光电传感器的装置可以通过累计液滴数和输液管路的滴系数换算输液余量，但是该计算过程会累计误差，会造成余量预警的误判。
总体来说，目前所提出的输液监测系统存在以下问题：(1)基于单一称重传感器的输液监测系统无法对输液过程精细化监控，主要表现为对输液滴速检测不精确；(2)基于单一光电传感器的输液监测系统无法实现对输液余量的准确测量。
发明内容
本发明为解决上述现有技术中的不足，提供一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统，具有精细地、准确地监测输液过程的功能。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统，包括输液监测终端、网络中继器和监测中心，所述输液监测终端与所述网络中继器连接，所述网络中继器与所述监测中心连接；所述网络中继器通过无线网络将接收到的输液监测终端发送的监测数据转发到监测中心，所述监测中心中的协调器负责接收数据后发送到服务器中，服务器对所得数据进行存储、处理和上位机显示；
所述输液监测终端包含三层功能结构；所述输液监测终端的第一层结构为传感器模块，所述传感器模块包括称重传感器、称重传感器上端夹具、称重传感器下端夹具和光电传感器；
所述输液监测终端的第二层结构为输液监测终端电路，所述输液监测终端电路包括数据处理模块、显示模块、按键模块和通信模块；
所述输液监测终端的第三层结构为输液监测终端面板，所述输液监测终端面板包括显示屏和按键阵列；
所述称重传感器与所述光电传感器分别于所述数据处理模块连接，所述数据处理模块分别于所述显示模块、通信模块、按键模块连接；
所述称重传感器被所述称重传感器上端夹具与所述称重传感器下端夹具固定，用于对下端挂钩所悬挂的输液袋进行重量检测；所述光电传感器用于对墨菲式管中下落的液滴进行检测；所述称重传感器与所述光电传感器检测所得的数据通过数据传输线发送到数据处理模块；
所述数据处理模块对接收到的称重传感器与所述光电传感器数据进行处理；对于称重传感器数据，结合预设的校准函数，输出计算后的输液袋余量值；对于光电传感器数据，计算每两个脉冲之间的时间间隔，得到实时滴速；所述数据处理模块将数据输出至显示模块，所述显示模块将数据转换后发送到显示屏上显示；所述数据处理模块将数据输出至通信模块，将数据根据通信协议转换后发送；所述按键阵列中，相应的按键被按下后，按键模块输出相应的电信号到数据模块处理，处理结果通过显示模块在显示屏上显示。
优选的，所述称重传感器选用高精度称重传感器；
优选的，所述光电传感器采用反射式光电传感器，所述光电传感器发射端和接收端在同一侧；每当液滴下落时，发射端发出的光经过液滴发射，部分光会被同侧的接收端接收，形成一个脉冲信号。
优选的，所述无线网络采用ZigBee技术搭建。
优选的，所述输液监测终端还向监测中心发送终端硬件状态、电池电量等信息，所述输液监测终端和监测中心之间还互相发送心跳包来确定网络状态；
优选的，所述服务器具备扩展接口，可以将数据可视化到电子屏幕，也可以将数据发送到移动终端上。本输液监测系统还具有以下有益效果：
1.采用高精度称重传感器和反射式光电传感器结合的方式对输液过程进行监测，一方面保证了输液余量的精确测量，另一方面确保输液过程的精细化实时监测。
2.采用ZigBee无线技术组建无线传感网络，具有低功耗、节点多、通信稳定和自组网的优点，特别适合于医院环境下的输液监测。
3.本系统结构简单，成本低，易于医护人员操作。
4.本系统实现对输液全程实时精细化监测，能解决目前存在的医护人员工作效率低、人力资源紧张等问题，便于医护人员进行合理的工作安排和管理，同时还能及时发现输液安全问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明实施例的无线网络拓扑结构。
图中；1、输液监测终端；11、传感器模块；111、称重传感器；112、称重传感器上端夹具；113、传感器下端夹具；114、光电传感器；12、监测终端电路；121、数据处理模块；122、显示模块；123、按键模块；124、通信模块；13、输液监测终端面板；131、显示屏；132、按键阵列；2、网络中继器；3、监测中心；31、协调器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1，本实施例提供了一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统，包括输液监测终端1、网络中继器2和监测中心3。其中，输液监测终端1、网络中继器2和监测中心3之间采用ZigBee无线技术进行数据传输。
输液监测终端1实现对输液过程的实时监测，具有三层功能结构，第一层结构是传感器模块11，包括称重传感器111、称重传感器上端夹具112(含吊环)、称重传感器下端夹具113(含挂钩)和光电传感器114。第二层结构是监测终端电路12，包含数据处理模块121、显示模块122、按键模块123和通信模块124。第三层结构是输液监测终端面板13，包含显示屏131和按键阵列132。
称重传感器11通过称重传感器上端夹具(含吊环)112和称重传感器下端夹具(含挂钩)113固定，吊环用于悬挂输液监测终端1，挂钩用于悬挂被测输液系统的输液袋或输液瓶。挂钩所承受的重量会通过称重传感器下端夹具(含挂钩)113传递到高精度的称重传感器11，称重传感器11将重量转换为电信号，通过数据传输线发送到数据处理模块121处理。数据处理模块121中存有预先校准的称重传感校准函数，将得到的称重传感器11的信号校准计算为重量数据。数据处理模块121将得到的重量数据与预设的预警阈值和报警阈值对比，一旦低于预警阈值或报警阈值，则生成预警信号或报警信号。本实施例中，预警阈值设置为本次输液重量的20％～30％，报警阈值设置为本次输液重量的3％～5％。
反射型的光电传感器114固定在被测输液系统的墨菲式管上，每当有液滴下落时，光电传感器114发射的光会被液滴表面反射回接收端，接收端检测到光信号从无到有的变化，输出一个电脉冲，通过数据传输线发送到数据处理模块121处理。数据处理模块121计算每两个脉冲之间的时间间隔，得到实时滴速，单位为滴/秒。数据处理模块121将得到的滴速值与预设的滴速安全区间对比，一旦滴速不在安全区间范围内，则生成滴速过慢或过快的滴速异常报警信号。滴速安全区间由医护人员根据输液药物不同设置。
数据处理模块121将计算得到的余液重量数据和实时滴速数据发送到显示模块122，由显示模块122转换数据格式后发送到显示屏131显示。本实施例中，显示屏选用LCD屏幕。数据处理模块121还将上述数据发送到通信模块124，通信模块124按照ZigBee通信协议格式转换成数据包后发送，经由网络中继器2转发，由监测中心3的协调器31接收，按照ZigBee通信协议格式解码获得输液监测数据，并发送至服务器32存储、处理和上位机显示。
医护人员可以通过按键阵列132结合显示屏131进行参数设置和信息查看，当按键阵列132中的按键被按下时，按键模块123会输出相应的电信号到数据处理模块121，数据处理后将相应的电信号发送到显示模块122，并在显示屏131上显示，同时该结果也会发送到通信模块124，最终保存到服务器32中。
本实施例中，基于工业级ZigBee芯片设计输液监测终端1的通信模块124、网络中继器2和监测中心3的协调器31，并组建了多节点、低功耗的网状网结构，如附图2所示。通过优化电路设计和通信频次，通信模块124以1s/次的通信频次进行广播数据，发射功率约27mW，其中电压为3V，电流为9mA。定点测试1小时，网络丢包率为0％，终端移动过程中网络切换时间<2s。室内最远通信距离可以覆盖55m以上，一个协调器31所建立的网络可以支持65000个终端节点。附图2所示的网状网结构还具有很好的网络稳定性和自愈性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统，其特征在于：包括输液监测终端(1)、网络中继器(2)和监测中心(3)，所述输液监测终端(1)与所述网络中继器(2)连接，所述网络中继器(2)与所述监测中心(3)连接；所述网络中继器(2)通过无线网络将接收到的输液监测终端(1)发送的监测数据转发到监测中心(3)，所述监测中心(3)中的协调器(31)负责接收数据后发送到服务器中，服务器对所得数据进行存储、处理和上位机显示；
所述输液监测终端(1)包含三层功能结构；所述输液监测终端(1)的第一层结构为传感器模块(11)，所述传感器模块(11)包括称重传感器(111)、称重传感器(111)上端夹具、称重传感器(111)下端夹具和光电传感器(114)；
所述输液监测终端(1)的第二层结构为输液监测终端(1)电路，所述输液监测终端(1)电路包括数据处理模块(121)、显示模块(122)、按键模块(123)和通信模块(124)；
所述输液监测终端(1)的第三层结构为输液监测终端(1)面板，所述输液监测终端(1)面板包括显示屏(131)和按键阵列(132)；
所述称重传感器(111)与所述光电传感器(114)分别于所述数据处理模块(121)连接，所述数据处理模块(121)分别于所述显示模块(122)、通信模块(124)、按键模块(123)连接；
所述称重传感器(111)被所述称重传感器(111)上端夹具与所述称重传感器(111)下端夹具固定，用于对下端挂钩所悬挂的输液袋进行重量检测；所述光电传感器(114)用于对墨菲式管中下落的液滴进行检测；所述称重传感器(111)与所述光电传感器(114)检测所得的数据通过数据传输线发送到数据处理模块(121)；
所述数据处理模块(121)对接收到的称重传感器(111)与所述光电传感器(114)数据进行处理；对于称重传感器(111)数据，结合预设的校准函数，输出计算后的输液袋余量值；对于光电传感器(114)数据，计算每两个脉冲之间的时间间隔，得到实时滴速；所述数据处理模块(121)将数据输出至显示模块(122)，所述显示模块(122)将数据转换后发送到显示屏(131)上显示；所述数据处理模块(121)将数据输出至通信模块(124)，将数据根据通信协议转换后发送；所述按键阵列(132)中，相应的按键被按下后，按键模块(123)输出相应的电信号到数据模块处理，处理结果通过显示模块(122)在显示屏(131)上显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统，其特征在于：所述称重传感器(111)选用高精度称重传感器(111)。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统，其特征在于：所述光电传感器(114)采用反射式光电传感器(114)，所述光电传感器(114)发射端和接收端在同一侧；每当液滴下落时，发射端发出的光经过液滴发射，部分光会被同侧的接收端接收，形成一个脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统，其特征在于：所述无线网络采用ZigBee技术搭建。
5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统，其特征在于：所述输液监测终端(1)还向监测中心(3)发送终端硬件状态、电池电量等信息，所述输液监测终端(1)和监测中心(3)之间还互相发送心跳包来确定网络状态。
6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器和无线传感网络的输液监测系统，其特征在于，所述服务器具备扩展接口，可以将数据可视化到电子屏幕，也可以将数据发送到移动终端上。
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