CN113332533B - 一种高集成化的智能输液监控系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高集成化的智能输液监控系统和方法，该系统包括：高集成化的智能输液监控模块、夹闭模块、后台服务器、安装有应用程序的移动终端和安装有应用程序的PC端；高集成化的智能输液监控模块包括主控制器；夹闭模块均与主控制器连接，主控制器还和后台服务器连接，后台服务器还和移动终端、PC端均连接；夹闭模块安装在输液管上；移动终端为医护人员和家属所携带，PC端安装在护士工作站上；高集成化的智能输液监控模块，用于检测实时输液袋的药液余量以及根据液滴异常情况控制夹闭模块的夹闭。本发明将传感器技术与物联网技术相结合，能自动检测、报警、自动夹闭、智能加热和输液进程信息显示，可大大解除病人及陪护人员不必要的人工监测输液负担，并提高护理人员的换液效率。

Description

一种高集成化的智能输液监控系统和方法

技术领域

本发明涉及智能医疗设备技术领域，具体涉及一种高集成化的智能输液监控系统和方法。

背景技术

静脉输液治疗是医疗过程中最常见的给药途径之一。目前各级医院普遍使用的输液工具是传统的茂菲氏输液器，以人工监控为主。输液过程需要护士不停地巡检，并有患者或者陪护人员观察输液进程，当有异常情况时，还需人为通知值班护士前来处理。这样不仅增加了医护人员的劳动强度，差错率也大为提升，不利于患者休息以及医疗人员的工作效率，影响治疗质量。在冬天环境温度较低时输液，冰冷的药液输入人体会给病人带来不适感，若输液完毕或者输液管堵塞而未及时处理，则可能发生回血或其他危险，造成医疗事故与医患纠纷。

此外，疫情常态化背景下，医院的相关管理规定对输液监控设备的智能化有着更高的要求。医院是病毒最容易交叉感染的一个潜在的病源地，因此医院对疫情防控要求更为严格。在这种情况下，借助高集成化的智能输液监控设备实现病人输液进程的监护可以为病人提供更安全可靠的保障。

鉴于以上情况，开发一款高集成化的智能输液监控系统显得十分重要，目前出现的一些输液监测器，只能实现通过声光报警的报警装置来监测输液情况，即通过LED灯以及蜂鸣器来发出提示灯光和声音来提醒患者及陪护人员，不具备与护士站进行无线传输通信的功能，不能将输液具体信息进行实时反馈。受限于依赖病患或其陪护人工监测输液情况，并且不能实现自动夹闭输液管、恒温加热等功能，没有从根本上缓解患者及陪护负担、解决存在的输液安全隐患，并且增加了经济负担。可见，行业内急需研发一种简单方便、智能化、精准度高的输液监控系统或者方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种能自动检测、报警、自动夹闭、智能加热的高集成化的智能输液监控系统和方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种高集成化的智能输液监控系统，包括：高集成化的智能输液监控模块、夹闭模块、后台服务器、安装有应用程序的移动终端和安装有应用程序的PC端；高集成化的智能输液监控模块包括主控制器；夹闭模块均与主控制器连接，主控制器还和后台服务器连接，后台服务器还和移动终端、PC端均连接；夹闭模块安装在输液管上；移动终端为医护人员和家属所携带，PC端安装在护士工作站上；高集成化的智能输液监控模块，用于检测实时输液袋的药液余量以及根据液滴异常情况控制夹闭模块的夹闭。

优选地，高集成化的智能输液监控模块还包括拉力传感器、电机驱动单元、模数转换单元和声光指示单元；拉力传感器安装在输液袋的上方，并和输液袋连接，拉力传感器、模数转换单元和主控制器依次连接，主控制器和电机驱动单元、声光指示单元均连接，电机驱动单元和夹闭模块连接。

优选地，主控制器为STM32L151芯片，电机驱动单元采用L9110H系列驱动芯片，压力传感器包括由应变电阻构建的全桥分压电路，模数转换单元采用24位HX711 A/D转换器芯片。

优选地，夹闭模块包括：电机和用于对输液管进行夹闭的夹闭结构，夹闭结构包括止液夹片和固定挡板；止液夹片和固定挡板分别设置在输液管的两侧，主控制器、电机驱动单元、电机、止液夹片依次连接。

优选地，所述的一种高集成化的智能输液监控系统还包括用于对输液管进行加热的加热模块；加热模块和主控制器连接，加热模块位于输液管两侧。

优选地，加热模块为PTC热敏电阻。

优选地，高集成化的智能输液监控模块还包括：电量检测单元、电池供电单元和充电单元；电量检测单元、电池供电单元、充电单元和主控制器连接。

优选地，电池供电单元包括：依次连接的3.7V聚合物锂电池和线性稳压器；充电单元包括：TP4056电压线性充电器芯片；电量检测单元包括：LM339四路电压比较器。

一种高集成化的智能输液监控方法，包括：

S1，高集成化的智能输液监控模块的拉力传感器实时检测输液袋的重量数据；

S2，主控制器对输液袋的重量数据进行滤波、防抖动处理，得到输液袋的重量值；

S3，将重量值和预设重量阈值进行比较，若重量值小于或者等于预设重量阈值，则执行步骤S4；

S4，主控制器输出夹闭控制信号至电机驱动单元，电机驱动单元根据夹闭控制信号驱动夹闭模块的电机移动，电机移动驱动夹闭结构夹紧输液管，防止输液结束后患者静脉血液回流至输液管。

优选地，步骤S2还包括：判断输液异常情况，具体为：当主控制器识别到预设滴速检测周期内输液袋重量没有变化，则判断输液阻塞的异常情况；启动定时器中断，将当前重量值减去上一次重量值得到重量变化值，当检测到输液袋重量变化值在非抖动情况下累计达到预设重量阈值，则停止计时，寄存定时器时间，通过液滴流速公式计算出当前液滴流速；若预设滴速检测周期内连续检测到滴速超过设定滴速阈值，则判断出现药液渗漏的异常情况；主控制器将输液信息以及对应的病床号传送至后台服务器，后台服务器将当前病床号以及输液信息发送至移动终端、PC端，输液信息包括输液阻塞、药液渗漏、输液完毕。

优选地，液滴流速公式为重量变化值乘以每克所含液滴数除以重量变化值在非抖动情况下累计达到预设重量阈值所需时间，即

本发明相对于现有技术具有如下优点：

本发明使用了拉力传感器采集输液信息，能够实时检测剩余液量、药液滴速以及输液堵塞、药液渗漏等输液异常情况，而且采用了挂钩结构，用户只需将输液袋放置于挂钩上便可进行检测，使用方便，区别于现有的输液信息检测方式。主控制器对输液袋的重量数据进行滤波采用的是中值滤波算法，拉力传感器实时检测输液袋的重量数据经模数转换单元后转换为数字量，主控制器将数字量重量进行滤波去噪声处理，保证检测重量的准确性。并通过防抖算法，当输液袋抖动幅度剧烈造成重量变化较大时，能够进行过滤，保证剩余液量、液体流速的准确性，同时也避免因为抖动造成检测到输液袋重量小于设定输液量而造成自动夹闭的情况，实用性好。因此，本发明的高集成化的智能输液监控系统将传感器技术与物联网技术相结合，能自动检测、报警、自动夹闭、智能加热和输液进程信息显示，可大大解除病人及陪护人员不必要的人工监测输液负担，并提高护理人员的换液效率，为患者家属以及医护人员减轻负担，而且加热模块能改善病人输液体验，具有良好的应用价值。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种高集成化的智能输液监控系统的原理框图。

图2为本发明的高集成化的智能输液监控系统的结构示意图。

图3为本发明的夹闭模块和加热模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1-3，一种高集成化的智能输液监控系统，包括：高集成化的智能输液监控模块2、夹闭模块、后台服务器、安装有应用程序的移动终端和安装有应用程序的PC端；高集成化的智能输液监控模块2包括主控制器；夹闭模块均与主控制器连接，主控制器还和后台服务器连接，后台服务器还和移动终端、PC端均连接；夹闭模块安装在输液管1上；移动终端为医护人员和家属所携带，家属、医护人员可查看药液余量、药品信息、装置剩余电量、实时滴速与输液异常信息，同时能远程控制独立夹闭装置、加热模块，实现滴速调节、输液量控制、紧急夹闭、温度控制；PC端安装在护士工作站上，实现实时输液进程显示与输液结束提醒,输液异常提醒的播报功能；高集成化的智能输液监控模块2，用于检测实时输液袋的药液余量以及根据液滴异常情况控制夹闭模块的夹闭。

在本实施例，高集成化的智能输液监控模块2还包括拉力传感器、电机驱动单元、模数转换单元和声光指示单元；拉力传感器安装在输液袋3的上方，并和输液袋3连接，拉力传感器、模数转换单元和主控制器依次连接，主控制器和电机驱动单元、声光指示单元均连接，电机驱动单元和夹闭模块连接。进一步地，主控制器为STM32L151芯片，电机驱动单元采用L9110H系列驱动芯片，压力传感器包括由应变电阻构建的全桥分压电路，模数转换单元采用24位HX711 A/D转换器芯片。声光指示单元采用了低功耗红绿LED和有源蜂鸣器，能够反映智能输液系统的工作状态，红色代表休眠以及输液异常，绿色代表工作正常。输液结束后有源蜂蜜器进行警报提醒。

在本实施例，夹闭模块包括：电机和用于对输液管1进行夹闭的夹闭结构，夹闭结构包括止液夹片6和固定挡板7；止液夹片6和固定挡板7分别设置在输液管1的两侧，主控制器、电机驱动单元、电机、止液夹片6依次连接。其中止液夹片6、固定挡板7和电机均设置在底板上，固定挡板7固定在输液管1的一侧，止液夹片6固定在输液管1的另一侧，止液夹片6在电机的控制下朝固定挡板7的方向移动，从而夹闭输液管1。当输液瓶剩余液量低于医护人员设定输液量时，主控制器将通过电机驱动电路发出控制信号使电机与夹闭结构夹闭输液管1，防止输液结束后患者静脉血液回流至输液管1。当输液结束后，可以通过按键打开夹闭装置，换取新输液袋3开始下一轮的输液。

在本实施例，所述的一种高集成化的智能输液监控系统还包括用于对输液管1进行加热的加热模块8；加热模块8和主控制器连接，加热模块8位于输液管1两侧。加热模块8为PTC热敏电阻。PTC热敏电阻具有恒温加热的特性，主控制器通过PWM信号线传送控制信号到PTC热敏电阻进行温控调节，当输液环境温度较低时，PTC热敏电阻会自动进行加热，将药液温度维持在人体体温附近，给病人较好的输液体验。4为夹闭模块和加热模块8的整体示意图的编号。5为调速管。

在本实施例，高集成化的智能输液监控模块2还包括：电量检测单元、电池供电单元和充电单元；电量检测单元、电池供电单元、充电单元和主控制器连接。更进一步地，电池供电单元包括：依次连接的3.7V聚合物锂电池和线性稳压器，通过直流降压型的线性稳压器(LDO)实现输入电压或者负载电流发生变化的情况下仍保持稳定的输出电压，提高系统的续航能力。充电单元包括：TP4056电压线性充电器芯片，可实现：1-电池温度检测；2-欠压闭锁；3-充电电流自调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制，实现安全充电，增强锂电池使用寿命；电量检测单元包括：LM339四路电压比较器，以主控制芯片工作电压3.3v作为基准电压，将电压梯度分为(100％、75％、50％、25％)四个梯度，利用电压比较器将锂电池电量与电压梯度中各梯度电压进行比较，根据比较结果划分不同的电池电量等级。

主控制器通过无线通信模块和后台服务器均连接，无线通信模块选用ESP8266系列物联网芯片，价格低，性能稳定；无线通信传输数据是使用的是基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议MQTT，具有轻量、简单、开放、易于实现且对网络状况要求不高的特点。

适用上述高集成化的智能输液监控系统的一种高集成化的智能输液监控方法，包括：

S1，高集成化的智能输液监控模块2的拉力传感器实时检测输液袋3的重量数据；

S2，主控制器对输液袋3的重量数据进行滤波、防抖动处理，得到输液袋3的重量值；

主控制器对输液袋3的重量数据进行滤波采用的是中值滤波算法。拉力传感器实时检测输液袋3的重量数据经模数转换单元后转换为数字量，主控制器将数字量的重量数据按照从小到大的顺序排序，滤除最大最小值后对中间值取平均，实现中值滤波的效果，能够滤除传感器采集到的噪声，保证拉力传感器重量检测的准确性。还采用了防抖算法，拉力传感器采集到波动幅度大于阈值的重量时，定时器计时关闭，抖动标志位将被置1，表示系统处于抖动状态，将滤除大于阈值的重量数值，不会触发止液机制并寄存当前滴速计算的时间和输液重量，当检测到数据平稳时，将抖动标志位置0，开启定时器继续进行输液量检测以及提取寄存的数据进行输液滴速计算，因此当病人输液过程中有抖动情况时，仍能采集到准确的重量以及药液滴速，同时避免因为剧烈抖动导致意外夹闭的情况。而且添加了软件看门狗，每隔一段时间系统会“喂狗”，当恶劣环境干扰等因素导致输液系统死机而在无人干预情况下自动恢复系统正常工作状态，提升输液系统的自校可靠性。

主控制器对输液袋3的重量数据进行滤波采用的是中值滤波算法，拉力传感器实时检测输液袋3的重量数据经模数转换单元后转换为数字量，主控制器将数字量重量进行滤波去噪声处理，保证检测重量的准确性。并通过防抖算法，当输液袋3抖动幅度剧烈造成重量变化较大时，能够进行过滤，保证剩余液量、液体流速的准确性，同时也避免因为抖动造成检测到输液袋3重量小于设定输液量而造成自动夹闭的情况，实用性好。

S3，将重量值和预设重量阈值进行比较，若重量值小于或者等于预设重量阈值，则执行步骤S4；

S4，主控制器输出夹闭控制信号至电机驱动单元，电机驱动单元根据夹闭控制信号驱动夹闭模块的电机移动，电机移动驱动夹闭结构夹紧输液管1，防止输液结束后患者静脉血液回流至输液管1。

在本实施例，步骤S2还包括：判断输液异常情况，具体为：

当挂上输液袋3时，主控制器通过判断拉力传感器的重量值确定输液袋3的容量，其中，常用医用型号的输液袋3容量(500ml 250ml 100ml)已经提前寄存于主控制器中。拉力传感器将实时检测输液袋3重量变化，获取的模拟量通过24位模数转换单元转换成数字信号后获得实际输液袋3重量，提前在主控制器中设置好滴速计算的预设重量阈值为3g，当开始使用时，启动定时器中断，将每一次滤波后的重量减去上一次重量得到重量变化，再将当前重量作为上一次的重量循环差分检测，当检测到输液袋3重量变化在非抖动情况下累计达到3g阈值，则停止计时，寄存定时器时间，通过公式：(其中，变化重量为3g，每g所含液滴数为17滴)计算出液滴流速。当主控制器识别到相对较长的时间(三个滴速检测周期内)输液袋3重量没有变化，则认为出现输液阻塞的异常情况。相反地，如果三个滴速周期内连续检测到滴速超过设定阈值100滴/分钟的情况则认为是出现药液渗漏异常情况，主控制器将输液信息以及对应的病床号传送至后台服务器，后台服务器将当前病床号以及输液信息通过无线通信模块发送至移动终端、PC端，输液信息包括输液阻塞、药液渗漏、输液完毕。

应用一

当患者处于正常输液状态时，护士工作站PC端能够通过后台服务器实时收集所有病人的输液信息，包括输注药品信息、病人信息、输液完成程度和输液监控模块的电量状态等。当某个病床号的病人输液完成或输液监控模块电量不足时，护士工作站PC端能够实时将该床号的病人的输液情况置于显示界面的靠前端，并通过语音播报系统发出XX病床已输液完成或监控模块已电量不足的警报，及时提醒护士帮助病人换液、取针或给输液监控装置(高集成化的智能输液监控模块2)充电，保证病人正常输液。当护士工作站PC端接收到来自陪护人员的智能终端的APP发来的警报信号时，通过语音播报系统发出家属求助警报。当有短时间内有多个病床的病人输液结束时，语音播报系统会根据输液结束的时间顺序进行循环播报，直到所有病人被换完液或取针后停止播报。

应用二

当病人正常输液时，医护人员携带的智能终端上的APP能够通过云服务器(后台服务器)实时收集所负责的病床区域的病人的输液信息，包括输注药品信息、病人信息、输液完成程度和输液监控装置的电量状态等。当某个病床号的病人输液完成、输液监控装置电量不足或家属移动终端求助时，医护人员携带的智能终端上的APP能够实时将该床号的病人的输液情况置于显示界面的靠前端，并震动提醒，及时提醒护士帮助病人换液、取针或给输液监控装置充电。当短时间内有多个病房的病人输液结束时，医护人员携带的智能终端上的APP会持续进行震动提醒。医护人员可以通过输液监控装置上的止液控制按键解除警报，恢复到正常的药液输注状态。当所负责的所有病人被换完液或取针后停止震动提醒。

应用三

当病人正常输液时，陪护人员携带的智能终端上的APP能够通过云服务器实时接收所陪护的病人的输液信息，包括输注药品信息、病人信息、输液完成程度和输液监控装置的电量状态等。当所陪护的病人输液完成或输液监控装置电量不足时，陪护人员携带的智能终端上的APP发出震动提醒。当病人在输液时感到不适，需要停止输液时，陪护人员可通过输液监控装置上的止液控制(夹闭结构)按键来暂停输液，同时可通过携带的智能终端上的APP向护士工作站和医护人员发出求助警报，可避免给病人的输液安全造成隐患。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高集成化的智能输液监控系统，其特征在于，包括：高集成化的智能输液监控模块、夹闭模块、后台服务器、安装有应用程序的移动终端和安装有应用程序的PC端；高集成化的智能输液监控模块包括主控制器；夹闭模块均与主控制器连接，主控制器还和后台服务器连接，后台服务器还和移动终端、PC端均连接；夹闭模块安装在输液管上；

移动终端为医护人员和家属所携带，PC端安装在护士工作站上；

高集成化的智能输液监控模块，用于检测实时输液袋的药液余量以及根据液滴异常情况控制夹闭模块的夹闭；

主控制器，用于对输液袋的重量数据进行滤波、防抖动处理，得到输液袋的重量值；主控制器通过防抖算法，当输液袋抖动幅度剧烈造成重量变化较大时，能够进行过滤，保证剩余液量、液体流速的准确性，同时也避免因为抖动造成检测到输液袋重量小于设定输液量而造成自动夹闭的情况；

高集成化的智能输液监控模块还包括：电量检测单元、电池供电单元和充电单元；电量检测单元、电池供电单元、充电单元和主控制器连接；

电池供电单元包括：依次连接的3.7V聚合物锂电池和线性稳压器；

充电单元包括：TP4056电压线性充电器芯片；

电量检测单元包括：LM339四路电压比较器；

主控制器还用于判断输液异常情况，具体为：

当主控制器识别到预设滴速检测周期内输液袋重量没有变化，则判断输液阻塞的异常情况；

启动定时器中断，将当前重量值减去上一次重量值得到重量变化值，当检测到输液袋重量变化值在非抖动情况下累计达到预设重量阈值，则停止计时，寄存定时器时间，通过液滴流速公式计算出当前液滴流速；若预设滴速检测周期内连续检测到滴速超过设定滴速阈值，则判断出现药液渗漏的异常情况；

主控制器将输液信息以及对应的病床号传送至后台服务器，后台服务器将当前病床号以及输液信息发送至移动终端、PC端，输液信息包括输液阻塞、药液渗漏、输液完毕；

液滴流速公式为重量变化值乘以每克所含液滴数除以重量变化值在非抖动情况下累计达到预设重量阈值所需时间。

2.根据权利要求1所述的一种高集成化的智能输液监控系统，其特征在于，高集成化的智能输液监控模块还包括拉力传感器、电机驱动单元、模数转换单元和声光指示单元；

拉力传感器安装在输液袋的上方，并和输液袋连接，

拉力传感器、模数转换单元和主控制器依次连接，主控制器和电机驱动单元、声光指示单元均连接，电机驱动单元和夹闭模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种高集成化的智能输液监控系统，其特征在于，主控制器为STM32L151芯片，电机驱动单元采用L9110H系列驱动芯片，压力传感器包括由应变电阻构建的全桥分压电路，模数转换单元采用24位HX711 A/D转换器芯片。

4.根据权利要求2所述的一种高集成化的智能输液监控系统，其特征在于，夹闭模块包括：电机和用于对输液管进行夹闭的夹闭结构，夹闭结构包括止液夹片和固定挡板；止液夹片和固定挡板分别设置在输液管的两侧，主控制器、电机驱动单元、电机、止液夹片依次连接。

5.根据权利要求1所述的一种高集成化的智能输液监控系统，其特征在于，还包括用于对输液管进行加热的加热模块；加热模块和主控制器连接，加热模块位于输液管两侧。

6.根据权利要求5所述的一种高集成化的智能输液监控系统，其特征在于，加热模块为PTC热敏电阻。