本發(fā)明涉及臨床醫(yī)療領(lǐng)域，特別涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的輸液及體征實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

醫(yī)院傳統(tǒng)的輸液是采用人工監(jiān)護(hù)的，護(hù)士根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)控制患者輸液管上的輪滾調(diào)節(jié)輸液速度，輸液量也是護(hù)士用只有兩個(gè)標(biāo)記的液體瓶傾倒后估計(jì)的。上述輸液方式存在如下問題：(1)在整個(gè)輸液過程中，患者需要醫(yī)護(hù)人員或者家屬陪伴，液體滴完后要及時(shí)換瓶或拔針，護(hù)士需要不斷地巡視病房，造成了增加醫(yī)務(wù)工作人員的工作量。另外，不僅會(huì)影響預(yù)期治療效果，而且對于一些對人體器官作用敏感需要嚴(yán)格控制輸液速度和個(gè)體差異的不同，每個(gè)人的輸液量也相應(yīng)不同。(2)由于醫(yī)護(hù)人員少病人多不時(shí)會(huì)發(fā)生由于輸液過程中的異常情況、輸液速度發(fā)生異變或監(jiān)控處理不及時(shí)而引發(fā)的醫(yī)療事故，特別是對于在手術(shù)中、手術(shù)后以及病情危重需要嚴(yán)格控制輸液速度的人群。

現(xiàn)在市面上的輸液系統(tǒng)產(chǎn)品有：深圳金匯通電子有限公司生產(chǎn)的IS-1A輸液監(jiān)控器，該器件具有輸液結(jié)束報(bào)警的功能；丹東康嘉儀器設(shè)計(jì)限公司生產(chǎn)的WTO-1輸液監(jiān)控器，該產(chǎn)品具有輸液結(jié)束聲音報(bào)警功能產(chǎn)品；杭州遜瑪特威科技有限公司生產(chǎn)的輸液寶能夠在輸液結(jié)束時(shí)候提供報(bào)警功能。但該類產(chǎn)品僅僅具有輸液結(jié)束報(bào)警功能，無法實(shí)時(shí)檢測與控制輸液滴速，也無法實(shí)現(xiàn)將輸液信息集中管理，無法滿足現(xiàn)階段輸液監(jiān)控要求。

又譬如，該類產(chǎn)品典型例子為杭州久保醫(yī)用設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的點(diǎn)滴寶靜脈輸液監(jiān)控器，此器件具有檢測與控制輸液滴速的功能，滴速控制點(diǎn)滴為±3滴/分，存在的問題：這類產(chǎn)品為單機(jī)監(jiān)控模式，無法集中監(jiān)控管理，同時(shí)控制精度一般在±3滴/分，存在誤差。醫(yī)護(hù)人員在測量患者的心率、體溫等體征也是采用護(hù)士逐一為患者檢測方式。這樣傳統(tǒng)人工檢測方式不僅無法實(shí)時(shí)監(jiān)控患者的體征，甚至增加醫(yī)療事故的發(fā)生，而且大大增加了醫(yī)護(hù)人員的工作量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種節(jié)省人力、實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測患者體征的基于物聯(lián)網(wǎng)的輸液及體征實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的輸液及體征實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、通過物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)與上述現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)信號連接的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、及與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)信號連接的具有管理軟件的監(jiān)控站，所述現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)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(bào)警模塊、及基于CC2530的ZigBee模塊。所述基于CC2530的ZigBee模塊采用CC2530F256作為主控芯片，主控芯片通過SMbus通訊協(xié)議實(shí)時(shí)讀取紅外體溫測量模塊的數(shù)據(jù)，通過定時(shí)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(shí)判斷輸液完成檢測模塊的電平確定輸液是否完成；主控芯片通過IIC協(xié)議將測量的各個(gè)數(shù)據(jù)在OLED液晶顯示并通過PID算法將滴速控制在正常范圍，各個(gè)數(shù)據(jù)持續(xù)不正常時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊并實(shí)時(shí)將各個(gè)數(shù)據(jù)通過ZigBee模塊傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器。

所述現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)核心電路由晶振電路、電源穩(wěn)壓電路和天線發(fā)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于茂菲氏管兩側(cè)一對紅外對管，采用紅外光調(diào)制固定頻率發(fā)射電路減少各類干擾光影響，接收信號整形電路采用滯回比較器電路得到標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平信號，有液滴滴過時(shí)將引起接收電路電平輸出的變化。

所述輸液完成檢測模塊，位于茂菲氏管低端兩側(cè)，輸液快完成時(shí)液面降低引起輸出電平變化傳輸?shù)街骺匦酒?/p>

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(gè)綠色LED，運(yùn)用光電式容積描記PPG的方式感應(yīng)人體的心跳信息并加以提取，最后輸出心率波形。

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

所述滴速控制模塊采用具有過溫保護(hù)和高抗噪性的驅(qū)動(dòng)芯片控制步進(jìn)電機(jī)，控制芯片運(yùn)用PID算法將輸液滴速誤差控制在±1滴/分以內(nèi)。

所述報(bào)警模塊采用下位機(jī)發(fā)光二極管閃爍與蜂鳴器報(bào)警，測量到的數(shù)據(jù)持續(xù)不正常時(shí)控制芯片驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊。

所述液晶顯示模塊采用超低功耗OLCD，控制芯片通過IIC通訊在顯示屏實(shí)時(shí)顯示各個(gè)測量數(shù)據(jù)，

所述協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)由電源模塊、ZigBee模塊、USB轉(zhuǎn)串口通訊模塊、JTAG程序下載模塊組成，主要用于收集其各子節(jié)點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)。電源模塊為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)提供穩(wěn)定電源，ZigBee模塊包含了微控制器和無線發(fā)射電路，USB轉(zhuǎn)串口通訊模塊用于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與護(hù)士監(jiān)控站PC機(jī)數(shù)據(jù)通訊。

所述具有管理軟件的監(jiān)控站運(yùn)用組態(tài)王開發(fā)圖形界面良好，簡單直觀的監(jiān)控畫面，協(xié)調(diào)器MCU編寫特定的UART數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換，管理員可隨時(shí)點(diǎn)擊某個(gè)患者的圖標(biāo)實(shí)時(shí)觀看其滴速和體征數(shù)據(jù)，并附有歷史曲線可隨時(shí)調(diào)用查看。

本發(fā)明的有益效果是具有節(jié)省人力、實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測患者體征的效果。本發(fā)明解決的技術(shù)問題是針對傳統(tǒng)人工輸液系統(tǒng)和傳統(tǒng)人工體征檢測系統(tǒng)人力物力耗費(fèi)大、安全度較低、出現(xiàn)醫(yī)療事故處理不及時(shí)等缺點(diǎn)。解決上述技術(shù)問題的手段是，在輸液報(bào)警的基礎(chǔ)功能加上了滴速實(shí)時(shí)監(jiān)測并控制，控制精度在±1滴/分以內(nèi)。同時(shí)增加體溫、心率實(shí)時(shí)監(jiān)測并且在終端液晶實(shí)時(shí)顯示。采用物聯(lián)網(wǎng)ZigBee無線傳感技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)到監(jiān)控站，及時(shí)反映患者的體征信息及滴速提供友好的護(hù)士監(jiān)控站管理軟件，實(shí)時(shí)顯示滴速、患者心率及體溫并可提供歷史曲線顯示，實(shí)現(xiàn)對輸液患者的集中監(jiān)測與管理。因此，實(shí)現(xiàn)節(jié)省人力、實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測患者體征的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖；

圖2為本發(fā)明監(jiān)控節(jié)點(diǎn)核心電路的電路圖；

圖3為本發(fā)明紅外發(fā)射和接收信號整形的電路圖；

圖4為本發(fā)明紅外發(fā)射的電路圖；

圖5為本發(fā)明心率檢測模塊的電路圖；

圖6為本發(fā)明體溫檢測模塊的電路圖；

圖7為本發(fā)明滴速控制模塊的電路圖；

圖8為本發(fā)明報(bào)警模塊的電路圖；

圖9為本發(fā)明液晶顯示模塊的電路圖；

圖10為本發(fā)明協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)方框圖；

圖11為本發(fā)明控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，該系統(tǒng)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(bào)警模塊、及基于CC2530的ZigBee模塊組成的現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，通過物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)與上述現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)信號連接的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，及與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)信號連接的具有管理軟件的監(jiān)控站。

如圖2所示，現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)核心電路由晶振電路、電源穩(wěn)壓電路、天線發(fā)射電路組成，所述基于CC2530的ZigBee模塊采用CC2530F256作為主控芯片，主控芯片通過SMbus通訊協(xié)議實(shí)時(shí)讀取紅外體溫測量模塊的數(shù)據(jù)，通過定時(shí)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(shí)判斷輸液完成檢測模塊的電平確定輸液是否完成；主控芯片通過IIC協(xié)議將測量的各個(gè)數(shù)據(jù)在OLED液晶顯示并通過PID算法將滴速控制在正常范圍，各個(gè)數(shù)據(jù)持續(xù)不正常時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊并實(shí)時(shí)將各個(gè)數(shù)據(jù)通過ZigBee模塊傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)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于茂菲氏管兩側(cè)一對紅外對管，采用紅外光調(diào)制固定頻率發(fā)射電路減少各類干擾光影響，接收信號整形電路采用滯回比較器電路得到標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平信號，有液滴滴過時(shí)將引起接收電路電平輸出的變化。所述輸液完成檢測模塊，位于茂菲氏管低端兩側(cè)，輸液快完成時(shí)液面降低引起輸出電平變化傳輸?shù)街骺匦酒?/p>

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(gè)綠色LED，運(yùn)用光電式容積描記PPG的方式感應(yīng)人體的心跳信息并加以提取，最后輸出心率波形。

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

如圖7所示，滴速控制模塊采用具有過溫保護(hù)和高抗噪性的驅(qū)動(dòng)芯片控制步進(jìn)電機(jī)，控制芯片運(yùn)用PID算法將輸液滴速誤差控制在±1滴/分以內(nèi)。

如圖8所示報(bào)警模塊系統(tǒng)采用下位機(jī)發(fā)光二極管閃爍與蜂鳴器報(bào)警，測量到的數(shù)據(jù)持續(xù)不正常時(shí)控制芯片驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊。

如圖9所示液晶顯示模塊采用超低功耗OLCD，控制芯片通過IIC通訊在顯示屏實(shí)時(shí)顯示各個(gè)測量數(shù)據(jù)

如圖10所示協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)由電源模塊、ZigBee模塊、USB轉(zhuǎn)串口通訊模塊、JTAG程序下載模塊組成，主要用于收集其各子節(jié)點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)。電源模塊為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)提供穩(wěn)定電源，ZigBee模塊包含了微控制器和無線發(fā)射電路，USB轉(zhuǎn)串口通訊模塊用于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與護(hù)士監(jiān)控站PC機(jī)數(shù)據(jù)通訊。

如圖11所示，本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的輸液及體征實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的工作程序如下：輸液開始，系統(tǒng)完成各種初始化動(dòng)作，滴速檢測模塊檢測當(dāng)前滴速是否在正常范圍，如果滴速不正常，則系統(tǒng)利用數(shù)字PID算法通過滴速控制模塊將滴速控制在正常范圍內(nèi)；如果滴速正常，則繼續(xù)進(jìn)行其他數(shù)據(jù)檢測。

體溫檢測模塊檢測輸液病人當(dāng)前體溫是否在正常范圍，如果體溫不正常，將報(bào)警并通過無線傳輸模塊及時(shí)提醒醫(yī)護(hù)人員采取應(yīng)對措施；如果體溫正常，則繼續(xù)進(jìn)行其他數(shù)據(jù)檢測。

心率檢測模塊檢測輸液病人當(dāng)前心率是否在正常范圍，如果心率不正常，將報(bào)警并通過無線傳輸模塊及時(shí)提醒醫(yī)護(hù)人員采取應(yīng)對措施；如果心率正常，則繼續(xù)進(jìn)行其他數(shù)據(jù)檢測。

輸液管液面檢測模塊檢測當(dāng)前液面是否低于檢測位置，如果低于檢測位置，表明輸液完成，將報(bào)警并通過無線傳輸模塊及時(shí)提醒醫(yī)護(hù)人員更換或解除輸液；如果高于檢測位置，表明輸液未完成，則繼續(xù)進(jìn)行其他數(shù)據(jù)檢測。

每位病人的終端模塊的MCU實(shí)時(shí)對檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并做出動(dòng)作，并將處理的數(shù)據(jù)在液晶顯示屏顯示同時(shí)通過ZigBee模塊無線傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。

協(xié)調(diào)器模塊實(shí)時(shí)接收各個(gè)協(xié)調(diào)器模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)連接到監(jiān)控站管理軟件，管理員可隨時(shí)點(diǎn)擊某個(gè)患者的圖標(biāo)實(shí)時(shí)觀看其滴速和體征數(shù)據(jù)，監(jiān)控站管理軟件分析并存儲(chǔ)各個(gè)輸液病人的信息，當(dāng)有報(bào)警信號時(shí)，及時(shí)報(bào)警提醒監(jiān)控站護(hù)士采取應(yīng)對措施直至報(bào)警解除。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于發(fā)明的保護(hù)范圍。