本發明涉及醫療器械技術領域，具體涉及一種可控制輸液流速的智能輸液監控裝置及方法。

背景技術：

在輸液過程中，實時查看輸液是否完畢是非常必要的，如果輸液完畢而病人或家屬沒有及時發現則可能造成堵針、空氣進入等現象，甚至威脅到病人的生命安全。目前病患在醫院輸液時，采用的基本都是人工監控輸液過程，然后手工按鈴報警到護士站通知護士停止輸液的方式，這給病人或看護人員帶來很大的負擔。

針對輸液過程監控，現有的用來檢測方式有記重式和光電式。記重式主要通過測量輸液瓶的重量來判斷輸液是否完成。然而，由于每種輸液瓶的大小和重量都不相同，因此記重式方法使用麻煩且準確度低。光電式主要使用紅外對管來實現。然而，容易受到外界光線、藥水顏色、藥水透明度的干擾，并且有些藥水不能接觸到外界光線，因此光電式檢測方法使用范圍比較局限。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是現有輸液監控方式存在的問題，提供一種可控制輸液流速的智能輸液監控裝置及方法，其能夠穩定可靠地完成對輸液過程的監控。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種可控制輸液流速的智能輸液監控裝置，包括檢測模塊、微處理器、電機驅動模塊和流速控制模塊；檢測模塊包括被測電容CX和信號發生電路；其中被測電容CX由2片相對設置，并夾持在輸液管壁兩側的金屬導片構成；被測電容CX連接在信號發生電路的輸入端上，信號發生電路的控制端與微處理器的輸出端連接，信號發生電路的輸出端連接微處理器的輸入端；流速控制模塊包括步進電機、減速器和壓緊滑塊；步進電機的輸入端經電機驅動模塊連接微處理器的輸出端；步進電機的輸出軸連接減速器，減速器輸出軸上固定有一條與其同軸心的絲桿；壓緊滑塊的尾部設有螺紋孔，壓緊滑塊通過該螺紋孔與絲桿進行螺紋連接；壓緊滑塊的頭部設有一條凸出的壓片，該壓片的前端與輸液管相抵。

上述方案中，信號發生電路為多諧振蕩電路。

上述方案中，信號發生電路由2個電壓比較器、RS觸發器、以及外圍的電阻和電容組成；第一電壓比較器的反相輸入端分為兩路，一路連接電阻R19的一端，電阻R19的另一端形成信號發生電路的控制端，與微處理器的輸出端連接，另一路連接一片金屬導片即被測電容CX的一端，另一片金屬導片即被測電容CX的另一端接地；第一電壓比較器的同相輸入端分為兩路，一路經電容C10與地連接，另一路經電阻R16與高電平連接；第二電壓比較器的反相輸入端分為兩路，一路經電阻R18接地，另一路經電阻R17連接第一電壓比較器的同相輸入端；第二電壓比較器的同相輸入端分為兩路，一路經電容C11接地，另一路連接第一電壓比較器的反相輸入端；第一電壓比較器的輸出端與RS觸發器的一個輸入端連接，第二電壓比較器的輸出端與RS觸發器的另一個輸入端連接；RS觸發器的輸出端形成信號發生電路的輸出端，與微處理器的輸入端連接。

上述方案中，金屬導片的厚度為0.5mm～1mm，金屬導片的長度為25mm～40mm，金屬導片的寬度為4mm～8mm；兩金屬導片之間的間距為3mm～3.5mm。

上述方案中，流速控制模塊還進一步包括一行程開關，該行程開關為固定在減速器與壓緊滑塊之間的限位金屬片，該限位金屬片與微處理器的輸入端連接。

上述方案中，壓片呈刀刃形。

上述智能輸液監控裝置，還進一步包括無線發射模塊和/或報警模塊；無線發射模塊和/或報警模塊與微處理器的輸出端連接。

一種可控制輸液流速的智能輸液監控方法，包括如下步驟：

步驟1，將2片金屬導片夾持在輸液管壁兩側，2片金屬導片形成被測電容CX；微控制器輸出一定頻率脈沖信號控制信號發生電路的開關管S2，實現對被測電容CX不斷地充電和放電；

步驟2，微處理器實時記錄信號發生電路送出的，并與輸液管中藥水相對應的脈沖信號頻率值；當2片金屬導片之間的輸液管中從有藥水變為無藥水，被測電容CX的電容值將會發生變化，此時信號發生電路將被測電容CX電容值的變化轉變為脈沖信號頻率的變化，并送入微處理器中；

步驟3，當微處理器檢測到輸液管中無藥水時，立即發出信號給電機驅動模塊，電機驅動模塊驅動步進電機實現正反向交替旋轉；

步驟4，步進電機經減速器驅動絲桿工作，絲桿將步進電機旋轉運動轉為直線運動，并帶動壓緊滑塊產生直線往復運動，從而實現輸液管的擠壓或松開；

步驟5，當壓緊滑塊向前運動時，壓緊滑塊頭部的壓片將輸液管擠壓，輸液管中的藥水的滴速持續降低至停止；當壓緊滑塊向后運動時，壓緊滑塊頭部的壓片將輸液管松開，輸液管中的藥水重新開始下滴；如此循環往復，直至人工對其輸液過程進行干預。

上述步驟3中，還進一步包括如下過程：當微處理器檢測到輸液管中無藥水時，立即驅動無線發射模塊和/或報警模塊工作，其中無線發射模塊發出信號至護士站發出報警信號，報警模塊則直接發出報警信號。

上述步驟4中，還進一步包括如下過程：行程開關檢測壓緊滑塊是否回到復位狀態，即當壓緊滑塊觸碰到行程開關時能夠給微處理器一個電位拉低信號，并控制步進電機停止運轉和壓緊滑塊停止運動。

與現有技術相比，本發明能夠穩定可靠地完成對輸液過程的監控，減輕病人和看護人員的負擔，并且不會對藥液產生任何污染。當輸液完成時能夠降低輸液管中藥水流速，在避免造成堵針的前提下，延長莫非氏滴管中剩余藥水滴完所需的時間，留給給醫護人員充足的時間來處理。該裝置重量輕，體積小，功耗低，操作簡單。該裝置與藥水無接觸，不會對藥水帶來污染，具有自適應特點，能適用于各種藥水，檢測準確可靠。

附圖說明

圖1為一種可控制輸液流速的智能輸液監控裝置的結構示意圖。

圖2為一種可控制輸液流速的智能輸液監控裝置的電路原理圖。

圖3為一種被測電容的結構示意圖。

圖4為另一種被測電容的結構示意圖。

圖5為檢測模塊的電路原理圖。

圖中標號：1、莫非氏滴管；2、第一金屬導片；3、第二金屬導片；4、輸液管；5、固定底座；6、壓緊滑塊；7、絲桿；8、行程開關；9、減速器；10、步進電機；11、微處理器；12、按鍵；13、電源。

具體實施方式

下面結合各附圖對本發明具體實施方式作進一步詳細說明。

一種可控制輸液流速的智能輸液監控裝置，如圖1和2所示，包括檢測模塊、微處理器11、電機驅動模塊、流速控制模塊、報警模塊、無線發射模塊、電源13、按鍵12和LED指示燈。

電源13為各個裝置的模塊提供電源13。電源13包括穩壓電路和電池。在本發明優選實施例中，電池使用可拆卸式鋰電池，并經穩壓電路來提供穩定電壓。穩壓電路使用RT9193穩壓芯片提供3.3V穩定電壓。按鍵12和LED指示燈與微處理器11連接。按鍵12實現對裝置的控制。LED指示燈使用常亮、常滅、以一定時間間隔閃爍來指示工作狀態。

檢測模塊采用電容式檢測方法來檢測輸液管4有無藥水，從而判斷輸液過程是否完成。檢測模塊包括被測電容CX和信號發生電路。

被測電容CX由2片相對設置，并夾持在輸液管4壁兩側的金屬導片構成。構成被測電容CX的金屬導片可以采用兩種方式：一種是一側的第一金屬導片2使用金屬片，另一側的第二金屬導片3利用電路板敷銅，電路板敷銅區和金屬片分別連接信號發生電路，參見圖3；安裝時輸液管4從兩個金屬導片之間穿過，金屬片和電路板敷銅間距為3mm～3.5mm，金屬片厚度為0.5mm～1mm，金屬片2寬度為4mm～8mm，金屬片長度可取25mm～40mm，電路板敷銅區域的寬度、長度可以和金屬片的寬度長度相同或者略小。另一種是采用兩片單獨的金屬片，即第一金屬導片2和第二金屬導片3均為金屬片，其分別連接信號發生電路，參見圖4。金屬導片的厚度為0.5mm～1mm，金屬導片的長度為25mm～40mm，金屬導片的寬度為4mm～8mm，兩金屬導片之間的間距為3mm～3.5mm。當然也可采用其他形式的所有金屬導片來夾持輸液管4。在保證檢測精度的前提下，確定金屬導片尺寸主要考慮因素有安裝方便、較小整個裝置體積。當輸液管4中從有藥水變為無藥水，這時輸液管4壁兩側電容值將會發生變化，此時信號發生電路將電容值的變化轉變為脈沖信號頻率的變化，并送入微處理器11。

被測電容CX連接在信號發生電路的輸入端上，信號發生電路的控制端與微處理器11的輸出端連接。信號發生電路為多諧振蕩電路。在本發明優選實施例中，信號發生電路由2個電壓比較器、RS觸發器、以及外圍的電阻和電容組成。第一電壓比較器的反相輸入端分為兩路，一路連接電阻R19的一端，電阻R19的另一端形成信號發生電路的控制端，與微處理器11的輸出端連接；另一路連接一片金屬導片即被測電容CX的一端，另一片金屬導片即被測電容CX的另一端接地。第一電壓比較器的同相輸入端分為兩路，一路經電容C10與地連接；另一路經電阻R16與高電平連接。第二電壓比較器的反相輸入端分為兩路，一路經電阻R18接地；另一路經電阻R17連接第一電壓比較器的同相輸入端。第二電壓比較器的同相輸入端分為兩路，一路經電容C11接地；另一路連接第一電壓比較器的反相輸入端。第一電壓比較器的輸出端與RS觸發器的一個輸入端連接，第二電壓比較器的輸出端與RS觸發器的另一個輸入端連接。RS觸發器的輸出端形成信號發生電路的輸出端，與微處理器11的輸入端連接。參見圖5。當然，信號發生電路可以使用同種功能的電路或集成器件替換。

信號發生電路的輸出端連接微處理器11的輸入端，通過微處理器11對采集到的信號分析處理從而判斷輸液管4有無藥水。具體判斷方法：輸液管4中從有藥水變為無藥水，這時輸液管4壁兩側電容值將會發生微小的變化，此時信號發生電路將電容值的變化轉變為脈沖信號頻率的變化，并送入微處理器11。在整個輸液過程中微處理器11定時對脈沖信號采樣，通過分析一定時間間隔內，脈沖信號頻率變化的差值的大小來判斷輸液管4有無藥水。

流速控制裝置在檢測到輸液完成時，采用間歇式的擠壓和松開來實現將輸液管4中藥水流速降低，延長莫非氏滴管1中剩余藥水滴完所需的時間，給醫護人員充足的時間來處理。流速控制模塊包括固定底座5、步進電機10、減速器9、絲桿7、壓緊滑塊6和行程開關8。

固定底座5的作用包括：固定步進電機10、減速器9和行程開關8位置；提供滑動軌道來限定壓緊滑塊6在一定距離范圍內的滑動；提供凹槽用于夾持輸液管4；提供擋片用于異常情況下強制限制壓緊滑塊6極限位置并且減小裝置內部與外部之間的縫隙；提供固定平面為壓緊滑塊6壓緊輸液管4時提供反作用力。

步進電機10的輸入端經電機驅動模塊連接微處理器11的輸出端,電機驅動模塊用于驅動步進電機10，在本發明優選實施例中，電機驅動模塊是由兩個L9110S組成的放大電路。步進電機10的輸出軸連接減速器9，以實現減速增矩。減速器9輸出軸上固定有一條與其同軸心的絲桿7。壓緊滑塊6的尾部設有螺紋孔，壓緊滑塊6通過該螺紋孔與絲桿7進行螺紋連接。壓緊滑塊6的頭部設有一條凸出的壓片，該壓片呈刀刃形，壓片的前端與輸液管4相抵，用于壓緊輸液管4，從而控制藥液流速，延長莫非氏滴管1中剩余藥水滴完所需的時間。

行程開關8為固定在減速器9與壓緊滑塊6之間的限位金屬片，該限位金屬片與微處理器11的輸入端電氣連接，用于檢測所述壓緊滑塊6是否回到復位狀態，即輸液正常且未報警時壓緊滑塊6的初始位置。步進電機10、減速器9、絲桿7和壓緊滑塊6使用金屬材料并且與電源13模塊的地相連接，當壓緊滑塊6觸碰到所述行程開關8時能夠給微處理器11一個電位拉低信號。

無線發射模塊和/或報警模塊與微處理器11的輸出端連接。當檢測到輸液完成時，報警模塊則直接發出報警信號，告知附近的護士或輸液者，無線發射模塊則將報警信號發送至護士站，護士站設置接收主機，能夠發生報警聲音提示并顯示相對應的病床號。此外，在病房與護士站之間設置多個路由器以保證無線傳輸的穩定性。主機可以使用PC機，也可以使用以ARM為處理器的嵌入式移動主機。在本發明優選實施例中，無線發射模塊使用ZigBee無線通信協議。在本發明優選實施例中，無線發射模塊使用CC2530芯片。

本智能輸液監控裝置的具體工作流程：

當輸液開始時，將該裝置夾在莫非氏滴管1上面的一段輸液管4上，打開電源13開關并按下按鍵12，裝置將進入采樣過程。此過程微處理器11將會記錄由信號發生電路送出的，并與管中藥水相對應的脈沖信號頻率值。之后在整個輸液過程中微處理器11定時對脈沖信號采樣，通過分析一定時間間隔內，脈沖信號頻率變化的差值的大小來判斷輸液管4有無藥水。當更換新的藥水之后按下按鍵12，裝置將從新進入采樣過程，并記錄與管中新藥水相對應的脈沖信號頻率值。因此本檢測方法具有自適應的特點，能適用于各種藥水，檢測準確可靠。

裝置經過采樣過程后將進入到正常的監控狀態。當檢測到輸液管4中無藥水時，該裝置首先驅動無線模塊將報警信號發送至護士站，之后微處理器11給電機驅動器信號以驅動步進電機10運轉，壓緊滑塊6開始向左運動并將輸液管4壓緊，從而降低藥液流速；當醫護人員過來時按下按鍵12，該裝置首先驅動無線模塊將解除報警信號發送至護士站，之后微處理器11給電機驅動器信號以驅動步進電機10反方向運轉，壓緊滑塊6開始向右運動，當壓緊滑塊6觸碰到行程開關8時，將會給微處理器11一個電位拉低的信號，此時步進電機10停止運轉，壓緊滑塊6停止運動。醫護人員處理完畢后按下按鍵12重新開始工作，或關機。工作過程中，LED指示燈使用常亮、常滅、以一定時間間隔閃爍來指示工作狀態。

由于輸液管4針頭直徑很小，如果要想準確控制滴速就需要精確控制對輸液管4的壓緊力，這樣不僅實現困難，而且會大大增加整個裝置的成本。為克服這個難題，本發明的流速控制方法通過壓緊滑塊6對輸液管4間歇式的擠壓和松開來實現。實現原理：由于莫非氏滴管1較軟具有緩沖效果，因此當壓緊滑塊6完全壓緊輸液管4時。由于莫非氏滴管1中存在一定量空氣，莫非氏滴管1下端管中的藥水并不會立即停止，而是在莫非氏滴管1受壓體積縮小的同時，滴速持續降低至停止；當壓緊滑塊6松開時，空氣重新由輸液管4上端進入莫非氏滴管1中，管中藥水重新開始下滴，并再次經歷滴速持續降低至停止的過程。本發明采用間歇式擠壓和松開的方法，實際在輸液管4針頭處得到了一個較理想的流速控制效果。在避免造成堵針的前提下，延長莫非氏滴管1中剩余藥水滴完所需的時間，留給給醫護人員充足的時間來處理。

上述智能輸液監控裝置所實現的一種可控制輸液流速的智能輸液監控方法，其特征是，包括如下步驟：

步驟1，將2片金屬導片夾持在輸液管4壁兩側，2片金屬導片形成被測電容CX；微控制器輸出一定頻率脈沖信號控制信號發生電路的開關管S2，實現對被測電容CX不斷地充電和放電；

步驟2，微處理器11實時記錄信號發生電路送出的，并與輸液管4中藥水相對應的脈沖信號頻率值；當2片金屬導片之間的輸液管4中從有藥水變為無藥水，被測電容CX的電容值將會發生變化，此時信號發生電路將被測電容CX電容值的變化轉變為脈沖信號頻率的變化，并送入微處理器11中；

步驟3，當微處理器11檢測到輸液管4中無藥水時，立即發出信號給電機驅動模塊，電機驅動模塊驅動步進電機10實現正反向交替旋轉；同時，驅動無線發射模塊和/或報警模塊工作，其中無線發射模塊發出信號至護士站發出報警信號，報警模塊則直接發出報警信號。

步驟4，步進電機10經減速器9驅動絲桿7工作，絲桿7將步進電機10旋轉運動轉為直線運動，并帶動壓緊滑塊6產生直線往復運動，從而實現輸液管4的擠壓或松開；在此過程中，行程開關8檢測壓緊滑塊6是否回到復位狀態，即當壓緊滑塊6觸碰到行程開關8時能夠給微處理器11一個電位拉低信號；微處理器11接收到電位拉低信號后，控制步進電機10停止運轉。

步驟5，當壓緊滑塊6向前運動時，壓緊滑塊6頭部的壓片將輸液管4擠壓，輸液管4中的藥水的滴速持續降低至停止；當壓緊滑塊6向后運動時，壓緊滑塊6頭部的壓片將輸液管4松開，輸液管4中的藥水重新開始下滴；如此循環往復，直至人工對其輸液過程進行干預(如停止輸液或者更換輸液瓶)。

本發明能夠穩定可靠地完成對輸液過程的監控，減輕病人和看護人員的負擔，并且不會對藥液產生任何污染。當輸液完成時能夠降低輸液管4中藥水流速，在避免造成堵針的前提下，延長莫非氏滴管1中剩余藥水滴完所需的時間，留給給醫護人員充足的時間來處理。