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)的輸液及體征實時監(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)護的，護士根據(jù)自身經(jīng)驗控制患者輸液管上的輪滾調(diào)節(jié)輸液速度，輸液量也是護士用只有兩個標記的液體瓶傾倒后估計的。上述輸液方式存在如下問題：(1)在整個輸液過程中，患者需要醫(yī)護人員或者家屬陪伴，液體滴完后要及時換瓶或拔針，護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格控制輸液速度和個體差異的不同，每個人的輸液量也相應(yīng)不同。(2)由于醫(yī)護人員少病人多不時會發(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)束報警的功能；丹東康嘉儀器設(shè)計限公司生產(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)束時候提供報警功能。但該類產(chǎn)品僅僅具有輸液結(jié)束報警功能，無法實時檢測與控制輸液滴速，也無法實現(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，滴速控制點滴為±3滴/分，存在的問題：這類產(chǎn)品為單機監(jiān)控模式，無法集中監(jiān)控管理，同時控制精度一般在±3滴/分，存在誤差。醫(yī)護人員在測量患者的心率、體溫等體征也是采用護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時監(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)護人員的工作量。

技術(shù)實現(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、實時顯示監(jiān)測患者體征的基于物聯(lián)網(wǎng)的輸液及體征實時監(jiān)控系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的輸液及體征實時監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點、通過物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)與上述現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點信號連接的協(xié)調(diào)器節(jié)點、及與協(xié)調(diào)器節(jié)點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)議實時讀取紅外體溫測量模塊的數(shù)據(jù)，通過定時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，各個數(shù)據(jù)持續(xù)不正常時驅(qū)動報警模塊并實時將各個數(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準的TTL電平信號，有液滴滴過時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個綠色LED，運用光電式容積描記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和高抗噪性的驅(qū)動芯片控制步進電機，控制芯片運用PID算法將輸液滴速誤差控制在±1滴/分以內(nèi)。

所述報警模塊采用下位機發(fā)光二極管閃爍與蜂鳴器報警，測量到的數(shù)據(jù)持續(xù)不正常時控制芯片驅(qū)動報警模塊。

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

所述協(xié)調(diào)器節(jié)點由電源模塊、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)點的信息數(shù)據(jù)。電源模塊為協(xié)調(diào)器節(jié)點提供穩(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)點與護士監(jiān)控站PC機數(shù)據(jù)通訊。

所述具有管理軟件的監(jiān)控站運用組態(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)格式實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)交換，管理員可隨時點擊某個患者的圖標實時觀看其滴速和體征數(shù)據(jù)，并附有歷史曲線可隨時調(diào)用查看。

本發(fā)明的有益效果是具有節(jié)省人力、實時顯示監(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)人力物力耗費大、安全度較低、出現(xiàn)醫(yī)療事故處理不及時等缺點。解決上述技術(shù)問題的手段是，在輸液報警的基礎(chǔ)功能加上了滴速實時監(jiān)測并控制，控制精度在±1滴/分以內(nèi)。同時增加體溫、心率實時監(jiān)測并且在終端液晶實時顯示。采用物聯(lián)網(wǎng)ZigBee無線傳感技術(shù)實時傳輸數(shù)據(jù)到監(jiān)控站，及時反映患者的體征信息及滴速提供友好的護士監(jiān)控站管理軟件，實時顯示滴速、患者心率及體溫并可提供歷史曲線顯示，實現(xiàn)對輸液患者的集中監(jiān)測與管理。因此，實現(xiàn)節(jié)省人力、實時顯示監(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。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進一步詳細的說明。

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、報警模塊、及基于CC2530的ZigBee模塊組成的現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點，通過物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)與上述現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點信號連接的協(xié)調(diào)器節(jié)點，及與協(xié)調(diào)器節(jié)點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)議實時讀取紅外體溫測量模塊的數(shù)據(jù)，通過定時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，各個數(shù)據(jù)持續(xù)不正常時驅(qū)動報警模塊并實時將各個數(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準的TTL電平信號，有液滴滴過時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個綠色LED，運用光電式容積描記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和高抗噪性的驅(qū)動芯片控制步進電機，控制芯片運用PID算法將輸液滴速誤差控制在±1滴/分以內(nèi)。

如圖8所示報警模塊系統(tǒng)采用下位機發(fā)光二極管閃爍與蜂鳴器報警，測量到的數(shù)據(jù)持續(xù)不正常時控制芯片驅(qū)動報警模塊。

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通訊在顯示屏實時顯示各個測量數(shù)據(jù)

如圖10所示協(xié)調(diào)器節(jié)點由電源模塊、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)點的信息數(shù)據(jù)。電源模塊為協(xié)調(diào)器節(jié)點提供穩(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)點與護士監(jiān)控站PC機數(shù)據(jù)通訊。

如圖11所示，本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的輸液及體征實時監(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，將報警并通過無線傳輸模塊及時提醒醫(yī)護人員采取應(yīng)對措施；如果體溫正常，則繼續(xù)進行其他數(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，將報警并通過無線傳輸模塊及時提醒醫(yī)護人員采取應(yīng)對措施；如果心率正常，則繼續(xù)進行其他數(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，將報警并通過無線傳輸模塊及時提醒醫(yī)護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)進行其他數(shù)據(jù)檢測。

每位病人的終端模塊的MCU實時對檢測的數(shù)據(jù)進行計算并做出動作，并將處理的數(shù)據(jù)在液晶顯示屏顯示同時通過ZigBee模塊無線傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器節(jié)點。

協(xié)調(diào)器模塊實時接收各個協(xié)調(diào)器模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)連接到監(jiān)控站管理軟件，管理員可隨時點擊某個患者的圖標實時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各個輸液病人的信息，當(dāng)有報警信號時，及時報警提醒監(jiān)控站護士采取應(yīng)對措施直至報警解除。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實施方式。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，這些都屬于發(fā)明的保護范圍。