包秀珠，嚴(yán)紅燕，王健，李婷婷

江蘇省南通市第一人民醫(yī)院，江蘇南通 226001

0 前言

腸內(nèi)營養(yǎng)（Enteral Nutrition，EN）是通過口服或管飼來提供代謝需要的營養(yǎng)物質(zhì)及其他營養(yǎng)素的營養(yǎng)支持方式[1]。早期腸內(nèi)營養(yǎng)對小腸有局部營養(yǎng)作用，能刺激腸蠕動，促進(jìn)腸黏膜細(xì)胞生長和胃腸激素分泌，有利于保持小腸黏膜結(jié)構(gòu)與功能的完整，維持腸黏膜的屏障功能，防止腸道菌群易位，降低腸源性感染[2]。胰十二指腸切除術(shù)后早期應(yīng)用腸內(nèi)營養(yǎng)，患者的術(shù)后平均住院時間、總并發(fā)癥發(fā)生率、腸蠕動恢復(fù)時間、住院營養(yǎng)費(fèi)用均有明顯降低[3]。目前臨床上一般采用連續(xù)滴注的方法對患者進(jìn)行腸內(nèi)營養(yǎng)，實(shí)際操作中營養(yǎng)液的溫度與輸注速度需靠護(hù)士人工調(diào)節(jié)，準(zhǔn)確性較差，存在著一定的盲目性、隨意性，且易導(dǎo)致并發(fā)癥，使患者病程延長。

鑒于以上原因，筆者自行設(shè)計了基于無線傳感網(wǎng)的自動腸內(nèi)營養(yǎng)系統(tǒng)，可適時、動態(tài)地監(jiān)控營養(yǎng)液的溫度及輸注速度。

1 自動腸內(nèi)營養(yǎng)系統(tǒng)的設(shè)計過程

自動腸內(nèi)營養(yǎng)系統(tǒng)的整體框架，見圖1。該系統(tǒng)主要由加熱/制冷裝置、光電傳感器、溫度傳感器、步進(jìn)電機(jī)、計算機(jī)微處理器、觸控屏、無線節(jié)點(diǎn)模塊7部分構(gòu)成。

1.1 加熱/制冷裝置

該裝置采用的材料是半導(dǎo)體制冷片。半導(dǎo)體制冷片是一種熱泵，其工作運(yùn)轉(zhuǎn)采用直流電流，可通過改變直流電流的極性來決定在同一制冷片上是實(shí)現(xiàn)制冷還是加熱[4]，其原理是當(dāng)直流電通過兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，從而可以實(shí)現(xiàn)制冷或加熱的目的。

圖1 床邊自動腸內(nèi)營養(yǎng)系統(tǒng)框架圖

1.2 光電傳感器

光電傳感器的原理是把被測量的變化先轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號[5]。在該系統(tǒng)中，光電傳感器由一個紅外發(fā)射管和一個與之對應(yīng)的接收管以及檢測電路組成，可將腸內(nèi)營養(yǎng)液輸液管道中的滴速信號采集出來轉(zhuǎn)換成電信號再傳輸?shù)接嬎銠C(jī)微處理器進(jìn)行信號處理，最終換算成流量數(shù)值。

1.3 溫度傳感器

溫度傳感器的原理是將感受到的溫度轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號。在該系統(tǒng)中，溫度傳感器通過測量腸內(nèi)營養(yǎng)液輸液管道中的溫度，將其轉(zhuǎn)換成電信號再傳輸?shù)接嬎銠C(jī)微處理器進(jìn)行信號處理。

1.4 步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動信號由計算機(jī)微處理器控制，通過輸液滴速監(jiān)測并反饋到計算機(jī)，計算機(jī)根據(jù)滴速控制滾輪加壓裝置運(yùn)行，以保持腸內(nèi)營養(yǎng)液滴速的穩(wěn)定。

1.5 觸控屏

觸控屏其實(shí)就是一個人機(jī)對話窗口，護(hù)士在觸控屏上輸入病人姓名、年齡、性別、體重、身高、血壓、入院診斷等基本信息，然后傳輸?shù)接嬎銠C(jī)微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.6 計算機(jī)微處理器

微處理器根據(jù)觸控屏上病人的基本信息結(jié)合專家算法進(jìn)行計算，得出腸道營養(yǎng)液輸液管道中的標(biāo)準(zhǔn)溫度和標(biāo)準(zhǔn)流量。微處理器接收溫度傳感器轉(zhuǎn)換的電信號并對其進(jìn)行信號處理，最終換算成實(shí)際溫度數(shù)值，然后將實(shí)際溫度數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行比較，溫度偏高時微處理器啟動加熱/制冷裝置進(jìn)行制冷降溫，溫度偏低時則啟動加熱/制冷裝置進(jìn)行加熱升溫；微處理器接收光電傳感器轉(zhuǎn)換的電信號并對其進(jìn)行信號處理，最終換算成實(shí)際流量數(shù)值，然后將實(shí)際流量數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)流量進(jìn)行比較，比較結(jié)果作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動信號。

1.7 無線傳感器節(jié)點(diǎn)模塊

無線傳感器節(jié)點(diǎn)模塊主要由數(shù)據(jù)采集模塊（傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器）、 數(shù)據(jù)處理和控制模塊（數(shù)據(jù)處理器和存儲器）、通信模塊（無線收發(fā)器）等組成。無線傳感器節(jié)點(diǎn)模塊的作用是將床邊觸控屏上的病人基本信息，計算機(jī)微處理器處理過的標(biāo)準(zhǔn)流量、實(shí)際流量、標(biāo)準(zhǔn)溫度和實(shí)際溫度等信息傳輸?shù)阶o(hù)士站中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，便于護(hù)士統(tǒng)一監(jiān)控。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計過程

2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

由于醫(yī)院樓層寬、病房多，輸注中床邊無線傳感器節(jié)點(diǎn)的位置是隨病床移動且無序的，床邊無線傳感器節(jié)點(diǎn)之間的相鄰關(guān)系也是隨機(jī)的，這就要求床邊無線傳感器節(jié)點(diǎn)具有很強(qiáng)的自組織能力，因此本系統(tǒng)采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Wireless Sensor Network，WSN）。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其傳感器節(jié)點(diǎn)具有較強(qiáng)的自組織能力，節(jié)點(diǎn)可以隨時移動，當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)因故障退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時，附近的節(jié)點(diǎn)能自動補(bǔ)充進(jìn)來，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自組，從而保證網(wǎng)絡(luò)的暢通[6]。床邊無線節(jié)點(diǎn)不但可以傳輸本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，而且可以轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)到中央站，從而解決了無線傳輸?shù)木嚯x問題。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框架圖，見圖2。它由多個床邊無線傳感器節(jié)點(diǎn)模塊、路由器節(jié)點(diǎn)模塊、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、護(hù)士站中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)組成，能實(shí)時收集所有病人輸注過程中營養(yǎng)液的溫度及滴速信號，隨時進(jìn)行監(jiān)測、處理及調(diào)控。

圖2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框架圖

2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計

床邊無線節(jié)點(diǎn)可代替路由器的功能，所以床邊無線節(jié)點(diǎn)跟路由器的節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計是一樣的，采用CC2530片上系統(tǒng)芯片，其特點(diǎn)是高速低消耗，具有強(qiáng)大的存儲能力以及卓越的射頻性能[7]。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，見圖3。該結(jié)構(gòu)的核心就是片上系統(tǒng)CC2530和射頻前端CC2591，通過CC2530和CC2591的組合應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能指標(biāo)。

圖3 節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計

2.3.1 系統(tǒng)中央站軟件設(shè)計

中央監(jiān)護(hù)站軟件設(shè)計是基于Microsoft Visual Studio 2010環(huán)境，采用C#程序開發(fā)完成的。

該系統(tǒng)溫度、滴速自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中央監(jiān)護(hù)站的管理系統(tǒng)與協(xié)調(diào)器之間基于串口通信對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將相應(yīng)節(jié)點(diǎn)信息存入數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫為SQL Sever 2005。中央監(jiān)護(hù)站軟件負(fù)責(zé)對系統(tǒng)中的全部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理。

2.3.2 串口通信的數(shù)據(jù)處理

串口通信是指外設(shè)和計算機(jī)間通過數(shù)據(jù)信號線、地線、控制線，按位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通訊方式[8]。

本系統(tǒng)采用的是微軟在.NET中推出的串口控件SerialPort，可方便地實(shí)現(xiàn)所需串口通信的各種功能。

SerialPort控件程序代碼如下：

根據(jù)接收到的串口數(shù)據(jù)即可進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，分解出各種信息以便進(jìn)行處理。

3 臨床應(yīng)用

3.1 一般資料

選取2013年1月～2014年6月在我院外科實(shí)施腸內(nèi)營養(yǎng)的病人116例， 采用隨機(jī)數(shù)字法分為傳統(tǒng)腸內(nèi)營養(yǎng)組（常規(guī)組）60例、自動腸內(nèi)營養(yǎng)組（實(shí)驗(yàn)組）56例。兩組均使用紐迪希亞公司生產(chǎn)的能全力營養(yǎng)液，常規(guī)組應(yīng)用傳統(tǒng)的方法實(shí)施腸內(nèi)營養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)組應(yīng)用自行設(shè)計的自動腸內(nèi)營養(yǎng)系統(tǒng)實(shí)施腸內(nèi)營養(yǎng)，對兩組營養(yǎng)液的溫度、滴注速度、護(hù)士操作耗時以及并發(fā)癥等情況進(jìn)行比較。

3.2 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，計量資料用均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，比較采用t檢驗(yàn)；計數(shù)資料比較采用χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3.3 結(jié)果

兩組相關(guān)指標(biāo)比較結(jié)果，見表1～2。兩組營養(yǎng)液的溫度、滴注速度、護(hù)士操作耗時以及并發(fā)癥比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），實(shí)驗(yàn)組明顯優(yōu)于常規(guī)組。

4 結(jié)語

經(jīng)反復(fù)調(diào)試，基于無線傳感網(wǎng)的自動腸內(nèi)營養(yǎng)系統(tǒng)能降低腸內(nèi)營養(yǎng)過程中因溫度、滴速不均衡導(dǎo)致的并發(fā)癥，系統(tǒng)信息傳輸準(zhǔn)確、靈敏，操作簡單，運(yùn)行安全可靠，自動化程度高，可明顯減低護(hù)士工作量，符合現(xiàn)代護(hù)理理念，具有一定的臨床價值。

表1 兩組營養(yǎng)液的溫度、滴注速度、護(hù)士操作耗時的比較（±s）

表1 兩組營養(yǎng)液的溫度、滴注速度、護(hù)士操作耗時的比較（±s）

組別 例數(shù)（n） 溫度誤差（℃） 滴注速度（30 mL/h） 護(hù)士操作所耗的時間（min）常規(guī)組 60 10.41±1.30 55.40±1.74 6.6±2.5實(shí)驗(yàn)組 56 2.97±0.70 24.30±1.04 2.8±1.3 t值 36.451 115.959 10.449 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表2 兩組并發(fā)癥發(fā)生率的比較（%）

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