宮曉陽 紀(jì)光洋 姜 鑫 郭 廓 王岳齊 曾實現(xiàn)

青島黃海學(xué)院 山東 青島266427

引言

該設(shè)計在原有的醫(yī)療系統(tǒng)上進行改進,增加并優(yōu)化了相關(guān)功能,改善了輸液治療質(zhì)量,實現(xiàn)了輸液門診過程可控、可追溯的精細化管理。本項目利用光電設(shè)備檢測輸液管中的藥液是否有剩余,以判斷瓶內(nèi)藥量并準(zhǔn)確發(fā)送信息;分機再通過無線傳輸向總控制室的主機發(fā)送患者信息,主機接收并顯示病人的狀態(tài)。輸液完畢時,發(fā)送當(dāng)前狀態(tài)的信息并語音播報“XX號輸液完畢”,從而實現(xiàn)主機對每個患者的信息進行時時監(jiān)控并處理突發(fā)事件,達到真正的無人監(jiān)護和可控調(diào)節(jié),還對醫(yī)院的整體系統(tǒng)做出了調(diào)整和擴展。

1 系統(tǒng)方案

本設(shè)計包括控制部分、供電系統(tǒng)、檢測部分、語音播報部分、一鍵呼叫部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、中控數(shù)據(jù)顯示部分。

主旨在于如何使人們的生活更加舒適,為人們的生產(chǎn)生活提供更大的便利,項目針對醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)做出一系列改善,極大程度上實現(xiàn)了衛(wèi)生醫(yī)療中輸液的智能化。自動監(jiān)測及報警作為研究對象,無論是從其使用條件及使用范圍,都有其可調(diào)控性,適用性強。在科技飛速發(fā)展的今天,人們更加需要新型的醫(yī)療系統(tǒng),本項目不僅解決了醫(yī)院所面對的問題,也更加突出其以人為本的特點。在醫(yī)療技術(shù)方面凸顯了其無人監(jiān)護,可控調(diào)節(jié),系統(tǒng)可擴展等優(yōu)越性。

擬解決的關(guān)鍵問題:

(1)針對輸液藥品的規(guī)格和顏色不同如何完成準(zhǔn)確檢測;

(2)雙檢測系統(tǒng)傳感器選擇及硬件電路設(shè)計;

(3)單片機數(shù)據(jù)采集及通訊;

(4)語音模塊播報對應(yīng)功能設(shè)計及系統(tǒng)兼容;

(5)中控數(shù)據(jù)平臺界面設(shè)計。

2 工作流程

在系統(tǒng)開始運行時,重力傳感器和光電傳感器檢測輸液系統(tǒng)液面,在藥品充足情況下,裝置始終執(zhí)行正常檢測程序,當(dāng)重量傳感器檢測到此時重量低于設(shè)定值時,同時光電傳感器檢測,是否液面低于設(shè)定,若二者條件滿足,數(shù)據(jù)傳輸中控系統(tǒng),蜂鳴器報警,提醒更換藥物。也可以主動按鍵呼叫中控。

3 硬件設(shè)計

采用STM32單片機控制。STM3 單片機具有集成度高,體積小的特點,同時單片機運行時可靠性高、控制功能強,目前市面上常用ST M32單片機作為生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品的主控芯片,同時可以通過外部引腳進行功能拓展功能、性價比極高。

3.1 電阻應(yīng)變式稱重傳感器 電阻應(yīng)變式稱重傳感器由電阻應(yīng)變片、彈性體和內(nèi)置檢測電路構(gòu)成。外力使得傳感器產(chǎn)生彈性變形,進而形變引起阻值變化,裝置內(nèi)部測量電路測量處理把形變產(chǎn)生的電阻變化等效轉(zhuǎn)換為電信號變化。重量檢測原理,可以等效為惠斯特電橋,該電橋電路對于檢測電路中的溫度和側(cè)向力做到很好的抑制變化,有效解決了傳統(tǒng)重力傳感器的補償問題。

3.2 重量檢測電路設(shè)計 重量檢測電路設(shè)計需要將傳感器變化的數(shù)值通過專門的A/D轉(zhuǎn)化芯片與單片機通訊。采用24位A/D 轉(zhuǎn)化芯片HX711。該芯片的控制信號通過單片機程序驅(qū)動管腳輸入。內(nèi)部雙通道,通道A、B都有可編程增益為128或64,用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器芯片的供電由內(nèi)置穩(wěn)壓電源向提供,無需額外電源接入。

3.3 液面檢測 液面檢測采用電阻式應(yīng)變力傳感器組成的重量測量裝置和專用的非接觸式液位傳感器相結(jié)合。應(yīng)變式重力檢測,是目前市面上大多數(shù)稱重和測量質(zhì)量的主要方式。測量原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng),通過傳感器的形變,導(dǎo)致電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。液位感應(yīng)器內(nèi)部獨特電路設(shè)計,通過高速信號處理芯片對采集信號進行準(zhǔn)確處理,突破容器的壁厚,消除影響誤差,完成了真正非接觸檢測輸液管內(nèi)藥品的檢測。利用光電設(shè)備對藥液進行監(jiān)測,可以準(zhǔn)確地判斷出輸液是否完成,向監(jiān)控設(shè)備發(fā)送輸液完畢的信息?，F(xiàn)在絕大多數(shù)醫(yī)院里都是人為的進行看護,耗費大量人力資源。使用該設(shè)備能使人力資源得到節(jié)約。由于該設(shè)計利用光電設(shè)備進行檢測,不會對藥液造成污染,安全可靠。

3.4 中控系統(tǒng)顯示界面 中控系統(tǒng)的顯示界面采用串口智能電容屏。串口電容屏相較于普通OLED 屏幕相比,程序設(shè)計和UI界面設(shè)計巧妙結(jié)合,簡單易上手,顯示的畫面質(zhì)量也更勝一籌。內(nèi)置腳本控制性內(nèi)核,獨立互動式人機界面不需要主機端干預(yù),且響應(yīng)速度更快,具有良好的可移植性。

3.5 語音播報 語音播報采用TTS-SYN6288語音合成模塊。該模塊主要亮點為清晰、自然、精確?？梢赞D(zhuǎn)換B1 G5、GBK、GB2312 格式成語音播報外接出3.5 5 mm標(biāo)準(zhǔn)音頻口可選擇外接音箱、外放設(shè)備;在進行設(shè)計時,輸入漢字即可合成對應(yīng)的音頻,通過輸出口輸出聲音,采用真人發(fā)聲,每次最多可播報200字節(jié)的內(nèi)容,不限次數(shù),不限時間。當(dāng)單片機機收到某位病人“輸液已完成”的信息時,醫(yī)護人員手動確認無誤后,主機發(fā)出播放語音提示的指令,此時語音模塊將告知病人護士正在趕來的消息,同時也播放溫馨提示。此功能將使設(shè)備更加人性化。

4 軟件設(shè)計

4.1 信號采集Matlab軟件中包含很多工具箱,經(jīng)過信號調(diào)理模塊的振動信號是利用Matlab數(shù)據(jù)采集工具箱Data Acquisition Toolbox進行采集的。具體方法是:首先為聲卡建立一個設(shè)備對象,啟動并觸發(fā)聲卡設(shè)備,然后利用聲卡設(shè)備事件的調(diào)用函數(shù),從MatlabdataEngin中提取或查看數(shù)據(jù),信號分析結(jié)東后停止并刪除聲卡設(shè)備,最后從Matlab Wor kspace中清除設(shè)備變量。

4.2 信號處理 振動信號的分析處理是通過Matlab里的信號處理工具箱Signal Processing Toolbox進行分析的。其中包括振動信號的加窗:快速傅立葉變換對信號進行變換:求振動信號的最大值和有效值并實時顯示:利用自相關(guān)函數(shù)及功率譜對振動信號進行分析監(jiān)測等。

5 結(jié)論

該設(shè)計在原有的醫(yī)療系統(tǒng)上進行改進,增加并優(yōu)化了相關(guān)功能,改善了輸液治療質(zhì)量,實現(xiàn)了輸液門診過程可控、可追溯的精細化管理。醫(yī)療機構(gòu)普通病房中的輸液管理優(yōu)劣程度影響絕大多數(shù)住院患者的輸液體驗,因此優(yōu)化普通病房中的輸液管理模式具.有必要性與急迫性。