李志恒，陸俊良，張萬鵬，陳姚林，尤 勝，薛 清

（江蘇海洋大學(xué)，江蘇 連云港 222005）

0 引 言

靜脈輸液治療是一種常見的傳統(tǒng)醫(yī)療方法，它使用針/套管將藥液直接注入病人靜脈中以達(dá)到治療效果，在對新冠病毒感染患者的治療中得到廣泛應(yīng)用[1]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，住院患者接受某種類型的靜脈輸液治療的概率為90%～95%[2-5]。本文對靜脈輸液管理系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用采用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式，可以實(shí)時監(jiān)測病人輸液狀況，無需醫(yī)護(hù)人員與病人頻繁接觸。通過智能識別藥品和病人信息降低出錯率；通過輸液報警，提高突發(fā)狀況的應(yīng)急水平。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 總體設(shè)計思路

本文設(shè)計系統(tǒng)以護(hù)士站電腦端及其接收器作為靜脈輸液管理系統(tǒng)中心，并采用“星型拓?fù)洹弊鳛樵撓到y(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合病房控制器、輸液監(jiān)控器和手機(jī)端APP 等部分，實(shí)現(xiàn)靜脈輸液系統(tǒng)的可視化管理。靜脈輸液管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示，系統(tǒng)由護(hù)士站、病房控制器、輸液監(jiān)控器和手機(jī)端四部分組成。

圖1 靜脈輸液管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

靜脈輸液管理系統(tǒng)的電腦端主要實(shí)現(xiàn)以下功能：病人輸液信息狀態(tài)顯示（包括輸液余量、輸液滴速、預(yù)計剩余時間等）、藥品數(shù)據(jù)庫信息錄入與顯示、輸液余量隨時間變化圖表顯示、呼叫護(hù)士和告警等。

1.2 護(hù)士站電腦端

護(hù)士可以通過護(hù)士站電腦端管理平臺軟件的顯示界面，遠(yuǎn)程查詢各個病區(qū)內(nèi)患者的輸液余量、剩余時間等情況，能夠有效降低醫(yī)院內(nèi)護(hù)理人員的工作量，從而減少患者和醫(yī)護(hù)人員之間的接觸，降低交叉感染的風(fēng)險。

護(hù)士站管理中心軟件部分根據(jù)實(shí)際需要將負(fù)責(zé)不同功能的界面放在同一個程序中，其中包括病房輸液狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示界面、藥瓶數(shù)據(jù)庫管理界面和藥品數(shù)據(jù)信息掃碼錄入界面等。病房輸液狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示界面：負(fù)責(zé)實(shí)時顯示每個病房的病人輸液信息（包括輸液藥品名稱、輸液剩余時間、輸液剩余量、輸液滴速等）；藥瓶數(shù)據(jù)庫管理界面：負(fù)責(zé)顯示錄入的藥品數(shù)據(jù)信息，供醫(yī)護(hù)人員實(shí)時查看；藥品數(shù)據(jù)信息掃碼錄入界面：負(fù)責(zé)掃碼錄入新的藥品數(shù)據(jù)信息。

護(hù)士站電腦端接收器以STM32F103 芯片作為其控制核心[6-8]，并且搭載了LoRa 無線通信模塊、ESP8266 WiFi 模塊以及用于連接電腦端和接收器的TTL 串口通信模塊。技術(shù)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 電腦端接收器的技術(shù)架構(gòu)

護(hù)士站電腦端接收器通過使用LoRa 無線通信技術(shù)進(jìn)行電腦端與各個病房控制器的無線通信信息傳輸，電腦端接收器接收來自每個病房的輸液信息，包括輸液設(shè)備信息、病人輸液狀況信息和病人信息；另一方面接收器向每個病房控制器發(fā)送其所需的藥品數(shù)據(jù)庫信息，實(shí)現(xiàn)電腦端與每個病房控制器的雙向通信。

1.3 病房控制器與輸液監(jiān)控器

病房控制器與輸液檢測器架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 病房控制器與輸液檢測器架構(gòu)

輸液監(jiān)控器是負(fù)責(zé)采集輸液信息的硬件設(shè)備，并將采集到的數(shù)據(jù)，包括輸液藥瓶余量、輸液滴速、輸液擋位、輸液狀態(tài)等，通過NRF24L01 模塊實(shí)時上傳到病房控制器。

1.4 手機(jī)端APP

在病人輸液過程中，病人家屬或監(jiān)護(hù)人難免會有事需要暫時離開，在此期間會擔(dān)心病人的輸液狀況，但又不能及時返回病人身邊進(jìn)行查看。如果設(shè)計一款用于遠(yuǎn)程查看病人輸液狀況的APP，病人家屬或監(jiān)護(hù)人就可以遠(yuǎn)程查看病人的輸液余量。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計

護(hù)士站管理平臺軟件部分使用功能強(qiáng)大的Python作為開發(fā)語言，并使用PyQt5 進(jìn)行UI 設(shè)計[9-10]；護(hù)士站電腦端接收器、病房控制器、輸液監(jiān)控器等硬件外設(shè)則采用STM32 芯片進(jìn)行開發(fā)；手機(jī)端APP 使用便捷的微信小程序進(jìn)行開發(fā)。電腦端與病房控制器之間采用穿透性好、抗干擾能力強(qiáng)且傳輸距離遠(yuǎn)的LoRa 模塊進(jìn)行無線通信；而每個病房控制器與該病房內(nèi)的輸液監(jiān)控器之間則采用低功耗、近距離數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定的NRF24L01 模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；電腦端與手機(jī)端使用ESP8266 WiFi 模塊與OneNET 平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)電腦端與手機(jī)端的數(shù)據(jù)交互。

2.1 護(hù)士站管理中心顯示系統(tǒng)總體設(shè)計

該程序使用Python 作為開發(fā)環(huán)境，并借助PyQt5 強(qiáng)大的UI 設(shè)計功能進(jìn)行開發(fā)。護(hù)士站管理中心顯示輸液信息管理界面、藥品數(shù)據(jù)庫顯示界面、藥品信息錄入界面、設(shè)置界面和輸液余量隨時間變化圖表。其中前4 個界面由可切換顯示的標(biāo)簽制作，輸液余量隨時間變化圖表則作為輸液信息管理界面中的一個彈窗顯示。

2.2 藥品數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

該程序通過Python、PyQt5 和OpenCV2 三種技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。當(dāng)醫(yī)院有新的藥品信息需要錄入數(shù)據(jù)庫時，負(fù)責(zé)人只需要打開護(hù)士站管理軟件，并點(diǎn)擊進(jìn)入“藥品錄入”標(biāo)簽頁，打開攝像頭，將藥瓶條形碼放置在攝像頭下即可。此時，系統(tǒng)就控制攝像頭獲得一幅圖像，將這幅圖像進(jìn)行灰度、二值化處理，并識別藥瓶的條形碼信息。識別成功后，會自動填入條形碼數(shù)據(jù)，待核對完畢后，點(diǎn)擊錄入按鈕即可將藥瓶數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫中。藥品數(shù)據(jù)庫錄入界面如圖4 所示。該界面用于藥品數(shù)據(jù)的顯示，醫(yī)護(hù)人員可以查看已有藥品的數(shù)據(jù)信息。新記錄的藥物數(shù)據(jù)將會即時發(fā)布到藥物數(shù)據(jù)庫的頁面。

圖4 藥品數(shù)據(jù)庫錄入界面

2.3 手機(jī)端APP

微信小程序主要包含兩個界面，如圖5 所示。第一個界面是登錄界面，用戶可以選擇患者所使用的輸液設(shè)備，隨后進(jìn)入第二個顯示界面，在該界面可以查看患者的輸液信息。

圖5 微信小程序顯示界面

2.4 電腦端接收器

護(hù)士站電腦端接收器連接電腦后，軟件將進(jìn)行通信參數(shù)初始化操作，當(dāng)控制器連接上WiFi 后，將通過云平臺接收來自微信小程序推送的控制命令，并執(zhí)行該命令；通過串口或LoRa 轉(zhuǎn)發(fā)到命令執(zhí)行端；軟件將當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)經(jīng)JSON 格式封裝后定時上報到云平臺?？刂破鹘邮盏絃oRa 發(fā)送來的消息時，將對消息進(jìn)行過濾，再通過串口轉(zhuǎn)發(fā)到電腦端進(jìn)行顯示。當(dāng)接收到電腦端通過串口發(fā)送來的信息時，校驗(yàn)數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，再通過LoRa 轉(zhuǎn)發(fā)到命令請求端。護(hù)士站電腦端接收器軟件流程如圖6 所示。

圖6 護(hù)士站電腦端接收器軟件流程

3 系統(tǒng)調(diào)試與測試

3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸測試

系統(tǒng)采用了JSON 輕量化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)壓縮成一條字符串，每次傳輸數(shù)據(jù)時只需將這一條字符串發(fā)送出去，接收端只需要解壓一下就可以得到每個數(shù)據(jù)的值。經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化之后，系統(tǒng)在長時間的運(yùn)行測試中均未出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、堵塞的問題。

3.2 數(shù)據(jù)庫藥品信息錄入測試

打開攝像頭，將條形碼對準(zhǔn)攝像頭，電腦端顯示界面會自動框選條形碼的大致范圍，并顯示對應(yīng)編號，同時自動填入條形碼編號信息。此時，填入藥品相關(guān)信息并點(diǎn)擊錄入即可將藥品信息保存在數(shù)據(jù)庫中。藥品數(shù)據(jù)庫信息錄入和顯示功能測試分別如圖7、圖8 所示。

圖7 藥品信息錄入功能測試

圖8 藥品信息數(shù)據(jù)庫顯示功能測試

4 結(jié) 語

目前靜脈輸液數(shù)據(jù)可視化管理系統(tǒng)的設(shè)計基本可以滿足醫(yī)院靜脈輸液管理的需求，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控病人的輸液余量、輸液滴速和預(yù)計剩余時間，實(shí)時查看病人的輸液狀況是否有異常。在病人輸液結(jié)束時系統(tǒng)可以向護(hù)士站和手機(jī)端發(fā)出告警信號提醒護(hù)士和監(jiān)護(hù)人，并通過系統(tǒng)自動鎖死滴速，確保病人的安全。該系統(tǒng)可以緩解病人的壓力、減少病毒交叉感染的危害，提高病人在輸液過程中的安全性。