一种可控制输液流速的智能输液监控装置及方法与流程

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种可控制输液流速的智能输液监控装置及方法。

背景技术：

在输液过程中，实时查看输液是否完毕是非常必要的，如果输液完毕而病人或家属没有及时发现则可能造成堵针、空气进入等现象，甚至威胁到病人的生命安全。目前病患在医院输液时，采用的基本都是人工监控输液过程，然后手工按铃报警到护士站通知护士停止输液的方式，这给病人或看护人员带来很大的负担。

针对输液过程监控，现有的用来检测方式有记重式和光电式。记重式主要通过测量输液瓶的重量来判断输液是否完成。然而，由于每种输液瓶的大小和重量都不相同，因此记重式方法使用麻烦且准确度低。光电式主要使用红外对管来实现。然而，容易受到外界光线、药水颜色、药水透明度的干扰，并且有些药水不能接触到外界光线，因此光电式检测方法使用范围比较局限。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有输液监控方式存在的问题，提供一种可控制输液流速的智能输液监控装置及方法，其能够稳定可靠地完成对输液过程的监控。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种可控制输液流速的智能输液监控装置，包括检测模块、微处理器、电机驱动模块和流速控制模块；检测模块包括被测电容CX和信号发生电路；其中被测电容CX由2片相对设置，并夹持在输液管壁两侧的金属导片构成；被测电容CX连接在信号发生电路的输入端上，信号发生电路的控制端与微处理器的输出端连接，信号发生电路的输出端连接微处理器的输入端；流速控制模块包括步进电机、减速器和压紧滑块；步进电机的输入端经电机驱动模块连接微处理器的输出端；步进电机的输出轴连接减速器，减速器输出轴上固定有一条与其同轴心的丝杆；压紧滑块的尾部设有螺纹孔，压紧滑块通过该螺纹孔与丝杆进行螺纹连接；压紧滑块的头部设有一条凸出的压片，该压片的前端与输液管相抵。

上述方案中，信号发生电路为多谐振荡电路。

上述方案中，信号发生电路由2个电压比较器、RS触发器、以及外围的电阻和电容组成；第一电压比较器的反相输入端分为两路，一路连接电阻R19的一端，电阻R19的另一端形成信号发生电路的控制端，与微处理器的输出端连接，另一路连接一片金属导片即被测电容CX的一端，另一片金属导片即被测电容CX的另一端接地；第一电压比较器的同相输入端分为两路，一路经电容C10与地连接，另一路经电阻R16与高电平连接；第二电压比较器的反相输入端分为两路，一路经电阻R18接地，另一路经电阻R17连接第一电压比较器的同相输入端；第二电压比较器的同相输入端分为两路，一路经电容C11接地，另一路连接第一电压比较器的反相输入端；第一电压比较器的输出端与RS触发器的一个输入端连接，第二电压比较器的输出端与RS触发器的另一个输入端连接；RS触发器的输出端形成信号发生电路的输出端，与微处理器的输入端连接。

上述方案中，金属导片的厚度为0.5mm～1mm，金属导片的长度为25mm～40mm，金属导片的宽度为4mm～8mm；两金属导片之间的间距为3mm～3.5mm。

上述方案中，流速控制模块还进一步包括一行程开关，该行程开关为固定在减速器与压紧滑块之间的限位金属片，该限位金属片与微处理器的输入端连接。

上述方案中，压片呈刀刃形。

上述智能输液监控装置，还进一步包括无线发射模块和/或报警模块；无线发射模块和/或报警模块与微处理器的输出端连接。

一种可控制输液流速的智能输液监控方法，包括如下步骤：

步骤1，将2片金属导片夹持在输液管壁两侧，2片金属导片形成被测电容CX；微控制器输出一定频率脉冲信号控制信号发生电路的开关管S2，实现对被测电容CX不断地充电和放电；

步骤2，微处理器实时记录信号发生电路送出的，并与输液管中药水相对应的脉冲信号频率值；当2片金属导片之间的输液管中从有药水变为无药水，被测电容CX的电容值将会发生变化，此时信号发生电路将被测电容CX电容值的变化转变为脉冲信号频率的变化，并送入微处理器中；

步骤3，当微处理器检测到输液管中无药水时，立即发出信号给电机驱动模块，电机驱动模块驱动步进电机实现正反向交替旋转；

步骤4，步进电机经减速器驱动丝杆工作，丝杆将步进电机旋转运动转为直线运动，并带动压紧滑块产生直线往复运动，从而实现输液管的挤压或松开；

步骤5，当压紧滑块向前运动时，压紧滑块头部的压片将输液管挤压，输液管中的药水的滴速持续降低至停止；当压紧滑块向后运动时，压紧滑块头部的压片将输液管松开，输液管中的药水重新开始下滴；如此循环往复，直至人工对其输液过程进行干预。

上述步骤3中，还进一步包括如下过程：当微处理器检测到输液管中无药水时，立即驱动无线发射模块和/或报警模块工作，其中无线发射模块发出信号至护士站发出报警信号，报警模块则直接发出报警信号。

上述步骤4中，还进一步包括如下过程：行程开关检测压紧滑块是否回到复位状态，即当压紧滑块触碰到行程开关时能够给微处理器一个电位拉低信号，并控制步进电机停止运转和压紧滑块停止运动。

与现有技术相比，本发明能够稳定可靠地完成对输液过程的监控，减轻病人和看护人员的负担，并且不会对药液产生任何污染。当输液完成时能够降低输液管中药水流速，在避免造成堵针的前提下，延长莫非氏滴管中剩余药水滴完所需的时间，留给给医护人员充足的时间来处理。该装置重量轻，体积小，功耗低，操作简单。该装置与药水无接触，不会对药水带来污染，具有自适应特点，能适用于各种药水，检测准确可靠。

附图说明

图1为一种可控制输液流速的智能输液监控装置的结构示意图。

图2为一种可控制输液流速的智能输液监控装置的电路原理图。

图3为一种被测电容的结构示意图。

图4为另一种被测电容的结构示意图。

图5为检测模块的电路原理图。

图中标号：1、莫非氏滴管；2、第一金属导片；3、第二金属导片；4、输液管；5、固定底座；6、压紧滑块；7、丝杆；8、行程开关；9、减速器；10、步进电机；11、微处理器；12、按键；13、电源。

具体实施方式

下面结合各附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

一种可控制输液流速的智能输液监控装置，如图1和2所示，包括检测模块、微处理器11、电机驱动模块、流速控制模块、报警模块、无线发射模块、电源13、按键12和LED指示灯。

电源13为各个装置的模块提供电源13。电源13包括稳压电路和电池。在本发明优选实施例中，电池使用可拆卸式锂电池，并经稳压电路来提供稳定电压。稳压电路使用RT9193稳压芯片提供3.3V稳定电压。按键12和LED指示灯与微处理器11连接。按键12实现对装置的控制。LED指示灯使用常亮、常灭、以一定时间间隔闪烁来指示工作状态。

检测模块采用电容式检测方法来检测输液管4有无药水，从而判断输液过程是否完成。检测模块包括被测电容CX和信号发生电路。

被测电容CX由2片相对设置，并夹持在输液管4壁两侧的金属导片构成。构成被测电容CX的金属导片可以采用两种方式：一种是一侧的第一金属导片2使用金属片，另一侧的第二金属导片3利用电路板敷铜，电路板敷铜区和金属片分别连接信号发生电路，参见图3；安装时输液管4从两个金属导片之间穿过，金属片和电路板敷铜间距为3mm～3.5mm，金属片厚度为0.5mm～1mm，金属片2宽度为4mm～8mm，金属片长度可取25mm～40mm，电路板敷铜区域的宽度、长度可以和金属片的宽度长度相同或者略小。另一种是采用两片单独的金属片，即第一金属导片2和第二金属导片3均为金属片，其分别连接信号发生电路，参见图4。金属导片的厚度为0.5mm～1mm，金属导片的长度为25mm～40mm，金属导片的宽度为4mm～8mm，两金属导片之间的间距为3mm～3.5mm。当然也可采用其他形式的所有金属导片来夹持输液管4。在保证检测精度的前提下，确定金属导片尺寸主要考虑因素有安装方便、较小整个装置体积。当输液管4中从有药水变为无药水，这时输液管4壁两侧电容值将会发生变化，此时信号发生电路将电容值的变化转变为脉冲信号频率的变化，并送入微处理器11。

被测电容CX连接在信号发生电路的输入端上，信号发生电路的控制端与微处理器11的输出端连接。信号发生电路为多谐振荡电路。在本发明优选实施例中，信号发生电路由2个电压比较器、RS触发器、以及外围的电阻和电容组成。第一电压比较器的反相输入端分为两路，一路连接电阻R19的一端，电阻R19的另一端形成信号发生电路的控制端，与微处理器11的输出端连接；另一路连接一片金属导片即被测电容CX的一端，另一片金属导片即被测电容CX的另一端接地。第一电压比较器的同相输入端分为两路，一路经电容C10与地连接；另一路经电阻R16与高电平连接。第二电压比较器的反相输入端分为两路，一路经电阻R18接地；另一路经电阻R17连接第一电压比较器的同相输入端。第二电压比较器的同相输入端分为两路，一路经电容C11接地；另一路连接第一电压比较器的反相输入端。第一电压比较器的输出端与RS触发器的一个输入端连接，第二电压比较器的输出端与RS触发器的另一个输入端连接。RS触发器的输出端形成信号发生电路的输出端，与微处理器11的输入端连接。参见图5。当然，信号发生电路可以使用同种功能的电路或集成器件替换。

信号发生电路的输出端连接微处理器11的输入端，通过微处理器11对采集到的信号分析处理从而判断输液管4有无药水。具体判断方法：输液管4中从有药水变为无药水，这时输液管4壁两侧电容值将会发生微小的变化，此时信号发生电路将电容值的变化转变为脉冲信号频率的变化，并送入微处理器11。在整个输液过程中微处理器11定时对脉冲信号采样，通过分析一定时间间隔内，脉冲信号频率变化的差值的大小来判断输液管4有无药水。

流速控制装置在检测到输液完成时，采用间歇式的挤压和松开来实现将输液管4中药水流速降低，延长莫非氏滴管1中剩余药水滴完所需的时间，给医护人员充足的时间来处理。流速控制模块包括固定底座5、步进电机10、减速器9、丝杆7、压紧滑块6和行程开关8。

固定底座5的作用包括：固定步进电机10、减速器9和行程开关8位置；提供滑动轨道来限定压紧滑块6在一定距离范围内的滑动；提供凹槽用于夹持输液管4；提供挡片用于异常情况下强制限制压紧滑块6极限位置并且减小装置内部与外部之间的缝隙；提供固定平面为压紧滑块6压紧输液管4时提供反作用力。

步进电机10的输入端经电机驱动模块连接微处理器11的输出端,电机驱动模块用于驱动步进电机10，在本发明优选实施例中，电机驱动模块是由两个L9110S组成的放大电路。步进电机10的输出轴连接减速器9，以实现减速增矩。减速器9输出轴上固定有一条与其同轴心的丝杆7。压紧滑块6的尾部设有螺纹孔，压紧滑块6通过该螺纹孔与丝杆7进行螺纹连接。压紧滑块6的头部设有一条凸出的压片，该压片呈刀刃形，压片的前端与输液管4相抵，用于压紧输液管4，从而控制药液流速，延长莫非氏滴管1中剩余药水滴完所需的时间。

行程开关8为固定在减速器9与压紧滑块6之间的限位金属片，该限位金属片与微处理器11的输入端电气连接，用于检测所述压紧滑块6是否回到复位状态，即输液正常且未报警时压紧滑块6的初始位置。步进电机10、减速器9、丝杆7和压紧滑块6使用金属材料并且与电源13模块的地相连接，当压紧滑块6触碰到所述行程开关8时能够给微处理器11一个电位拉低信号。

无线发射模块和/或报警模块与微处理器11的输出端连接。当检测到输液完成时，报警模块则直接发出报警信号，告知附近的护士或输液者，无线发射模块则将报警信号发送至护士站，护士站设置接收主机，能够发生报警声音提示并显示相对应的病床号。此外，在病房与护士站之间设置多个路由器以保证无线传输的稳定性。主机可以使用PC机，也可以使用以ARM为处理器的嵌入式移动主机。在本发明优选实施例中，无线发射模块使用ZigBee无线通信协议。在本发明优选实施例中，无线发射模块使用CC2530芯片。

本智能输液监控装置的具体工作流程：

当输液开始时，将该装置夹在莫非氏滴管1上面的一段输液管4上，打开电源13开关并按下按键12，装置将进入采样过程。此过程微处理器11将会记录由信号发生电路送出的，并与管中药水相对应的脉冲信号频率值。之后在整个输液过程中微处理器11定时对脉冲信号采样，通过分析一定时间间隔内，脉冲信号频率变化的差值的大小来判断输液管4有无药水。当更换新的药水之后按下按键12，装置将从新进入采样过程，并记录与管中新药水相对应的脉冲信号频率值。因此本检测方法具有自适应的特点，能适用于各种药水，检测准确可靠。

装置经过采样过程后将进入到正常的监控状态。当检测到输液管4中无药水时，该装置首先驱动无线模块将报警信号发送至护士站，之后微处理器11给电机驱动器信号以驱动步进电机10运转，压紧滑块6开始向左运动并将输液管4压紧，从而降低药液流速；当医护人员过来时按下按键12，该装置首先驱动无线模块将解除报警信号发送至护士站，之后微处理器11给电机驱动器信号以驱动步进电机10反方向运转，压紧滑块6开始向右运动，当压紧滑块6触碰到行程开关8时，将会给微处理器11一个电位拉低的信号，此时步进电机10停止运转，压紧滑块6停止运动。医护人员处理完毕后按下按键12重新开始工作，或关机。工作过程中，LED指示灯使用常亮、常灭、以一定时间间隔闪烁来指示工作状态。

由于输液管4针头直径很小，如果要想准确控制滴速就需要精确控制对输液管4的压紧力，这样不仅实现困难，而且会大大增加整个装置的成本。为克服这个难题，本发明的流速控制方法通过压紧滑块6对输液管4间歇式的挤压和松开来实现。实现原理：由于莫非氏滴管1较软具有缓冲效果，因此当压紧滑块6完全压紧输液管4时。由于莫非氏滴管1中存在一定量空气，莫非氏滴管1下端管中的药水并不会立即停止，而是在莫非氏滴管1受压体积缩小的同时，滴速持续降低至停止；当压紧滑块6松开时，空气重新由输液管4上端进入莫非氏滴管1中，管中药水重新开始下滴，并再次经历滴速持续降低至停止的过程。本发明采用间歇式挤压和松开的方法，实际在输液管4针头处得到了一个较理想的流速控制效果。在避免造成堵针的前提下，延长莫非氏滴管1中剩余药水滴完所需的时间，留给给医护人员充足的时间来处理。

上述智能输液监控装置所实现的一种可控制输液流速的智能输液监控方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1，将2片金属导片夹持在输液管4壁两侧，2片金属导片形成被测电容CX；微控制器输出一定频率脉冲信号控制信号发生电路的开关管S2，实现对被测电容CX不断地充电和放电；

步骤2，微处理器11实时记录信号发生电路送出的，并与输液管4中药水相对应的脉冲信号频率值；当2片金属导片之间的输液管4中从有药水变为无药水，被测电容CX的电容值将会发生变化，此时信号发生电路将被测电容CX电容值的变化转变为脉冲信号频率的变化，并送入微处理器11中；

步骤3，当微处理器11检测到输液管4中无药水时，立即发出信号给电机驱动模块，电机驱动模块驱动步进电机10实现正反向交替旋转；同时，驱动无线发射模块和/或报警模块工作，其中无线发射模块发出信号至护士站发出报警信号，报警模块则直接发出报警信号。

步骤4，步进电机10经减速器9驱动丝杆7工作，丝杆7将步进电机10旋转运动转为直线运动，并带动压紧滑块6产生直线往复运动，从而实现输液管4的挤压或松开；在此过程中，行程开关8检测压紧滑块6是否回到复位状态，即当压紧滑块6触碰到行程开关8时能够给微处理器11一个电位拉低信号；微处理器11接收到电位拉低信号后，控制步进电机10停止运转。

步骤5，当压紧滑块6向前运动时，压紧滑块6头部的压片将输液管4挤压，输液管4中的药水的滴速持续降低至停止；当压紧滑块6向后运动时，压紧滑块6头部的压片将输液管4松开，输液管4中的药水重新开始下滴；如此循环往复，直至人工对其输液过程进行干预(如停止输液或者更换输液瓶)。

本发明能够稳定可靠地完成对输液过程的监控，减轻病人和看护人员的负担，并且不会对药液产生任何污染。当输液完成时能够降低输液管4中药水流速，在避免造成堵针的前提下，延长莫非氏滴管1中剩余药水滴完所需的时间，留给给医护人员充足的时间来处理。