一种输液过程状态监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种输液过程状态监测装置，属于检测技术领域。


背景技术：

2.静脉输液是一种见效比较快的治病方法，但是它具有一定的危险性，是公认的最危险的给药方式，因为输液相当于一次微小手术。静脉输液是一种侵入性、有创性的给药方式，未经过人体天然屏障的过滤，药物直接进入血液循环，虽然发挥药效更快，但同时也会存在一定的危险性，如微粒污染、血栓形成、静脉炎等不良反应，严重者会导致休克甚至死亡，极大地增加患者的治疗风险。因此在输液过程中，需要密切观察病人情况，监视输液速度，结束时间，以及输液过程变化等因素。对老年人、儿童、心肺功能不良的病人尤需注意控制滴注速度不宜过快和输液量不宜过多。
3.目前静脉输液主要使用一次性、重力输液式输液器。主要靠护士根据经验调节输液管上的流量调节器，来控制输液的速度。这种方法非常不准确，随意性很大。有时病人自己随意调节，护士却不能实时监控。而静脉输液的速度对于治疗效果有着极大的影响，有些药物需要严格控制输液的速度。输液的速度快慢甚至会直接威胁到病人生命。所以迫切需要一种使用方便、结构简单、可靠性高的监测装置，实时监控输液过程。
4.目前，针对现有输液器结构的缺点，也出现了很多改进。申请号为cn201520797606.2 的专利文献：一种智能监控输液器，公开了输液壶内装有输液监测装置和对输液管进行自动切断的自动关闭件，利用红外探测装置或声波探测装置对是否有液滴滴入壶体进行检测，缺点是需要对原有输液器结构改造，结构复杂成本增加。申请号为cn201811571135.8的专利文献：一种智能监控方法及系统，公开了基于可见光检测输液的实时滴速监测,该监测方法受环境影响大，可靠性不高，而且监测参数较少，不能全面反映输液状态。还有一些专利的技术方案是针对流量调节器进行改进，通过微控制器驱动步进电机，调节输液的速度。这种方法虽然能够比较精确的调节速度，但是很多情况下输液设备是一次性的。如果设计成一体结构的一次性输液器，将会大大增加成本。而做成分离结构，则护士安装、拆卸使用不方便，实用性也不强。因此监测装置的结构必须方便且能重复使用，监控实时性好。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种输液过程状态监测装置，能监控输液过程数据，包括输液速度及变化，输液开始结束时间、时长，输液异常情况等状态及数据，并针对异常情况实时发出报警信号。
6.本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：
7.一种输液过程状态监测装置，包括u型卡座1、微控制器2、无线通信模块3、图像传感器4、报警单元5、复位启动键sb1、呼叫键sb2，所述u型卡座1固定在输液器的滴斗外侧，所述微控制器2、无线通信模块3、图像传感器4、报警单元5设于u型卡座1的端部一侧，u型卡座
1的端部另一侧设背景白板6，所述图像传感器4的采集端对准背景白板6，所述微控制器2为atmega328单片机，无线通信模块3为bc417143蓝牙通信模块，图像传感器4为tsl1401cl线性传感器，所述微控制器2的vcc端接5v电源，gnd端接电源地，无线通信模块3的vcc端、gnd端分别接电源正极和地，无线通信模块3的txd端接微控制器2的pd0端，无线通信模块3的rxd端接微控制器2的pd1端，复位启动键sb1、呼叫键sb2的一端接地，复位启动键sb1、呼叫键sb2的另一端分别接微控制器2的pd6 端、pd7端，微控制器2的pb3端接报警单元5的三极管q1的基极，三极管q1的集电极接电源正极，三极管q1的发射极经扬声器后接地，所述微控制器2的pb1端经电阻r1后接图像传感器4的clk端，微控制器2的pb0端经电阻r2后接图像传感器4的si端，微控制器2的pc3端接图像传感器4的ao端，图像传感器4的vcc端、gnd端分别接电源正极和地。
8.进一步地，图像传感器4的采集速度设置为每分钟130次。
9.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
10.本实用新型的一种输液过程状态监测装置结构简单，可以直接安装在一次性静脉输液器上，无需改造其结构，使用拆卸方便。直接利用现有设备，成本费用低。采用非接触视觉测量方式，环境影响小，测量准确，监测过程准确性高。
附图说明
11.图1是输液器结构图；
12.图2是输液过程状态监测装置组成的监控系统结构图；
13.图3是u型卡座结构图；
14.图4是输液过程状态监测装置电路图；
15.图5是输液过程状态监测装置的监控方法流程图；
16.图6是输液过程状态监测装置另一实施例电路图；
17.图7是本实用新型监控中心工作流程图。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
19.如图1所示，输液器包括输液钢针10、流量调节器11、软管12、滴斗14、排气塑钢针 15。
20.本实用新型的目的是设计一种输液过程状态监测装置，能监控输液过程数据，输液速度及变化、开始结束时间、时长、异常情况等数据，并针对异常实时发出报警信号。
21.根据观察，实际输液过程中滴速是变化的，大致可以分成三个阶段。第一阶段输液初始阶段，刚开始输液时，由于护士操作调试，滴速很不稳定，处于过渡状态，时间比较短暂。第二阶段属于稳定阶段，滴速匀速。时间最长，属于稳定状态。第三阶段属于结束阶段，输液末期，速度降下来，逐渐变慢，直至停止。时间也相对比较短。监测输液过程，就是要监控稳定阶段的输液速度，和预估输液结束时间。因为输液速度等于每分钟滴数，可以根据以下公式(1)计算：
22.23.我国临床常用输液器的点滴系数有10、15、20滴/ml三种型号。输液速度需要根据病人的病情和药液性质合理调节，一般成人：每分钟40－60滴。儿童：每分钟20－40滴。老人、婴幼儿宜慢；体弱，心、肺、肾功能不全宜慢；严重脱水、血容量不足适当加快；输刺激性较强的药物宜慢。由护士根据医嘱设定，过快过慢都不行。预估输液结束时间也很重要，如果输液结束不能及时处理，在气压作用下，会在头皮针处有回血(皮肤进针处)，给病人增加痛苦。严重时空气会进到血管中造成血管栓塞。必须在输液结束前提示医护及时处理。本实用新型输液监测装置，在监控过程中发现滴速与期望值不符，误差较大，甚至不滴，都会及时报警呼叫护士处理，同时在快结束时自动提醒护士拔下针头或者换药。避免人工观察遗漏，增加病人负担。
24.本实用新型装置分两部分构成，如图2所示，一部份为系统监控中心，另一部分是分布在若干位置的监测终端，即输液过程状态监测装置。输液过程状态监测装置通过无线网关与监控中心通信连接。
25.系统监控中心由主机及其监控软件构成，负责收集处理监测终端上传的数据，并做出相应决策，提醒呼叫护士处理对应情况。监测终端负责采集输液过程状态数据，并上传给系统监控中心。输液过程状态监测装置结构如图3、4所示，包括u型卡座1、微控制器2、无线通信模块3、图像传感器4、报警单元5、复位启动键sb1、呼叫键sb2，所述u型卡座1固定在输液器的滴斗外侧，所述微控制器2、无线通信模块3、图像传感器4、报警单元5设于 u型卡座1的端部一侧，u型卡座1的端部另一侧设背景白板6，所述图像传感器4的采集端对准背景白板6，所述微控制器2为atmega328单片机，无线通信模块3为bc417143 蓝牙通信模块，图像传感器4为tsl1401cl线性传感器，所述微控制器2的vcc端接5v 电源，gnd端接电源地，无线通信模块3的vcc端、gnd端分别接电源正极和地，无线通信模块3的txd端接微控制器2的pd0端，无线通信模块3的rxd端接微控制器2的pd1 端，复位启动键sb1、呼叫键sb2的一端接地，复位启动键sb1、呼叫键sb2的另一端分别接微控制器2的pd6端、pd7端，微控制器2的pb3端接报警单元5的三极管q1的基极，三极管q1的集电极接电源正极，三极管q1的发射极经扬声器后接地，所述微控制器2的 pb1端经电阻r1后接图像传感器4的clk端，微控制器2的pb0端经电阻r2后接图像传感器4的si端，微控制器2的pc3端接图像传感器4的ao端，图像传感器4的vcc端、 gnd端分别接电源正极和地。
26.系统监控中心和监测终端通过无线通信方式传输数据及控制命令。监测终端的图像系统监控输液器滴斗里药液落下滴注过程。统计单位时间内落下的药滴数量，计算出输液速度。微控器根据医嘱设定的速度进行比较，如果在正常误差范围内则不反应，否则过快过慢都会通过报警呼叫装置发出报警，通知护士前来处理。也可在输液快结束时，结合已输液时间和当前液滴落下状态，预估结束时间提前预约护士处理，避免病人不必要的痛苦。因此本实用新型的关键在于如何通过图像传感器测量药滴速度。根据香农采样定理，如果要完整采集药液落下过程，不发生丢失，图像传感器采集药滴图像的速度必须大于两倍的药滴滴落的速度。输液速度一般小于等于每分钟60滴。所以视觉传感器采集速度要大于每分钟120次。
27.通过静脉输液过程分析，它可以分成三个阶段，初始阶段，稳定阶段，结束阶段。三个阶段各有特点，其中初始阶段，结束阶段，静脉输液过程不平稳，点滴速度不均衡。点滴大小，速度不均匀，属于过度状态，相对时间很短。稳定阶段，静脉输液过程平稳，点滴速度均
匀，点滴大小一致，时间长，是静脉输液的主要过程。我们控制点滴速度，主要是控制稳定阶段的速度。首先根据输液的时间参数，已滴药液量，判断出当前输液过程处于对应阶段。再通过记录每分钟滴下的点滴个数，可以判断当前输液状态是否正常。算出稳定阶段的静脉输液速度，如果过快或者过慢，监测装置通过报警装置发出警告；在结束阶段，点滴速度变慢，甚至在一段时间后没有药滴落下时，结合已输液时间判断输液是否结束，并通过无线呼叫装置通知护士换药或拔针。
28.本实用新型输液过程状态监测终端实施工作流程如图5所示，具体工作过程如下：
29.1)输液监测开始；输液开始时，护士完成准备工作后按下输液过程状态监测装置的复位启动按钮，复位清除历史记录数据，并设定预计输液耗时时间t，输液时间从t＝0开始；
30.2)输液过程监测；输液时间t开始计时，并计算当前滴速v，当前滴速v计算方法为：从上一时刻t
s
开始计数(t
s
从0时刻开始)，即统计液滴数量，到当前时刻t为止已输入液滴总数除以t
‑
t
s
，因此t时刻当前滴速v＝液滴总数/(t
‑
t
s
)；
31.3)输液状态判断；根据输液时间t，判断当前时刻处于输液过程的初始阶段、稳定阶段、结束阶段中的哪一个；
32.a.若输液时间t<30s，处于初始阶段；滴速不稳定，相对滴速较快，开始时输液瓶中气体的压强大约为一个大气压，瓶口处的压强大于一个大气压，所以开始的一小段时间内总是滴得很快；所以初始阶段主要监控滴速变化是否处于合理变化范围：v
min
<滴速v<v
max
，即速度不能过快、过慢甚至不滴；如果判断v
min
<滴速v<v
max
为真，则跳转到步骤2)继续执行；否则报警呼叫护士处理异常情况，直至护士处理完异常情况，清除报警呼叫，跳转到步骤1)重新开始执行；
33.b.若30s<输液时间t<0.8t，则处于稳定阶段；稳定阶段滴速均匀，此阶段监控滴速平均值滤除滴速波动误差而造成的判断错误，即当前t时刻滴速v
t
和上一时刻滴速v
s
的平均值v＝(v
t
‑
v
s
)/2是否等于医嘱设定值v
set
，或者误差δ小于规定范围；即判断是否为真，为真，则跳转到步骤2)继续执行；否则无论快慢，报警呼叫护士处理异常情况，直至护士处理完异常情况，清除报警呼叫，跳转到步骤1)重新开始执行；
34.c.若预计输液耗时时间t
‑
输液t<3min不为真，则跳转到步骤2)继续执行；若预计输液耗时时间t
‑
输液时间t<3min，则处于结束阶段；根据预计输液耗时时间t、输液时间t预估结束时间，实际输液时间和滴速测量会存在误差，还需根据当前药液速度是否接近零，判断输液是否将要结束，综合判断提前发出提醒呼叫，预约通知护士换药或拔针；跳转到步骤4)；
35.4)输液结束阶段；判断滴速v≈0为真，输液结束阶段滴速非常慢，设定一个较长时间等待，若没有药液滴下，即判断输液完成，护士按时拔针或者换药，监测终端装置把采集得到数据上传给系统监控中心，监控系统把数据记录保存并显示，供医生事后分析查询。
36.本实用新型的系统监控中心实施工作流程图，如图7所示。当系统运行时，随时等待接受各监测终端信息，监测终端信息有两种，一种是输液过程状态数据，包括输液速度变化、时间等，还有一种是呼叫信息，有报警呼叫、提醒呼叫。当系统监控中心接收到来自监测终端的消息时，首先判断信息类型，如果是呼叫信息，再进一步判断是报警呼叫还是提醒呼
叫，用不同的信号(铃声、音乐等)呼叫，护士处理完后及时消除呼叫信号。而如果是监测的状态数据，则保存记录在系统数据库里，以备医生事后分析。然后继续等待处理其它监测终端信息。
37.本实用新型实施的输液过程状态监测装置工作原理为：监测终端通过u型卡座，固定在滴斗上。输液器滴斗均为透明或足够透明，光学图像传感器能够直接观测。一般输液状态都与药液滴注速度变化有关，所以如何准确测量药液滴注速度是问题的关键。药液是在输液器中流动，为了避免污染，测量传感器不能直接接触。所以本实用新型提出了一种非接触测量方法，通过图像传感器监测药滴滴落过程。以使用线性ccd(tsl1401cl)图像传感器采集药液落下图像为例，tsl1401cl线性传感器阵列由一个128
×
1的光电二极管阵列，摄像头捕捉的是一个面，像素为m*n，而线性ccd采集的是一行，像素为128*1。线性传感器的对面，背景制成白色(一般即为u型卡口端部的延伸部)。药液对于ccd来说相对较暗，在128个像素点的信息中，光线越强的点电压值越高，越弱的点电压值越低。黑与白的电压差是很大的。如果我们找到白电压与黑电压数值上的一个合适的中间值作为阈值，高于此阈值的像素点电压一律拉高到250(250数值根据上位机显示设置)，低于此阈值的像素点电压一律置0，那么画面中的数据只有两个值。mcu控制tsl1401cl的clk及si两个引脚发出特定时序方波信号，clk为时钟信号，通过该电路控制每一个像素电压的依次输出，si 信号为标志位，当它变为高电平后，我们就可以在每个clk信号高电平到来后进行数据的 ad采样。ao引脚就会依次输出128个像素点的模拟信号。如果这时没用药滴落下，这时采集到的图像为一根白色线段；若恰巧有药滴落下时，采集到的图像就是一根中间有间断的，不完整的白色线段图像。每采集到一次不完整线段，则计数一个药滴落下，以此类推可以可计数单位时间药滴落下的个数。但这种方法也会出现一个问题。图像传感器采集频率是根据香农采样定理确定的，可能出现采样频率过快。采集间隔太短，即连续采集的图像都是同一个药滴，造成重复计数问题，进而产生速度计量误差。要避免出现此类问题，就需要限制采样频率。采样速度可以确定为每分钟130次。根据香浓采样定理，次数太少，低于120次/min，例如当滴速60滴/min时，会出现遗漏采样情况；如果采样速度太快，大于每分钟130次，也可能出现重复采样状况。
38.本实用新型输液过程状态监测装置是由蓝宙电子tsl1401线性传感器，微控制器(mcu) atmega328，无线蓝牙通信模块bc417143，报警呼叫装置(扬声器)等部分构成，由电池供电。该装置低功耗设计，图像传感器(摄像头)采用线性ccd(tsl1401cl)。工作时，按下复位启动键sb1，监测装置开始工作。mcu清除历史数据、输液t计时开始。微控器按照规定的采用频率采集图像，atmega328的pb1引脚发出时钟方波信号给tsl1401cl传感器clk 脚，pb0引脚和si脚相连，通过si控制每一个像素的积分和复位操作，模拟量输入引脚pc3 采集tsl1401cl传感器ao引脚电压，ao输出的是每个像素的电压值。一次采集128个像素，实际上是一条线的光强。有药液滴下，遮挡部分的光强发生变化，记一滴药液，以此类推可以实时记录输液速度等状态数据。当输液出现异常，则通过pb3引脚控制扬声器发出报警呼叫铃音，护士过来处理后，按下清除呼叫按键sb2，清除报警状态。当离输液结束不足3分钟时，通过扬声器发出提醒呼叫铃音。护士过来拔针或换药水后，按下清除呼叫按键sb2，清除提醒状态，并把记录的输液过程状态数据通过串口传给无线蓝牙模块bc417143，然后上传给系统监控中心，一次输液过程结束。
39.图像传感器(摄像头)还可以用光电检测器代替。如图6所示是本实用新型另一种实施例。在电路右半部分是发射电路，电源通过限流电阻r1接到发光二极管d1上，电流通过光电二极管到地线，光电二极管发射光束，这部分电路安装到u型卡口一端(背景)；另一端电路左半部分是接收电路，d2是光电接收二极管，接收由发光管发出的平行光束的光量，三极管q2 的作用是增加接收的灵敏度，nc7s14是施密特反相器，作用是对a点的电平进行整形，保证送到单片机pb1口的电平只能是0v或+5v。药液在两者之间落下，当有药液落下时，发光管的刚被挡住，光电检测器接收不到光，记一滴药液，也可以测量输液速度。此外监测装置的微控器(mcu)也可以选用其它低功耗单片机。
40.除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。