黎海濤　郭文旭　宋守團(tuán)

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基于單片機(jī)的雙通道靜脈輸液裝置的設(shè)計(jì)

黎海濤①白求恩國(guó)際和平醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 河北 石家莊 050082郭文旭①宋守團(tuán)①

[摘要]目的：設(shè)計(jì)一種可自動(dòng)換液的裝置，以使醫(yī)院患者靜脈輸液時(shí)換液及時(shí)，保證治療效果。方法：采用傳感器定時(shí)采集雙通道輸液瓶的輸液信息的方法，提前將2瓶無(wú)配伍禁忌的液體懸掛于該裝置上，開(kāi)始輸液時(shí)一通道導(dǎo)通，雙通道阻斷，通過(guò)傳感器定時(shí)采集一通道輸液瓶的輸液情況，當(dāng)輸液完成時(shí)，阻斷一通道，導(dǎo)通二通道，開(kāi)始輸液；傳感器定時(shí)采集二通道輸液瓶的輸液情況，當(dāng)輸液完成時(shí)，阻斷二通道，鳴音提示。結(jié)果：該裝置可在靜脈輸液時(shí)自動(dòng)換液，整個(gè)換液過(guò)程無(wú)需專(zhuān)人看守，實(shí)現(xiàn)靜脈輸液自動(dòng)化。結(jié)論：雙通道靜脈輸液裝置可有效克服靜脈輸液時(shí)的換液不及時(shí)現(xiàn)象，從而減輕醫(yī)護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率，降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，具有臨床推廣價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]靜脈輸液；單片機(jī)；換液

[First-author’s address] Bethune International Peace Hospital, Shijiazhuang 050082, China.

靜脈輸液是臨床醫(yī)療工作中常用的有效治療手段之一。在患者的靜脈輸液治療過(guò)程中，多數(shù)醫(yī)院仍采用傳統(tǒng)的護(hù)士手動(dòng)換液的方式。由于部分患者因輸液組數(shù)多、陪護(hù)人員過(guò)于疲勞等原因出現(xiàn)換液不及時(shí)的現(xiàn)象，導(dǎo)致空氣進(jìn)入血管內(nèi)形成空氣栓塞及凝血堵針頭的情況發(fā)生，尤其在夜間，這一現(xiàn)象會(huì)更加突出。由于換液不及時(shí)，輕則延誤患者治療，重則導(dǎo)致醫(yī)療糾紛。因此，研制一套可靠性高、成本低的靜脈輸液自動(dòng)換液裝置，實(shí)現(xiàn)換液工作自動(dòng)化顯得尤為重要[1]。為此，本研究設(shè)計(jì)一種可自動(dòng)換液的雙通道靜脈輸液裝置，以減輕醫(yī)護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率，降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生率。

1　自動(dòng)換液裝置的設(shè)計(jì)思路

本研究設(shè)計(jì)的自動(dòng)換液裝置采用美國(guó)ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)為處理器，通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)輸液完成情況，進(jìn)而決定何時(shí)切換輸液管道。AT89S51是一種CMOS型單片機(jī)，該單片機(jī)體積小、功耗低及性能穩(wěn)定，具有8 KB的片內(nèi)ROM和256 B的片內(nèi)隨機(jī)存儲(chǔ)器(random access memory，RAM)，適合實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，可滿(mǎn)足本系統(tǒng)的需求，避免外部擴(kuò)展而帶來(lái)的諸多不便[2]。在開(kāi)始輸液前將2瓶無(wú)配伍禁忌的液體掛于輸液架上，2瓶液體使用一根雙頭輸液管與患者相連。初始階段自動(dòng)換液裝置會(huì)同時(shí)阻斷2個(gè)通道輸液管的液流。輸液開(kāi)始時(shí)僅松開(kāi)一通道輸液管，使其開(kāi)始輸液，并記錄下初始輸液時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)監(jiān)測(cè)到一通道輸液完成時(shí)，蜂鳴器報(bào)警并阻斷一通道輸液管；同時(shí)松開(kāi)二通道輸液管，使其開(kāi)始輸液，并記錄下切換時(shí)間。當(dāng)二通道輸液也完成時(shí)，阻斷二通道輸液管，記錄下輸液完成時(shí)間；同時(shí)蜂鳴器報(bào)警，提醒醫(yī)護(hù)人員做進(jìn)一步處理[3]。

2　自動(dòng)換液裝置的基本結(jié)構(gòu)

主要由記時(shí)模塊、液滴監(jiān)測(cè)模塊、控制模塊及通道切換模塊4部分構(gòu)成，外圍器件包括數(shù)碼管、按鍵及蜂鳴器等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　自動(dòng)換液裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1 記時(shí)模塊

自動(dòng)換液裝置中記時(shí)模塊的主要功能是記錄并顯示當(dāng)前時(shí)間、輸液開(kāi)始時(shí)間、切換時(shí)間及輸液完成時(shí)間。其中，切換時(shí)間既是一通道的完成時(shí)間，又是二通道的開(kāi)始時(shí)間。4個(gè)時(shí)間通過(guò)4個(gè)4位數(shù)碼管顯示，為了便于區(qū)分，當(dāng)前時(shí)間采用紅色數(shù)碼管顯示，其余時(shí)間采用綠色數(shù)碼管顯示[4]。

記時(shí)模塊采用美國(guó)DALLAS公司的DS1302時(shí)鐘芯片為記時(shí)芯片，DS1302是一種高性能、低功耗及帶RAM的經(jīng)典實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，可對(duì)年、月、日以及周日、時(shí)、分和秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，并且具有閏年補(bǔ)償功能，其工作電壓為2.5～5.5 V。DS1302記時(shí)芯片采用三線接口與單片機(jī)進(jìn)行同步通信，即SCLK(pin7)、I/ O(pin6)和RST(pin5)，如圖2所示。

圖2　DS1302記時(shí)芯片封裝圖

2.2 液滴監(jiān)測(cè)模塊

監(jiān)測(cè)輸液情況使用液滴監(jiān)測(cè)模塊，其主要功能是監(jiān)測(cè)輸液完成與否，進(jìn)而決定是否切換輸液通道。由于本系統(tǒng)為近距離監(jiān)測(cè)，且紅外光波長(zhǎng)比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，可極大減少可見(jiàn)光對(duì)信號(hào)檢測(cè)的影響，因此采用紅外發(fā)光二極管和接收管組合完成液滴信號(hào)檢測(cè)[5-6]。采用紅外發(fā)光二極管構(gòu)成的檢測(cè)探頭，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠以及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，其原理是利用液體與氣體的折射率不同，使得同一光源的光在輸液管道內(nèi)有無(wú)液體時(shí)產(chǎn)生不同的折射角度，使光接收器件接收到光信號(hào)的強(qiáng)弱也不同，從而產(chǎn)生不同程度的高、低電平，用以判斷輸液是否結(jié)束[7]。若輸液結(jié)束則會(huì)在AT89S51單片機(jī)的Pin14上產(chǎn)生外部中斷T0，單片機(jī)則驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行通道切換(如圖3所示)。

圖3　入射光線折射示意圖

2.3 控制模塊

控制模塊是整個(gè)裝置的核心，采用美國(guó)ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)作為處理器，其主要功能是通過(guò)DS1302時(shí)鐘芯片采集的時(shí)間信息驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管而顯示各時(shí)間，采集監(jiān)測(cè)模塊的信息判斷輸液是否完成，當(dāng)輸液完成時(shí)蜂鳴報(bào)警，并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)對(duì)輸液管進(jìn)行夾緊或松開(kāi)進(jìn)而完成輸液通道的切換，整個(gè)輸液過(guò)程完成時(shí)蜂鳴報(bào)警，提醒醫(yī)護(hù)人員做進(jìn)一步處理[8-9]。

AT89S51單片機(jī)具有完整的輸入輸出、控制端口以及內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間，可以通過(guò)外接A/D，D/ A轉(zhuǎn)換電路及運(yùn)放芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器傳送信息的采集，且能夠提供以點(diǎn)陣或液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)及外接按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，能夠?qū)ζ鋬?nèi)部眾多I/O端口連接步進(jìn)電機(jī)并對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行精確操控，具有強(qiáng)大的工控能力，且開(kāi)發(fā)環(huán)境方便、高效，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言可使用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言[10-12]。AT89S51單片機(jī)的封裝如圖4所示。

圖4　 AT89S51單片機(jī)封裝圖

2.4 通道切換模塊

通道切換模塊的功能是完成輸液通道的切換，當(dāng)單片機(jī)監(jiān)測(cè)到某通道輸液結(jié)束時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)帶動(dòng)夾持器夾緊某通道輸液管，阻斷其液流，同時(shí)放松另一通道輸液管，使其開(kāi)始輸液，從而完成輸液通道的切換過(guò)程。

3　自動(dòng)換液裝置的應(yīng)用

自動(dòng)換液裝置的設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合光電檢測(cè)技術(shù)和步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)靜脈輸液過(guò)程中的自動(dòng)換液，可減少護(hù)理人員的工作量，提高工作效率，降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)[13]。此外，單輸1瓶液體時(shí)還可將本裝置作為輸液監(jiān)控裝置使用，輸液結(jié)束時(shí)可及時(shí)阻斷液流，有效防止意外發(fā)生。在輸液過(guò)程中無(wú)需專(zhuān)人值守，輸液結(jié)束時(shí)蜂鳴報(bào)警并記錄顯示輸液結(jié)束時(shí)間，提醒護(hù)理人員做進(jìn)一步處理[14]。

目前，醫(yī)院住院患者的靜脈輸液多采用人工看護(hù)、護(hù)士手動(dòng)換液的方式，而本研究設(shè)計(jì)的自動(dòng)換液裝置具有靈敏度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)換液自動(dòng)化，可有效降低護(hù)理人員的工作強(qiáng)度，在提高醫(yī)院的服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，降低輸液過(guò)程中的各種隱患，減少輸液過(guò)程中出現(xiàn)的醫(yī)療事故，杜絕醫(yī)療糾紛，提高醫(yī)院的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)保障人民身體健康，促進(jìn)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展具有積極的意義。

我國(guó)目前正在步入老齡化社會(huì)，老年人住院時(shí)往往需要家屬陪床，陪床的一項(xiàng)重要任務(wù)則是提醒護(hù)理人員換液。自動(dòng)換液的裝置的應(yīng)用可使換液更加及時(shí)，降低陪護(hù)工作強(qiáng)度、減少陪護(hù)人員數(shù)量[9]。

4　結(jié)論

本研究的設(shè)計(jì)為雙通道換液裝置，根據(jù)不同需求換液裝置還可設(shè)計(jì)成多通道。但無(wú)論多少通道，定要檢查相鄰2瓶液體間有無(wú)配伍禁忌，無(wú)配伍禁忌方可接瓶。此外，即便可以自動(dòng)換液，護(hù)理人員仍需嚴(yán)格遵守《靜脈輸液管理規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，切實(shí)落實(shí)巡視制度，主動(dòng)定時(shí)巡視輸液患者，觀察有無(wú)非正常情況以及不良反應(yīng)，并及時(shí)作出相應(yīng)處理。

基于單片機(jī)的可自動(dòng)換液的雙通道靜脈輸液裝置，有效克服了靜脈輸液時(shí)的換液不及時(shí)現(xiàn)象，使換液更加及時(shí)，從而減輕了醫(yī)護(hù)人員工作強(qiáng)度，提高了工作效率。輸液完成時(shí)能夠自動(dòng)阻斷液流，記錄并顯示輸液完成時(shí)間，能夠保證輸液的可靠性，提高患者靜脈輸液的安全性[15]。同時(shí)，雙通道靜脈輸液裝置的應(yīng)用可降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，減少醫(yī)療糾紛，適用于各級(jí)醫(yī)療衛(wèi)生單位，具有很大的臨床推廣價(jià)值。

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Research on MCU based dual channel venous transfusion device design/LI Hai-tao, GUO Wen-kun, SONG Shou-tuan// China Medical Equipment,2016,13(1):19-21.

[Abstract]Objective: To design automatic infusion device for changing fluid in time, and ensure the treatment effect. Methods: Two bottles of liquid without compatibility taboo suspension in advance on the device, when started conduct channel 1, block channel 2, through a sensor acquisition channel of transfusion bottle infusion, when the infusion is finished, blocking channel 1, conduct channel 2, begin to infusion, the same sensor timing acquisition two channels of the infusion bottle infusion, transfusion is complete, blocking two channels, singing sound prompt.

Results: This design can realize automatic in liquid intravenous fluids, the whole process automation in liquid without personnel guards. Conclusion: This design can effectively overcome the phenomenon that intravenous infusion in fluid not in time to reduce the work burden of nursing staff, improve work efficiency, reduce the medical risk, has great clinical value.

[Key words]Intravenous infusion; Singlechip; Change fluids

收稿日期：2015-10-21

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.01.006

[文章編號(hào)]1672-8270(2016)01-0019-03

[中圖分類(lèi)號(hào)]R197.39

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

作者簡(jiǎn)介
黎海濤,女,(1978- ),碩士，助理工程師。白求恩國(guó)際和平醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科，研究方向：醫(yī)學(xué)工程。