CN101987216A

CN101987216A - 一种三合一静脉输液监控系统

Info

Publication number: CN101987216A
Application number: CN2009101014335A
Authority: CN
Inventors: 张子发; 余昌盛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-03-23

Abstract

本发明名称是一种三合一静脉输液监控系统，用于辅助静脉注射过程，可悬挂或固定于现有输液支架上，实现注射结束报警提醒，自动滴速调节控制和输液过程中脉搏监控，在输液结束或者过程有异常发生时不但能够及时提醒患者，同时可以通过有线或者无线射频的传输方式通知护士台，以便及时处理。本发明的三个子系统：输液报警子系统，输液滴速控制子系统和输液脉搏监控子系统既可以联合使用，全面检测静脉输液过程，也可以针对不同的应用场合分开使用，实用性强。其中液位检测创新性地采用电容传感器方式，准确度高。

Description

一种三合一静脉输液监控系统

技术领域

本发明属于医疗器械领域，用于辅助静脉注射过程，可悬挂或固定于现有输液支架上，实现注射结束报警提醒，自动滴速调节控制和输液过程中脉搏监控三合一功能，在输液结束或者过程有异常发生时不但能够及时提醒患者，同时可以通过有线或者无线射频的传输方式通知护士台，以便及时处理。

背景技术

现有静脉输液过程中往往存在以下问题：

1.患者/护士需要时刻注意剩余药水情况，尤其对夜间病房中的患者和护士而言，这是一种生理和心理上的双重折磨；

2.输液速度往往难于遵从医嘱，一般滴速偏快，尤其对于一些心血管疾病或者、老年患者和某些特殊药物而言，需要复杂的滴速调节过程达到医嘱滴速；

3.患者在输液过程中如果出现异常反应，留给抢救的时间是非常宝贵的，现在往往不能及早一步发现问题。

因此，如果有一种技术能够解决上述问题，将极大的提高整个输液过程的效率和患者的舒适度。

发明内容

本发明主要针对上述输液过程中存在的问题，提出了一种解决方案，可以完美的解决上述问题。

1.输液报警子系统：能够精确的检测输液是否结束，当输液结束后，能够本地提醒患者，还可以通过有线和无线方式连接到呼叫系统。最重要的是，输液结束开始提醒和报警后，系统可以自动将速度降到一个合理的最低值，既不会造成血栓也不会回血，留给护士3-5分钟的响应时间。

2.输液速度自动调节控制子系统可以将输液速度控制为一个设定值，也可以实时显示当前输液速度，这对需要低速输液的需求场合非常有用，同时实时显示输液速度也可以切实遵从医嘱进行输液。

3.输液脉搏监测子系统可以在输液整个过程中监视脉搏情况，一旦出现异常情形，可以产生报警，能够及早进入应急处理流程，最大程度的保证患者的安全。同时该子系统如果单独使用，也可以在每天护士早晚巡房时能够便捷的提供患者脉搏数据。

本发明的三个子系统可以同时使用，能够提供最大化的便捷性和安全性；同时每个子系统也可以根据医院实际情况单独使用。安装方便，几乎不需要调试，也不需要改变医院已有的流程和护士习惯。能够有效地提高护士工作效率，降低患者输液时的疲劳程度和缓解陪护人员的紧张心理。可靠性极高。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明，附图中：

图1是三合一静脉输液监控系统的工作原理框图；

图2是三合一静脉输液监控系统的控制系统原理框图；

图3是三合一静脉输液监控系统的输液报警和滴速控制子系统的结构图；

图4是三合一静脉输液监控系统的报警检测电容传感器结构图；

图5是三合一静脉输液监控系统的滴速控模块结构图；

图6是三合一静脉输液监控系统的控制系统主电路原理图；

图7是三合一静脉输液监控系统的控制系统电源部分电路原理图；

图8是三合一静脉输液监控系统的控制系统电容转换电路原理图。

具体实施方式

图1为使用本发明三合一静脉输液监控系统工作原理框图。

其中1为有线呼叫总线，2为交流220V转直流12V电源适配器，3为射频天线，4为系统主控制器，5为主控制器上的设置按键，6为主控制器上的LED指示灯，7为段码式提示信息显示器，8为输液支架横向支架，9为输液瓶/输液袋，10为电容式液位检测传感器和微型减速电机滴速控制机构，11为光电式滴速检测传感器，12为输液支架竖直支架，13为指脉氧检测脉搏传感器，14为输液针头，15为病床/患者。

系统配有三个按键(5)，可以设置指定输液速度(滴速)，系统启动或者停止工作；三个传感器：电容式液位检测传感器(10)、滴速检测传感器(11)和脉搏检测传感器(13)则实时检测整个输液过程中的医学观察对象变化：输液是否完毕，滴速是否合适，脉搏是否在合理的范围内。四个指示LED(6)用来指示系统运行状态，其中之一与滴速同步，也就是每一滴药水从滴下，该LED就闪烁一次，便于患者和护士实际观察。七段码式指示信息(7)可以显示当前滴速(滴/分钟)和脉搏(次/分钟)，也可以显示配置信息，如设置指定滴速等。滴速控制电机(10)则与滴速检测传感器(11)配合，根据滴速传感器的反馈来放松或者收紧输液管以达到滴速控制的目的。

当输液完成后，滴速控制电路能够保证滴壶中的药水可以以2～3滴/分钟的速度维持3～5分钟，以便护士在次期间完成药水更换或者取下输液针头；同时控制器通过无线或者有线的方式通知护士台。此时控制器上的LED会闪烁，蜂鸣器会响起报警提醒。

图2为本发明三合一静脉输液监控系统的控制器原理框图。

其中1为电源管理模块，请参考图7详细说明；2为电容传感器液位检测模块，请参考图4和图8详细说明；3为减速电机滴速控制模块，请参考图5详细说明；4为按键输入模块，请参考图6详细说明。

中央处理器选用美国德州仪器(TI)公司的MSP430超低功耗微处理器，液位检测采用电容传感器原理结合ATMEL公司的CDC芯片QT1106来处理，滴速检测采用光电式原理，脉搏检测采用专用指脉氧检测传感器，控制电机采用低电压直流减速电机，能够在有限的电压下提供足够的扭矩，通过丝杠将旋转运动转化为直线运动，通过推杆直线运动控制通过输液管的液体流速。

图3为本发明静三合一脉输液监控系统的液位检测和滴速控制子系统结构框图。

其中1为塑料支架，打开合页式上盖后可以将输液管(3)放置到凹槽中，合上上盖后即可将输液管(3)固定与其中；2为内置式电容传感器两个电极，请参考图4详细说明；3为输液管；4为微型减速电极滴速控制模块，请参考图5详细说明。

当输液管(3)中有或者没有液体通过时，电容传感器的两个电极之间介质的介电常数相差一个数量级以上，因此电容转换器QT1106(图8)可以将两种情形精确区分开来，这样主控制器可以获知液位是否已经达到该位置。从而产生下一步动作：本地蜂鸣器和LED报警提醒，通过有线或者无线的方式将该信息传送到护士台，同时滴速控制解构(4)会将滴速控制到一个合理的值，通常为2～3滴/分钟。

图4为电容式传感器机构示意图。

其中1为电容式传感器的两个电极，2为输液管。

输液管以及其中的物体(空气或者各种药水)作为电容传感器的绝缘介质，在有液体流过输液管(2)时，电容传感器的两个电极之间的介质发生变化，由于空气的介电常数和药水的介电常数相差一个数量级以上，且电容C与介电常数成正比，因此输液管中有无液体造成的电容值变化可由电容转换器(CDC)QT1106精确检测到，中央处理器通过查询获得当前电容值，从而可以判断当前是否有液体流过输液管，当电容值变至原来的1/10以下时，标明输液完毕，系统控制器产生下一步动作。

图5为微型减速电极滴速控制机构示意图。

其中1为塑料支架，固定输液管(2)的左壁，3为直线运动机构丝杠无螺纹部分，4为直线运动机构丝杠有螺纹部分，5减速电极输出轴有螺纹部分，6为减速电极输出轴无螺纹部分，7为减速电极减速机构，8为微型直流电机。

系统初始化时，直线运行机构(3，4)不会压迫输液管(2)，输液开始后，根据系统滴速设定，控制减速电机(7，8)的按照一定的旋转方向，旋转一定时间，通过电机输出轴(5，6)和丝杠(3，4)的咬合，将旋转运动转换为直线运动，通过丝杠(3，4)的左右移动，来松开或者夹紧输液管(2)，从而控制了流过其中的液体速度。而滴速传感器则会反馈给控制器当前滴速，以便功过减速电机对滴速进行闭环控制，在数秒时间内使滴速达到预设值。

图6为本发明三合一静脉输液监控系统的控制系统电路原理图。

其中1为JTAG接口电路；2为时钟电路；3为5V转3.3V电源转换电路；4为脉搏检测接口电路；5为光电式滴速检测电路，当D6和Q2之间没有液体时，D6发出的光可以驱动Q2，SPEED_IN输出为逻辑“0”，当D6和Q2之间有液体时，由于折射率发生改变，D2发出的光Q2接收不到，SPEED_IN输出为逻辑“1”，中央处理器(8)通过计算两次“1”之间的时间结合一定的算法即可计算出滴速；6为系统复位电路；7为段码式显示驱动电路，采用串并转换芯片74HC595将串行数据并行输出，驱动段码式显示器，节省了有限的端口资源；8为中央处理器MSP430，采用其超低功耗的特性，尤其在系统未连接外部电源时，可以最大程度的延长电池工作时间；9为LED输出和按键输入电路；10为微型减速电机控制电路，通过对其方向和PWM输出进行扭矩控制，达到控制滴速的目的，请参考图5详细说明其机械实现；11为蜂鸣器驱动电路，蜂鸣器通过加在其上的4KHz方波发出提示音。

按键输入(9)创新性的采用模数转换器采样的方式进行。按键S1、S2和S3按下不同的组合或者按下其中某一个时，BUTTON处的电压值皆不相同，通过MSP430内部的10为ADC模数转换器对BUTTON进行电压采样，即可判断出当前键按下的情况。此方法理论上只要电阻选择合理，可以采用1个模拟输入I/O端口实现无数多的按键。

系统通过按键(9)设定输液速度(滴速，单位：滴/分钟)，同时按键(9)通知中央处理器MSP430(8)开始监视和控制过程，通过滴速检测模块(5)和滴速控制模块(10)达到闭环反馈控制输液速度达到设定值，而液位检测模块(图4，图8)在输液液体达到传感器安装位置时，检测到输液完成，此时通过滴速检测模块(5)和滴速控制模块(10)达到闭环反馈控制输液速度达到设定值将滴速降低到一个合理的最小值2～3滴/分钟。同时本地蜂鸣器(11)和LED(9)实现声光报警，并通过有线或者无线的方式告知护士台。在整个输液过程中，一旦脉搏传感器(4)检测到异常，也会发出本地蜂鸣器(11)和LED(9)声光报警，并通过有线或者无线的方式告知护士台。

图7为后备电池供电电路，在外部交流电源未连接时采用电池供电，当外部电源连接而且电池电压不足时，可以对电池进行充电。外部电源(V12)通过D4，经过稳压电路给负载供电；停电时，电池通过MAX931(U4)及Q2、D5组成的控制电路给负载供电，此电路有防过充、自动供电、保护电池等功能。

其中充电部分主要由LM358(U33)和Q1及外围元件构成。电源V12由TL317(U1)组成恒流源，经Q1对电池进行恒流充电，由LM358进行控制。TL431是一个有良好热稳定性能的三端可调分流基准源，其主要作用是保证电压稳定。

U3A构成防过充电路，如果电池＞8.4V(1.4V X 6)，则经R8、R11分压，在U3A负输入端第⑦脚产生的电压将大于其第⑧脚正输入端的电压，其第①脚输出低电平，Q1截止，不再给电池充电。U3B构成显示电路，LED1是充电指示灯。如果电池充满后，U3B第⑤脚正输入端为低电平。则其第⑦脚输出低电平，LED1熄灭。LED2是电源指示。

外部电源未连接时电池供电保护电路主要由MAX931等构成。MAXIM公司生产的妻MAX931是微功率、低压精密比较器，内置1.182V±2％的参考电平，输出2.5～11V、40mA的电流，并且可以消除变换逻辑状态时产生的寄生干扰。可以在电平检测器、振荡器、报警电路中应用。U4第⑤、⑥脚短路，消除迟滞，第⑥脚的参考电平1.182V经R2、R3分压接至U4第⑧脚(正端)，作为正端的一个电压基准。电池过度使用会缩短电池使用寿命，如果电池电压下降至5V，则由电池电压经R4和R5分压而至U4第④脚(负端)，如果负端电压小于比较器正端电压，U4输出为高电平，增强型P沟道场效皿管Q2截止，切断电池对供电电路的供电。

图8为基于ATMEL公司的电容转换芯片(CDC)电容转换电路原理图。通过SPI接口与中央控制器MSP430通讯，可以实时输出当前电容传感器(图4)的电容值，从而可以判断输液管中是否有液体通过。检测出输液是否应该结束。

Claims

1.本发明名称是静脉注射监控系统，其特征是：用于辅助静脉注射过程，可悬挂或固定于现有输液支架上，实现注射结束报警提醒，自动滴速调节控制和输液过程中脉搏监控，在输液结束或者过程有异常发生时不但能够及时提醒患者，同时可以通过有线或者无线射频的传输方式通知护士台，以便及时处理。

2.根据权利要求1所述的静脉注射监控系统，其特征是：通过液位检测传感器、滴速检测传感器和脉搏检测传感器的反馈信息，完美监视和控制整个静脉注射过程。电容式液位检测模块可以准确的检测到输液是否结束，滴速控制模块则可以收紧输液管，从而将滴速控制到一个合理的最小值。脉搏检测传感器能够在整个输液过程中感应是否有不良输液反应，一旦脉搏速度超出正常范围，则可以本地声光报警，并将信息上传到护士台。

3.根据权利要求1所述的静脉注射监控系统，其特征是：输液报警子系统、输液滴速控制子系统和脉搏控制子系统既可以联合使用，也可针对不同的应用场合以分别使用，系统配置备用电池，当外接直流电源未连接时，系统可由备用电池供电，方便或者输液期间需要去卫生间的场合。