一种无线输液监控装置及方法与流程

1.本发明涉及输液瓶监测领域，特别是涉及一种无线输液监控装置及方法。


背景技术：

2.市场上已经产生了利用检测输液瓶液位状态的输液报警器，但装置结构复杂且需要固定在输液瓶上，造成护士更换药瓶不便，也不适用于非瓶装药物输液的场合；还有输液报警器，是利用液体重量的减少来报警，同样存在结构复杂、可靠性低、准确度不高等问题；也有利用检测输液管中液体介质的有无来实现报警，但只报警“滴空”。目前的输液报警器都是对单一状态的检测，而对“堵针”、“跑针”、“滴速”以及输液过程的其他异常现象等多参数监控无能为力，更不具有通信、联网功能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种无线输液监控装置及方法，以实时监控药液点滴速度从而确定输液状态。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种无线输液监控装置，包括：夹子体本体、连接体、左激光收发模块、右激光收发模块和微控制器模块；
6.所述夹子体本体包括夹子体左扇和夹子体右扇；所述夹子体左扇和所述夹子体右扇通过所述连接体连接；所述夹子体本体用于夹住输液管；
7.所述左激光收发模块设置在所述夹子体左扇上，所述右激光收发模块设置在所述夹子体右扇上；所述输液管设置在所述左激光收发模块和所述右激光收发模块之间；所述左激光收发模块和所述右激光收发模块不在同一条水平线上；所述左激光收发模块和所述右激光收发模块均与所述微控制器模块连接；所述微控制器模块设置在所述夹子体本体上；所述微控制器模块用于根据所述左激光收发模块的左光强信息和所述右激光收发模块传递的右光强信息监控输液状态。
8.可选地，所述连接体包括弹性组件和连接导管；所述连接导管穿套进所述弹性组件。
9.可选地，所述无线输液监控装置还包括微动开关，所述微动开关设置在所述夹子体本体的一端；所述输液管设置在所述微动开关和所述连接件之间；所述微动开关与所述微控制器模块连接。
10.可选地，所述无线输液监控装置还包括电路板；所述电路板包括左电路板和右电路板；所述左电路板设置在所述夹子体左扇内；所述左激光收发模块设置在所述左电路板上；所述右电路板设置在所述夹子体右扇内；所述右激光收发模块设置在所述右电路板上。
11.可选地，所述无线输液监控装置还包括电源模块、电源与通信电路和天线；所述电源模块、所述电源与通信电路和所述天线均设置在所述电路板上，所述电源模块、所述电源与通信电路和所述天线均与所述微控制器模块连接；所述电源模块和所述天线还均与所述
电源与通信电路连接。
12.可选地，所述无线输液监控装置还包括接线排；所述接线排包括左接线排和右接线排；所述左接线排与所述左电路板连接；所述右接线排与所述右电路板连接；所述左接线排与所述右接线排连接；所述左接线排和所述右接线排均穿过所述连接件。
13.可选地，所述无线输液监控装置还包括提醒模块，所述提醒模块与所述微控制器模块连接，所述提醒模块用于根据所述输液状态发出提醒。
14.一种无线输液监控方法，所述无线输液监控方法应用如上述任意一项所述的无线输液监控装置，所述无线输液监控方法包括：
15.分别获取左激光收发模块的左光强信息和右激光收发模块的右光强信息；
16.根据所述左光强信息和所述右光强信息确定输液管内药液的流速；
17.根据所述左光强信息和所述右光强信息确定平均光强；
18.根据所述平均光强和所述流速确定输液状态；所述输液状态包括堵针、输液正常、跑针、药液耗尽和输液情况异常。
19.可选地，所述根据所述平均光强和所述流速确定输液状态具体包括：
20.判断所述平均光强是否大于或者等于设定平均光强阈值，若所述平均光强大于或者等于所述设定平均光强阈值，则确定药液耗尽；
21.获取两个不同时刻的所述流速并根据两个不同时刻的所述流速确定流速差绝对值；
22.根据所述流速差绝对值确定堵针、输液正常、跑针和输液情况异常。
23.可选地，所述根据所述流速差绝对值确定堵针、输液正常和跑针和输液情况异常，具体包括：
24.若所述流速差绝对值小于或者等于第一设定流速差阈值，则确定出现堵针或药液耗尽；
25.若所述流速差绝对值位于所述第一设定流速差阈值与第二设定流速差阈值之间，则确定输液正常；
26.若所述流速差绝对值大于或者等于第三设定流速差阈值，则确定出现跑针；
27.若所述流速差绝对值位于所述第二设定流速差阈值与所述第三设定流速差阈值之间，则确定输液情况异常。
28.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
29.本发明提供的无线输液监控装置及方法，所述夹子体本体包括夹子体左扇和夹子体右扇；所述夹子体左扇和所述夹子体右扇通过所述连接体连接；所述夹子体本体用于夹住输液管；所述左激光收发模块设置在所述夹子体左扇上，所述右激光收发模块设置在所述夹子体右扇上；所述输液管设置在所述左激光收发模块和所述右激光收发模块之间；所述左激光收发模块和所述右激光收发模块不在同一条水平线上；所述左激光收发模块和所述右激光收发模块均与所述微控制器模块连接；所述微控制器模块设置在所述夹子体本体上；所述微控制器模块用于根据所述左激光收发模块的左光强信息和所述右激光收发模块传递的右光强信息监控输液状态，从而实时监控药液。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明提供的无线输液监控装置正面剖视图；
32.图2为本发明提供的无线输液监控装置横向剖视图；
33.图3为本发明提供的左电路板示意图；
34.图4为本发明提供的右电路板正面图；
35.图5为本发明提供的右电路板反面图；
36.图6为激光多普勒法(频差-速度)检测示意图；
37.图7为激光多普勒法(强度-速度)检测示意图；
38.图8为本发明提供的无线输液监控方法流程图。
39.符号说明：
40.1-夹子体左扇，2-夹子体右扇，3-连接件，11-左电路板，12-左接线排，13-左激光收发模块，14-锂电池，15-电源与通信电路，16-插座，21-右电路板，22-右接线排，23-右激光收发模块，24-微控制器模块，25-微动开关，26-pcb天线，27-led，28-按键，31-弹簧，32-连接导管。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.本发明的目的是提供一种无线输液监控装置及方法，以实时监控药液点滴速度从而确定输液状态。
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
44.如图1-图4所示，本发明提供的一种无线输液监控装置，呈夹子体结构，包括：夹子体本体、连接体、左激光收发模块13、右激光收发模块23和微控制器模块24。所述夹子体本体包括夹子体左扇1和夹子体右扇2；所述夹子体左扇1和所述夹子体右扇2通过所述连接体连接；所述夹子体本体用于夹住输液管；所述左激光收发模块13设置在所述夹子体左扇1上，所述右激光收发模块23设置在所述夹子体右扇2上；所述输液管设置在所述左激光收发模块13和所述右激光收发模块23之间；所述左激光收发模块13和所述右激光收发模块23不在同一条水平线上；所述左激光收发模块13和所述右激光收发模块23均与所述微控制器模块24连接；所述微控制器模块24设置在所述夹子体本体上；所述微控制器模块24用于根据所述左激光收发模块13的左光强信息和所述右激光收发模块23传递的右光强信息监控输液状态。
45.作为一种可选的实施方式，所述连接体包括弹性组件和连接导管32；所述连接导
管32穿套进所述弹性组件。
46.作为一种可选的实施方式，所述无线输液监控装置还包括微动开关25，所述微动开关25设置在所述夹子体本体的一端；所述输液管设置在所述微动开关25和所述连接件3之间；所述微动开关25与所述微控制器模块24连接。
47.作为一种可选的实施方式，所述无线输液监控装置还包括电路板；所述电路板包括左电路板11和右电路板21；所述左电路板11设置在所述夹子体左扇1内；所述左激光收发模块13设置在所述左电路板11上；所述右电路板21设置在所述夹子体右扇2内；所述右激光收发模块23设置在所述右电路板21上。
48.作为一种可选的实施方式，所述无线输液监控装置还包括电源模块、电源与通信电路15和天线；所述电源模块、所述电源与通信电路15和所述天线均设置在所述电路板上，所述电源模块、所述电源与通信电路15和所述天线均与所述微控制器模块24连接；所述电源模块和所述天线还均与所述电源与通信电路15连接。
49.作为一种可选的实施方式，所述无线输液监控装置还包括接线排；所述接线排包括左接线排12和右接线排22；所述左接线排12与所述左电路板11连接；所述右接线排22与所述右电路板21连接；所述左接线排12与所述右接线排22连接；所述左接线排12和所述右接线排22均穿过所述连接件3。
50.作为一种可选的实施方式，所述无线输液监控装置还包括提醒模块，所述提醒模块与所述微控制器模块24连接，所述提醒模块用于根据所述输液状态发出提醒。
51.在实际应用中，利用的天线为pcb天线26，提醒模块采用led27，夹子体左扇1包括左电路板11，以及安装在其上的左接线排12、左激光收发模块13、锂电池14、电源与通信电路15和插座16；夹子体右扇2包括右电路板21，以及安装在其上的右接线排22、pcb天线26、右激光收发模块23、微处理器模块、微动开关25、led指示灯和按键28；pcb天线26通过收发射频信号与上位机或其他无线设备进行通信；上位机包含收发模块和系统监控程序；微处理器模块包含有监控软件；夹子体左扇1和夹子体右扇2通过连接件3连接成一个整体，所述连接件3包含弹簧31和连接导管32，左、右电路板通过接线排经由连接导管32实现电气连接。连接导管32是空心的，导管本身与夹子体左扇1、夹子体右扇2连接，对夹子体起支撑作用，同时，管内穿越数根导线用于连接左、右电路板21的接线排。通过接线排通过穿过导管内的导线，连接左右电路板21上的接线排(接线排即若干插针或插孔)。
52.还可以与其他监控设备组成无线局域网，实现多参数传感监控。可以与心率、呼吸、血压和血氧饱和度等生命体征参数同步监控，提供合理的点滴速度控制。无线局域网采用zigbee技术架构。与蓝牙技术相比较，可容纳的传感节点更多，电池续航时间更长，抗干扰能力更强，网络免维护，设备即插即用方便快捷。zigbee技术架构采用基于片上系统方案的cc2530芯片。片上系统方案集成了射频前端电路，适合采用板载pcb天线26作为收发天线，使得整体电路体积小、耗电低、可靠性高，片上系统方案是指选择一种芯片，该芯片上集成了微处理器、射频前端、巴伦接口电路等功能电路，一个芯片就是一个完整的系统。
53.如图6和图7所示，激光收发模块采用反射光路设计(透射法为：采用对射光路设计)，左、右激光模块上下错开一段距离设置。测量结果取两个光路的平均值，提高了测量的精度。左、右(透射法为：上、下)测量光路分时工作，即工作方式一，左(透射法为：上)光路工作时右(透射法为：下)光路光源关闭且处于接收状态；延时若干时间；工作方式二，右(透射
法为：下)光路工作时左(透射法为：上)光路光源关闭且处于接收状态。每个测量光路互为对方的光强参考基准，消除了由于光源发光强度不稳定带来的测量误差。激光收发模块采用0.47～0.58μm光谱段激光二极管模组。0.47～0.58μm光谱段激光穿透性更强，能够提升对深颜色药液的检查灵敏度，使得装置对各种有色药液的适应性更好。
54.启动模式有手动和自动。装置在夹持固定输液管道上并触发微动开关25后，可手动按压启动按键28启动装置开始工作，如果没有按压启动按键28，控制电路在规定时间内未检测到启动按键28动作，则自动启动装置开始工作，避免了人为操纵的遗漏而使监控失效。
55.夹子体左扇1包括左电路板11、左接线排12、左激光收发模块13、锂电池14、电源与通信电路15和插座16，所述的夹子体右扇2包括右电路板21，右接线排22、右激光收发模块23、微控制器模块24、微动开关25、pcb天线26、led27和按键28，右电路板21是一个矩形电路板，板上正面分别包含(或固定)有右接线排22、右激光收发模块23、微控制器模块24和微动开关25，相对位置如图4所示，板上正反面分别包含(或固定)有pcb天线26、led27、按键28，相对位置如图5所示，图4和图5中的上下轴线与图6轴线方向一致，对应图2垂直纸面方向。左电路板11与右电路板21面对面平行设置(正面对正面)。连接件3由弹簧31和连接导管32组成，连接导管32穿越弹簧31内孔与夹子体左、右扇联通，弹簧31两端分别与夹子体左、右扇固定，使夹子体左、右扇能够实现张开或夹紧运动。
56.本发明提供的装置非使用状态：夹子体中无输液导管，夹子呈闭合状态(前端左右闭合)，处于夹子前端的微动开关25被压紧，内置常闭触点开路，断开供电回路，装置不工作。使用状态：手动将夹子夹紧输液导管，夹子呈开口状态(前端左右分开)，处于夹子前端的微动开关25被释放，内置常闭触点闭合，供电回路接通，装置开始工作。可夹持固定在输液管线的任何位置，不受姿态的影响，激光收发模块利用多普勒法或激光透射法。实时监测输液管线中药液的点滴速度以及药液告罄等状态，并将数据通过无线通信方式上传监控中心或护士站，并针对各种异常在监控端和现场发出声光提示、报警。
57.本发明提供的装置工作原理如下：
58.(1)采用传感网络技术架构，既可以与上位机进行无线通信，又可以与其他设备组成无线局域网并与上位机进行通信。
59.(2)采用双向检测方法，左激光收发模块13和右激光收发模块23，左右布置、上下错开、交替工作，循环检测。每个循环周期内主要有三个环节，工作方式一，左(透射法为：上)光路工作时右(透射法为：下)光路光源关闭且处于接收状态；延时若干时间；工作方式二，右(透射法为：下)光路工作时左(透射法为：上)光路光源关闭且处于接收状态。左、右激光收发模块除安装位置不同，其他都相同，每个激光收发模块可工作于下列几种模式：
①
不工作状态，收发禁止；
②
工作状态，发射激光并接收反射光；
③
接收状态，不发射激光，但接收对方模块的透射光。激光透射法：
①
不工作状态，收发禁止；
②
工作状态，发射激光用于对方模块接收，且接收反射光；
③
接收状态，不发射激光，但接收对方模块的透射光。
60.(3)利用激光多普勒效应对输液管中流体进行检查，可实现药液告罄、点滴速度、堵针、跑针等多参数的监控、数据上传、提醒和报警功能。
61.(4)在组网工作状态，本装置可作为协调器，或终端节点，或路由器使用。
62.(5)在组网工作状态，本装置可收集监护仪、呼吸机等设备的数据并上传。
63.(6)夹子体前端内侧设置有微动开关25，可自动判断装置处于非工作状态或工作状态，微动开关25被左扇对应位置的凸起压紧时处于非工作状态，微动开关25与左扇对应位置的凸起分离时处于工作状态。
64.(7)设计多种启动、停止操作模式。
①
将装置夹持在输液管线上，微动开关25弹起，装置通电自动启动开始工作；
②
在工作状态下，按压启/停按键28，装置停止工作，再次按压启/停按键28，装置启动开始工作；
③
将装置从输液管线摘除，在弹力作用下左扇凸起压紧微动开关25后，装置断电停止工作。
65.(8)设置有插座16，采用type-c接口，支持usb的充电，数据传输，显示输出等之类的功能。焊接在“电源与通信电路15”板上，usb插座16有4路信号(vcc、gnd、d 、d-)，vcc和gnd与电源电路连接用于充电，d 和d-与通信电路连接用于通信。
66.(9)无线传感网络采用zigbee技术架构，mcu采用cc2530片上系统芯片和z-stack协议栈，天线采用板载pcb天线26。
67.(10)消除光源强度不稳定带来的测量误差，以工作方式一为例(工作方式二类似)，方法如下：
68.标定值：在输液管线无药液的状态下测量，光源发光强度p1，反射光路光强为p
11
，透射光路光强值为p
12
，计算可得到光路损耗
△
p＝(p
1-p
11-p
12
)。
69.实测值：反射光路光强为p
11测
，透射光路光强值为p
12测
，可得到此时光源发光强度的实际值为p
1测
。
70.p
1测
＝p
11测
p
12测

△
p
71.即，实际测量时光源的发光强度为p
1测
，后续的计算以此值为准。
72.透射法为：
73.标定值：在输液管线无药液的状态下测量，光源发光强度p1，上光路透射光强为p
11
，下光路反射光强值为p
12
，计算可得到光路损耗
△
p＝(p
1-p
11-p
12
)。
74.实测值：上光路透射光强为p
11测
，下光路反射光强值为p
12测
，可得到此时光源发光强度的实际正值为p
1测
。
75.p
1测
＝p
11测
p
12测

△
p
76.即，实际测量时光源的发光强度为p
1测
，后续的计算以此值为准。)
77.本发明提供的装置能够实时监控药液点滴速度，当出现堵针、跑针、药液耗尽时能够及时声光报警，并通过无线传感网络上传信息。
78.如图8所示，本发明提供的一种无线输液监控方法，所述无线输液监控方法应用如上述所述的无线输液监控装置，所述无线输液监控方法包括：
79.步骤101：分别获取左激光收发模块的左光强信息和右激光收发模块的右光强信息。
80.步骤102：根据所述左光强信息和所述右光强信息确定输液管内药液的流速。所述左光强信息和所述右光强信息均为激光的光强信息或者激光的频率信息。其中，流速通过反射频差法或者透射强度法计算。
81.步骤103：根据所述左光强信息和所述右光强信息确定平均光强。
82.步骤104：根据所述平均光强和所述流速确定输液状态；所述输液状态包括堵针、输液正常、跑针、药液耗尽和输液情况异常。
83.其中，所述根据所述平均光强和所述流速确定输液状态具体包括：
84.判断所述平均光强是否大于或者等于设定平均光强阈值，若所述平均光强大于或者等于所述设定平均光强阈值，则确定药液耗尽。若所述平均光强小于设定平均光强阈值，则确定药液没有耗尽。
85.获取两个不同时刻的所述流速并根据两个不同时刻的所述流速确定流速差绝对值。
86.根据所述流速差绝对值确定堵针、输液正常、跑针和输液情况异常。
87.其中，所述根据所述流速差绝对值确定堵针、输液正常和跑针和输液情况异常，具体包括：
88.若所述流速差绝对值小于或者等于第一设定流速差阈值，则确定出现堵针或药液耗尽。
89.若所述流速差绝对值位于所述第一设定流速差阈值与第二设定流速差阈值之间，则确定输液正常。
90.若所述流速差绝对值大于或者等于第三设定流速差阈值，则确定出现跑针。
91.若所述流速差绝对值位于所述第二设定流速差阈值与所述第三设定流速差阈值之间，则确定输液情况异常。其中，输液情况异常根据流速判断。频差只用于计算流速，平均光强可用于判断是否药液耗尽。
92.本发明提供的装置及方法具体的工作流程如下：
93.反射法(频差-速度法检测)：
94.首先，工作状态如下：
95.如图6所示，左光路-左激光收发模块工作时的光路，包括光源发射光和输液导管反射光。右光路-右激光收发模块工作时的光路，包括光源发射光和输液导管反射光。
96.工作状态-左激光收发模块(右激光收发模块23)光源发射照射光束，自身接收器件接收输液导管反射光；接收状态-左激光收发模块13(右激光收发模块23)光源不发光，自身接收器件接收右激光收发模块23(左激光收发模块13)穿过输液导管的透射光。运行流程是周期循环操作过程，一个周期完成后，进入下一周期，循环工作，每个周期包括以下几个环节。
97.①
工作方式一，左激光收发模块13处于工作状态，右激光收发模块23处于接收状态。左激光收发模块13采集反射光信号，同时右激光收发模块23接收左激光收发模块13发射的经输液导管的透射光并解算光源发光强度信息提供给左激光收发模块13，左激光收发模块13对采集的反射光信号进行修正计算并解算出频差、流速参数。实际测量获得的相关参数有p
11测-左激光收发模块13采集的反射光强(需要修正)；
△f1-左激光收发模块13采集计算的频差(对应流速)；p
12测-右激光收发模块23采集的透射光强(用于修正)；v
1-左激光收发模块13测量、计算所得到的液体流速。
98.②
工作方式二，右激光收发模块23处于工作状态，左激光收发模块13处于接收状态。右激光收发模块23采集反射光信号，同时左激光收发模块13接收激光收发模块发射的经输液导管的透射光并解算光源发光强度信息提供给右激光收发模块23，右激光收发模块23对采集的反射光信号进行修正计算并解算出频差、流速参数。实际测量获得的相关参数有p
21测-右激光收发模块23采集的反射光强(需要修正)；
△f2-右激光收发模块23采集计算
右模块采集计算的频差(对应流速)；p
12测-左模块采集的反射光强(用于修正)；v
1-右模块测量、计算所得到的液体流速。
110.②
工作方式二，下光路处于工作状态，上光路处于接收状态。下光路的右模块发射激光，左模块接收器件接收经输液导管的透射光，同时右模块的接收器件接收经输液导管的反射光强度信息提供给左模块，左模块对采集的透射光信号进行修正计算并解算出频差、流速参数。实际测量获得的相关参数有p
21测-左模块采集的透射光强(需要修正)；
△f2-左模块采集计算的频差(对应流速)；p
22测-右模块采集的反射光强(用于修正)；v
2-左模块测量、计算所得到的液体流速。
111.③
工作方式三，测量结果处理。将上述两次的测量结果取平均值作为本周期的测量值，与预存的阈值进行比较，判断是否堵针、跑针、药液耗尽等状态，并输出或报警，判断方法如表1所示。
112.④
工作方式四
113.延时若干时间，进入下一周期循环。
114.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
115.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。