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1物聯網的智能化輸液監護系統原理
物聯網智能輸液監護系統由數據處理中心、輸液過程實時監護儀、無線接入網關，護士站監控中心，手持信息終端等幾個部分組成。輸液過程實時監護儀對病患的整個輸液過程的狀態進行實時監測，并將輸液狀態信息通過無線方式給發送到無線接入網關，網關將數據轉發給數據處理中心。數據處理中心是整個系統的數據核心，和醫院His系統連接，負責根據醫生醫囑提取出病患每天的輸液信息，并根據值班表信息，完成任務的分配。數據處理中心完成對輸液狀態信息的處理后，將數據實時推送給護士站監控中心和手持信息終端。
2輸液過程實時監護儀工作原理、求解模型及優勢
2.1輸液過程實時監護儀工作原理
整個輸液過程實時監護儀主要由背光板、顯示板、觸摸PCB、PCB底板、重力傳感器和上下掛鉤幾個部分構成。系統工作時，護理人員根據指紋識別確認患者信息后，將病患的輸液終端懸掛于輸液椅的掛鉤上，將輸液袋或輸液瓶懸掛于輸液終端的下方，開啟服務之后，輸液終端內置的重力傳感器會自動稱量出重量，位于輸液器莫菲氏滴管上的紅外對射傳感器會采集滴速指標進行反饋。按照當前的滴速自動計算出當前速度、平均速度、已用時間以及剩余時間并反饋于輸液終端顯示面板上。當液面闕值低于2%時，自動啟動報警裝置，輸液終端發出“滴”聲提示的同時由系統通過VoIP向護理人員手持終端發出報警信號，護理人員手持終端接收報警位置與患者座位信息，進行處理后自動關閉或啟動新一輪檢測。護理人員還可以通過系統對監護儀發出指令，根據患者身體情況設置初始輸液速度，并可靈活控制加快，減慢和暫停輸液。
2.2建立求解模型
對工作原理進行分析后，對監護儀設計需求進行了概念的描述：①符合人體工程學原理，用戶體驗良好；②在任何情況下，稱量結果精確性保障；③供電模塊、信號線的放置位置；④方便拆卸、檢測、維修與更換電池；⑤色彩風格與醫院整體環境協調吻合；⑥小批量生產測試。
2.3概念設計
通過分析工作原理和設計需求，融入功能性、安全性、可靠性分析，初步定位輸液過程實時監護儀內框架結構組成，框架上布置背光板、顯示板、觸摸PCB、PCB底板、重力傳感器和上下掛鉤，整個裝置外形稍大于手機外殼。
2.4輸液過程實時監護儀系統優勢
①采用高精度重力傳感器，傳感器精度可以達到0.01%，采用溫度補償算法，減少外界環境對系統的影響。②輸液過程智能識別算法，簡化操作步驟，使用便捷。③采用開放的2.4G頻段的Zigbee無線技術，無線網絡抗干擾能力強，組網便捷，并可以根據現場的需要調整網絡結構。④節點采用電池供電方式，低功耗算法配合合理的休眠機制，最大限度降低節點功耗，工作時間平均功耗可以達0.5mW以下，電池更換時間大于1年。
3產品外觀設計及結構設計
3.1產品外觀設計
對于這樣一款醫療產品，除了在視覺風格上與醫院的整體風格相協調外，護理人員操作的便捷性，觀察內容的清晰度與長時間多頻率操作的舒適度也是非常重要的條件，因此對于產品的尺寸設計大小，裝置放置位置都有很高的要求。裝置放置位置與視線基本保持水平或稍高于水平線，整個裝置必須符合人體工程學原理，使醫護人員操作簡單快捷；患者坐于裝置下方，抬頭觀察時，可清晰地看到顯示屏上顯示的數字，方便醫患雙方使用，使雙方得到良好的使用體驗。基于以上考慮，必須最大化屏幕尺寸，將觸摸按鍵位置設計于整個屏幕的下方，便于操作；為突出屏幕內容，將屏幕四周設計成黑色外框，產品背面選取與整個醫院風格相協調的白色；為了在任何光線下保證屏幕顯示內容清晰，為屏幕設計背光及適當時間的背光延時。為了縮小產品尺寸，使用定制的鋰電池無疑是最好的選擇，但是鋰電的缺點是需要充電維護，在醫院紛亂的環境下使用，充電不便，充電器的保存，用電安全都存在問題。而傳統電池不需要充電，即換即用，操作簡單，且單色液晶屏幕用電量小，一節電池可滿足長時間的需要，因此，需要使用傳統五號電池。考慮醫療用品的實際使用需要，結合抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性測試，綜合加工流程、制品尺寸穩定程度、表面光澤性，以及噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工的難易程度，綜合定位后確定監護儀主體選擇ABS塑料材質。上下掛鉤部分無疑是使用頻率最高，承受沖擊力最大的部分，為了使產品更加經久耐用，因此上方掛勾與產品設計為一體，下方掛鉤因為需要與重力傳感器相連接，因此設計為不銹鋼材質。
3.2內部結構設計
重力傳感器必須位于產品的下方，傳感器一端用鉚釘與掛鉤相連，以便于及時采集輸液袋或輸液瓶重量，及時反饋于數據處理中心；為壓縮產品尺寸，觸摸PCB可以位于重力傳感器上方，但須留足間距，使屏幕PCB主板與觸摸PCB板之間針腳相連；為便于觀察，因此，將PCB與液晶屏幕設計于產品中間部分。與重力傳感器上下對稱位置設計電池槽。為最小化產品尺寸，使產品內部空間盡量壓縮緊湊，因此在屏幕PCB板及觸摸PCB板的元器件布局上，進行精確設計，在保證布線布通率和飛線連接的前提下，就近放置有連線關系的元器件。設計合理版圖，充分考慮外部連接布局，優化內部電子元件的布局，優化金屬連線和通孔的布局，充分考慮電磁保護和熱耗散等多種因素。
3.3產品的裝配和維護
方便裝配與維護，注重產品整體效果是本設計中考慮的兩個重點。因此，除PCB板外及重力傳感器與掛鉤的連接處以外，其余部分全部采用無螺絲的卡扣設計。如何使傳感器與掛鉤的連接螺絲能夠方便裝配而又不影響整體效果，成為了一個難題，本設計中創新性的設計了一個凹于整體平面的裝配口，再設計插片巧妙的將裝配口遮蓋起來，從而解決了難題并統一了整體風格。背面設計電池槽與電池盒蓋，方便更換電池及進行后期維護。
4三維實體幾何建模與產品化流程
4.1三維實體模型的產品化流程
三維實體模型的產品化流程基本思路是：首先，使用SinmensNX軟件建立三維實體模型，然后將制作好的三維設計圖導出為stl格式，然后將文件導入到MakerWare軟件中，設置導出3D打印格式x3g，進行快速成型。成型后進行裝配測試。如果測試不合格則對照測試結果進行三維模型的修改，再次快速成型，反復測試，直至合格。合格后進入工業級3D打印機進行硅膠模具的開模，使用10-20個模具進行小范圍測試，測試合格后按需求數量進行簡易鋼?；蛘戒撃５闹谱?，投入使用。
4.2三維實體幾何建模
本例中使用SinmensNX軟件進行三維實體幾何模型的建立。（SiemensNX）是SiemensPLMSoftware公司出品的一個產品工程解決方案，它為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化造型和驗證手段。因其強大的功能，友好的界面廣受開發者的好評。三維實體建模的基本步驟如下：按照之前對圖像數據的分析，進行草圖的設計和繪制，以掛鉤為例。根據數據草圖，在SinmensNX軟件中進行建模操作。首先按設計尺寸畫好輪廓線和截面線。執行“掃掠”命令，將截面選項設置為“三次插值”“圓弧長對齊方式”“橫向縮放”，按起始點和方向順序，依次選取四條截面線即可完成鉤子的建模。按照以上方法，對產品各個幾何模型進行建模操作，建模完成后，再將各部分幾何模型添加到裝配中，該幾何模型將會自動成為裝配的一個組件。裝配完成后，使用配對命令對組件進行定位約束。為了方便查看裝配中的組件及其相互之間的裝配關系，我們可以建立裝配爆炸視圖，使各部分組件按裝配關系偏離原來的位置。
4.3產品整體組裝與測試
將三維設計圖轉換為stl格式導出，導入到MakerWare軟件中，設置導出3D打印格式x3g，進行快速成型。成型后進行裝配測試。測試完成后開硅膠模具，制作測試樣品20臺。裝配完成后，本例選擇在沈陽中醫藥大學附屬醫院進行小范圍測試，配備輸液過程實時監護儀15臺，醫護人員手持信息終端5臺。啟動系統后，患者進行輸液時，即可不受限制，自行休息或娛樂，由終端自動報警，系統自動分配醫護人員，醫護人員就近處理。系統運行穩定性良好，無障礙及故障發生，得到醫護人員與患者的好評。
5結語
物聯網的智能化輸液監護系統改變了傳統的醫療模式，通過輸液過程實時監測器和醫護人員的手持信息終端，改變傳統方式，使得醫院整體環境變的井然有序、安靜舒適。改善了醫院的服務水平，提高患者滿意度，使醫院的服務更為人性化。避免醫療差錯以及醫療事故發生。并且相對減輕了醫護人員的負擔。體現醫院的現代化，智能化水平。適應醫院數字化新形勢，順應國家大力推廣醫療改革，建立數字化醫院的大背景。
作者：劉奕君 趙強 劉菁 吳響 俞嘯 單位：徐州醫學院現代教育技術中心/醫學信息學院
