LabVIEW开发低成本静脉监测和控制输液系统

news2024/10/6 12:25:13

信息技术的使用和进步彻底改变了现代医疗保健的面貌。医院、疗养院和其他姑息治疗院需要不同的人力资源，如医生、技术人员、护士和其他工作人员，他们共同提供最先进的医疗保健。COVID-19大流行表现出严重缺乏此类人力资源，并探索了紧急情况，其中医护人员与患者的最小互动对于限制疾病的传播至关重要。然而，许多一线医护人员不得不与感染患者直接接触。这种情况需要智能高效的工具和技术来帮助护士和医务人员轻松、安全地工作，并尽可能减少工作量。

静脉治疗是几乎所有医疗保健部门的重要疗法，由医生或医生开具处方，仅由护理人员管理。通常，施用生理盐水，葡萄糖和血液制品。护士负责插入血管通路装置，按照处方管理输液速率，并在药物结束时脱离静脉输液袋。整个过程积极吸引护理人员，消耗了大量的时间和精力。

最常用的静脉输液系统是重力喂养的静脉输液系统，但该系统在其原始设置中非常不准确。该系统由储液器、滴液室、进料管和静脉注射针组成。储液罐是包含要施用的产品的流体袋。储液器连接到滴水室，滴水室又通过进料管连接到针头。流体流动速率通过滴水室控制。该系统需要护理人员的持续监测和干预，并且无法精确控制流体流量。不正确的剂量、进料管中的空气以及储液罐变空时形成凝块是与该系统相关的最常见和最危险的问题。随着医疗设备的进步，许多电子元件被添加到这个基本系统中，使我们能够控制和监测流体流动。

在实时测量、跟踪和控制静脉液位量方面已经进行了大量研究。使用红外探测器进行流体流量监测，BCD指轮开关设置流体流量，蠕动泵用于驱动流量，各种条件的警报，如检测空气，滴水室满或空，超速等。

在过去的二十年中，研究人员已经使用各种传感器来检测流体流量，储层中的低液位和气泡，包括红外，超声波传感器，并且随着MEMS技术的出现，已经使用了许多精确的传感器和控制元件。通过使用低成本的开源电子元件和处理板，可以设计出与传统重力馈送静脉输液系统连接的高效、准确和可靠的控制和监测系统。

红外LED（IR）和光电二极管已用作传感器，以计算通过滴水室排出的液滴数量。液滴数依次用于确定流体流量。光电二极管两端的电压在输液槽液滴存在时变化，信号调理组件将电压变化处理为脉冲计数。所提出的系统中的执行器是数字伺服电机（DSM）。伺服电机以出色的角度精度而闻名，因此用于在所提出的系统中建立精确的流量。

基于LabView的图形用户界面系统是滴灌监测和控制系统的主前面板。运行LabView的主机设备首先与Arduino BLE配对。该应用需要基本输入，例如患者ID、静脉输液的类型、静脉储液器的初始体积以及静脉治疗的时间。

该系统还计算伺服电机精确运行所需的PWM。电机用伺服臂压缩滴水管，以达到所需的流速。一旦水库即将结束，就会产生视觉警报，以引起操作员的注意。

系统已使用5V、3500mAH电池供电。Arduino33BLE是系统的核心，它接收来自发射器接收器对的输入，该接收器可检测IV液的滴数。Arduino还使用PWM通过电平转换器将数字伺服电机控制到3.3伏。Arduino采集的数据通过蓝牙传输到LabVIEW GUI。该系统由几个消耗功率的组件组成，并且由于系统在整个药物输送过程中连续运行，因此系统的总测量功耗为0.40W，估计电池单次充电后电池寿命为528分钟。

各个组件紧凑地组装在3D打印的主体中，并安装在滴水架上。红外对的连接方式是滴滴室位于接收器和发射器之间。数字伺服电机已用于通过使用伺服臂对管子施加压缩压力来控制滴速。这可确保提供精确的流体量。刻度烧杯已用于收集和测量通过滴注系统输送的流体体积。秒表已被用于测量流体输送的时间。进行了几次迭代以找到一个m1中的液滴数，实验证实需要20滴才能获得1ml溶液。使用500ml葡萄糖溶液进行了九种不同的实验，以校准和测量液体输送系统的相对误差。

系统执行测量的操作功能顺序及其在计算机上的可视化。初始化后，arduino通过BLE与系统配对，并设置输入音量和速率。仅当所需参数正确时，流才会启动。系统检查滴水是否有液体，并在液体结束时生成警报。

设备原型完全是内部定制设计、实施和制造的。从所进行的实验中获得的结果及其相对误差，其相对误差在0.8%至7%之间变化。线性回归模型的R平方值为0.9986，显示了测量体积与计算体积之间的非常高的线性关系。